酶法浸提红枣沙棘复合液的工艺优化

王晓婧，任 达，张琛倬

（山西工商学院，山西 太原 030006）

壶瓶枣是山西省太谷区的一大特色农产品，其果肉中含有丰富的类黄酮、总酚等功能成分[1]，而且含糖量高，每100 g果肉中含糖量约为30～50 g[2]。由于壶瓶枣成熟后容易落果，且雨天会出现大量裂枣，裂枣不利于运输储存，因此裂枣的开发利用成为研究热点[3-4]。沙棘是一种落叶灌木或小树[5-6]，其果实营养物质丰富，如：氨基酸是鹿茸的5倍；多酚类化合物是人参的4倍；维生素含量是苹果的200多倍，被誉为VC之王[7-8]。

果醋发酵时，一般采用柠檬酸调节pH，创造适宜酵母菌生长的环境。如采用沙棘汁进行调酸，既能创造一定的发酵条件，也可以使其制品具备沙棘所具备的营养价值。由于壶瓶枣中有大量的果胶类物质，以沙棘汁调酸后的壶瓶枣、沙棘混合液为原料酿造复合果醋时，通过酶解作用，可以酶解红枣中的果胶物质，从而促进红枣中还原糖向枣浆中溶出，提高可溶性固形物含量及还原糖含量[9-11]。

本试验以还原糖含量和可溶性固形物提取率为评价指标，通过单因素试验和响应面试验优化果胶酶酶解壶瓶枣、沙棘混合液的工艺条件，为进一步发酵枣醋提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料

壶瓶枣（裂枣）、沙棘：太原市小店区美特好超市；果胶酶1（巧家女）、果胶酶2（妙零资味）、胶酶3（鑫祥意盛）、果胶酶4（优宝嘉）、果胶酶5（糖柜）：市售。

1.2 试剂

盐酸（分析纯）、硫酸铜（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）、乙酸锌（分析纯）、冰乙酸（分析纯）、酚酞：天津市风船化学试剂科技有限公司；亚甲蓝：天津市北辰方正试剂厂；酒石酸钾钠：天津市凯通化学试剂有限公司；亚铁氰化钾（分析纯）：天津市申泰化学试剂有限公司。

1.3 主要仪器与设备

BCD-521WDPW型冰箱：青岛海尔集团；JA2003型电子天平：上海菁海仪器有限公司；HHT600型电热恒温水浴锅：常州市双舜仪器设备有限公司；JP12D-800型多功能榨汁机：苏泊尔集团有限公司；HH-S2型数显二孔恒温水浴锅：常州市金坛大地自动化仪器厂；DK-8B型电热恒温水槽：上海精宏实验设备有限公司；TGL-16GB型高速台式离心机：金坛市大地自动化仪器厂；PhS-3C型实验室pH计：上海佑科仪器仪表有限公司；WZ-108型折光仪：北京万城北增精密仪器有限公司。

1.4 试验方法

1.4.1 红枣沙棘复合液的酶解工艺流程

壶瓶枣、沙棘→筛选→清洗→预煮→打浆→酶解（果胶酶）→灭酶→测定还原糖和提取率

1.4.2 操作要点

（1）原料挑选：挑选肉质饱满、成熟期的壶瓶枣为原料。

（2）榨汁：将壶瓶枣清洗、去核，放入破壁机，按m枣: m水=1 : 5加水打浆。

（3） 调pH：将枣浆与沙棘汁按一定比例混匀，并用沙棘汁调节混合液pH至4.5，得到混合液。

（4）酶解：混合液加入称好的果胶酶，置于恒温水浴锅中酶解，完成后，在95 ℃的恒温条件下灭酶5 min，最后降温[12]。

（5）离心：将灭酶后的酶解液以4 200 r/min离心5 min后，取上清液。

1.4.3 酶解单因素试验

（1）果胶酶及其添加量的确定：以壶瓶枣沙棘复合液为原料，添加5种果胶酶，酶解温度50 ℃，用沙棘汁调pH至4.5，酶解时间为2 h，果胶酶添加量分别为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%，每隔20 min搅拌一次，酶解完成后离心，测定其上清液的还原糖含量和可溶性固形物提取率，确定果胶酶的种类和添加量。

（2）酶解时间的确定：在果胶酶1（巧家女）添加量为0.20%、酶解温度为50 ℃的条件下，用沙棘汁调pH至4.5，分别酶解1、2、3、4、5 h，每20 min搅拌一次，酶解完成后离心，测定其上清液的还原糖含量和可溶性固形物提取率，确定酶解时间。

（3）酶解温度的确定：在果胶酶1（巧家女）添加量为0.20%、酶解时间4 h的条件下，用沙棘汁调pH至4.5，分别于35、40、45、50、55 ℃下酶解，每隔20 min搅拌一次，酶解完成后离心，测定其上清液的还原糖含量和可溶性固形物提取率，确定酶解温度。

1.4.4 酶解响应面优化试验

根据单因素试验结果及Box-Behnkon试验设计，确定响应面试验的因素水平[13-15]，并优化酶解工艺条件。

1.5 测定方法

1.5.1 还原糖含量测定

按GB 5009.7—2016《食品安全国家标准 食品中还原糖的测定》执行。

1.5.2 可溶性固形物提取率测定

（1）可溶性固形物含量测定：按照NY/T 2637—2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的测定 折射仪法》，取离心后的溶液上清液1~2滴，利用手持折光仪测定。

（2）提取率计算：

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 果胶酶及其添加量的确定

由图1、图2可知，果胶酶添加量为0时，可溶性固形物提取率为69%，通过果胶酶的酶解作用，可溶性固形物提取率明显提高。随着5种果胶酶添加量的增加可溶性固形物提取率逐步上升。当果胶酶添加量超过0.10%后除酶1外其他4种酶的可溶性固形物提取率均呈现逐步下降的趋势。只有酶1在果胶酶添加量为0.00%～0.20%时可溶性固形物提取率逐步上升到达顶峰，超过0.20%后可溶性固形物提取率逐步下降。说明添加果胶酶能明显提高可溶性固形物提取率，但不是随着添加量的增加就能无限提高可溶性固形物提取率，到了一定添加量时，就会逐渐下降[16-17]；随着果胶酶添加量的增加，酶解效果的增强，还原糖的量也在增加，到了一定添加量时，就会逐渐下降；当果胶酶的添加量为0.20%时，提取率和还原糖最大，所以选择果胶酶种类为酶1，果胶酶添加量为0.20%为宜。

图1 果胶酶添加量对可溶性固形物提取率的影响

图2 果胶酶添加量对还原糖含量的影响

2.1.2 酶解时间的确定

由图3可知，酶解时间为1～4 h时，还原糖含量和可溶性固形物提取率均逐步上升，4 h时到达顶峰，酶解效果最好，之后呈下降趋势。说明适当延长酶解时间能提高还原糖的提取率，但不是随着酶解时间的增加就能无限提高可溶性固形物提取率和还原糖含量。所以果胶酶最佳酶解时间为4 h。

图3 果胶酶酶解时间对可溶性固形物提取率和还原糖含量的影响

2.1.3 酶解温度的确定

由图4可知，酶解温度为30～60 ℃时，可溶性固形物提取率和还原糖含量均为逐步上升，60 ℃时到达顶峰，之后呈下降趋势。说明适当提高酶解温度能提高还原糖的提取率，但不是随着温度的增加就能无限提高提取率，所以果胶酶最佳酶解温度为60 ℃。

图4 果胶酶酶解温度对可溶性固形物提取率和还原糖含量的影响

2.2 响应面优化试验

综合分析，可溶性固形物提取率比还原糖含量更适合做评价指标，因此以酶解后的可溶性固形物提取率为响应值优化酶解工艺条件。在单因素的试验基础上，确定果胶酶添加量（A）、酶解温度（B）和酶解时间（C）的因素水平取值见表1，采用Box-Behnken法设计试验优化酶解工艺，其试验设计及结果见表2。

表1 响应面试验设计各因素及水平

运用Design-Expert 8.0对表2的试验结果进行回归分析，获得果胶酶添加量、酶解温度、酶解时间与提取率的二次多项回归方程式：

表2 试验设计及结果

对该响应面二次回归模型进行方差分析，结果见表3。

由表3可知，该回归模型P= 0.000 8＜0.01，表明该方程模型极显著，具备统计学意义，可用于预测酶法浸提红枣沙棘复合液的工艺研究。失拟项不显著（P= 0.445 9），说明误差较小，所预测的结果可靠。模型F值为15.42，表明模型具有显著性。模型的一次项A和二次项A2、B2、C2，以及交互项AC影响极显著（P＜0.01）；一次项B和C及交互项AB、BC影响不显著（P＞0.05）。

表3 响应面优化试验设计的方差分析

3个因素的交互作用对可溶性固形物提取率的影响见图5。其中，果胶酶添加量与酶解时间的交互作用对可溶性固形物提取率影响极显著，果胶酶添加量与酶解温度的交互作用对可溶性固形物提取率影响不显著；酶解温度和酶解时间的交互作用对可溶性固形物提取率影响不显著。

图5 因素交互作用对提取率的响应面图

综上所述，3个因素对可溶性固形物提取率的影响程度为：果胶酶添加量（A）＞酶解时间（C）＞酶解温度（B）。

由Design-Expert 8.0分析处理得到酶解阶段最佳酶解条件为：果胶酶接种量0.20%，酶解温度55 ℃，酶解时间3.5 h，在此条件下可溶性固形物提取率的预测值为91%。

根据响应面的预测结果进行实验验证，其实测可溶性固形物提取率为90.19%，与预测结果相接近。

3 结 论

本研究以壶瓶枣沙棘为主要原料，对酶法浸取沙棘红枣复合液的工艺进行了系统的研究。结果表明，试验所选的5种果胶酶中果胶酶1（巧家女）酶解效果最好，通过单因素及响应面优化试验确定其最酶解工艺条件为果胶酶1添加量0.20%、酶解温度55 ℃、酶解时间3.5 h，该条件下可溶性固形物提取率为90.19%。