果膠酶提高‘寧海白’枇杷果漿出汁率的工藝優化

張興龍，王維琴，余丹丹，余 芳，邱紫云，陸 浩，邵興鋒，*

（1.寧波大學食品科學與工程系，浙江寧波315211；2.上海海通環宇投資發展有限公司，上海200336）

枇杷（Eriobotrya japonica Lindl.）是我國亞熱帶珍稀特產水果，其中按果肉顏色分為紅沙枇杷和白沙枇杷。“寧海白”枇杷是屬于白沙枇杷，其品質優良，果實含糖量高、酸甜適口、風味濃郁，市場價值較高[1]。隨著種植面積的增加，其產量迅速上升，而其貯運難的問題也一時難以解決，因此進行深加工具有重要意義。目前，用果膠酶提高出汁率已在蘋果、葡萄果汁或果酒的加工中得到應用[2-3]。我國對紅沙枇杷果汁出汁率的研究已有相關報道[4]，對白沙枇杷果汁出汁率的研究還未見報道。但由于白沙枇杷和紅沙枇杷品種不同，本身營養成分、含糖量和果膠含量等都有很大區別。因此本研究以“寧海白”為原料，采用果膠酶對果漿進行處理，通過單因素實驗確定果膠酶添加量、酶解溫度和酶解時間三個因素的取值，并利用響應面優化實驗對枇杷果漿的酶解條件進行優化，以為“寧海白”枇杷果汁飲料的生產提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

枇杷 在商業成熟時，采摘自浙江省寧海縣一市鎮，挑選無損傷、無害蟲的枇杷作為實驗樣品；果膠酶（10000U/mg） 諾維信公司。

HR2003型勻漿機 飛利浦家庭電器有限公司；JY6002型電子天平 上海舜宇恒平科學儀器有限公司；HH-2型數顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司；TDZ4-WS型臺式低速離心機 湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 寧海白枇杷果漿的制備 寧海白枇杷，剝皮去核，用勻漿機打漿10s得到枇杷果漿，備用。

1.2.2 出汁率 參照曹輝等方法[5]，計算如下：

1.2.3 實驗設計

1.2.3.1 單因素實驗 加酶量：以不加酶為對照，共分6組，分別在36g果漿中加入0.36、0.72、1.08、1.44、1.80g/L的果膠酶4mL并充分混勻，使酶添加量為0.04、0.08、0.12、0.16、0.20g/kg，在35℃下酶解2h，酶解后，在100℃下滅酶5min；酶解時間：以不加酶為對照，共分6組，各在36g果漿中加入0.72g/L的果膠酶，即酶添加量為0.08g/kg，分別在35℃下酶解0、1、2、3、4h，酶解后，在100℃下滅酶5min；酶解溫度：以不加酶為對照，共分6組，各在36g果漿中加入0.72g/L的果膠酶，即酶添加量為0.08g/kg，分別在20、30、40、50、60℃下酶解2h，酶解后，在100℃下滅酶5min。

1.2.3.2 響應面實驗設計及驗證 根據單因素實驗結果，以酶添加量、酶解時間、酶解溫度3個因素與出汁率進行響應面設計，各因素水平見表1。采用Design-Expert 8.0.6軟件對實驗數據進行回歸分析，優化枇杷果漿的酶解工藝。在分析得到的最佳工藝條件下，做3組平行實驗驗證響應面分析的可靠性。

表1 枇杷果漿酶解工藝Box-Behnken設計實驗因素水平及編碼Table 1 Variables and their coded values used in the Box-Behnken design for optimizing the hydrolysis conditions of loquat pulp

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 酶解時間對出汁率的影響 由圖1可以看出，在2h之內，枇杷果漿的出汁率隨著時間的延長而迅速增加，而2h之后，出汁率的增加明顯趨于平緩。主要是因為在2h內果漿中的果膠物質含量很高，在果膠酶的作用下，果膠大量分解使出汁率迅速提高。2h之后果膠物質基本分解完全，因此出汁率的增加趨于平緩。所以優化實驗選擇最佳值2h。

圖1 酶解時間對出汁率的影響Fig.1 Effect of hydrolysis time on juice yield

2.1.2 酶解溫度對出汁率的影響 由圖2可以看出枇杷果漿出汁率在40℃以內，隨溫度的上升而增加；而在40℃之后，果漿出汁率迅速下降。產生這種現象的主要原因是果膠酶是蛋白物質，而溫度的變化會影響蛋白的活性[7-8]，在40℃以內，果膠酶的活性隨著溫度的上升而增大，出汁率也因此而增大；當溫度大于40℃時，果膠酶的活性隨著溫度的上升而迅速下降，出汁率也因此而迅速降低。由圖2可知當酶解溫度為40℃時，枇杷果漿的出汁率最大。所以優化實驗選擇最佳值40℃。

圖2 酶解溫度對出汁率的影響Fig.2 Effect of hydrolysis temperature on juice yield

2.1.3 酶添加量對出汁率的影響 由圖3可知，對照組的出汁率為61.71%，而實驗組出汁率都大于75%，這是因為果膠酶可以有效的裂解果漿中的果膠物質，降低果膠物質的含量，提高出汁率[9-11]。由圖3可以看出，酶添加量在0.04～0.12g/kg時，出汁率小幅度增加，當酶添加量在0.12～0.20g/kg時，隨著酶量的增加出汁率小幅度下降。酶添加量對出汁率的影響不顯著，這與邵勤等[12]研究結果酶添加量不是影響出汁率的主要因素相同。所以優化實驗選擇0.12g/kg。

圖3 酶添加量對出汁率的影響Fig.3 Effect of enzyme concentration on juice yield

2.1.4 響應面實驗

2.1.4.1 響應面實驗設計結果 在單因素實驗的基礎上，根據Box-Benhnken的中心組合實驗設計原理進行響應面實驗。實驗結果見表2，并用Design-Expert 8.0.6對實驗結果進行分析。

2.1.4.2 模型方差分析及顯著性檢驗 對表2中以出汁率為響應值，通過Design-Expert 8.0.6軟件對響應值與各因素的編碼值進行回歸擬合后，得到如下回歸方程：Y=76.23-0.026A+0.78B+0.71C+0.28AB-0.16AC-0.37BC-0.27A2-0.36B2-0.54C2。

表2 Box-Behnken設計方案及枇杷果漿出汁率的測定結果Table 2 Box-Behnken design and response values of juice yield

從表3的結果可以看出，所得的Y回歸模型高度顯著（p=0.0062），且失擬檢驗不顯著（p=0.0577），說明此回歸模型很理想，用方程Y擬合3個因素與出汁率之間的關系是可行的。模型的R2=0.9105，說明該模型擬合度較好。RSN=9.983大于4，說明實驗精度較高。綜合以上分析得知，該模型與實際情況擬合較好，可用于預測出汁率的變化情況。

表3 回歸方程系數顯著性檢驗表Table 3 Significance test of regression equation module

從3因素（A、B、C）對出汁率的影響來看，一次項B（酶解時間）和C（酶解溫度）對出汁率有顯著的影響，一次項A（酶添加量）對出汁率沒有顯著影響；交互項中的AB、AC和BC對結果也沒顯著影響，影響的順序依次是BC＞AB＞AC；二次項C2對結果有顯著的影響，A2和B2無顯著影響。

2.1.5 交互作用對響應值影響分析 由圖4可知，酶解溫度和酶解時間不存在交互作用，酶解溫度為40℃，在酶添加量不變時，隨著時間的增加，出汁率增高，但是當酶解時間超過2h之后，果漿出汁率的增長幅度逐漸下降。但是在酶解時間不變的情況下，隨著酶添加量的增加，出汁率增長緩慢，當酶添加量達到0.10g/kg時，隨著酶添加量的增加出汁率緩慢下降。得出酶解時間在交互作用中占主導地位。

圖4 酶添加量和酶解時間對出汁率影響的響應面圖Fig.4 Response surface for yield as a function of pectinase concentration and time

由圖5可知，酶解時間為2h時，在酶添加量不變時，隨著酶解溫度的增加，出汁率增高，但是當酶解溫度超過40℃之后，果漿出汁率的增長幅度逐漸下降。但是在酶解溫度不變的情況下，酶添加量對出汁率的影響不顯著。得出酶解溫度在交互作用中占主導地位。

圖5 酶添加量和酶解溫度對出汁率影響的響應面圖Fig.5 Response surface for yield as a function of pectinase concentration and temperature

圖6 酶解時間和酶解溫度對出汁率影響的響應面圖Fig.6 Response surface for yield as a function of time and temperature

由圖6可知，酶添加量、酶解時間的交互作用對出汁率的影響非常顯著。酶添加量為0.12g/kg時，在酶解時間不變時，隨著酶解溫度的增加，出汁率增高；但是當酶解溫度超過40℃之后，果漿出汁率的增長幅度逐漸下降。在酶解溫度不變的情況下，出汁率隨著酶解時間的增加而增加。

2.1.6 最佳工藝參數及驗證 通過計算分析，得到的最終優化出的實驗條件為酶添加量0.11g/kg、酶解時間3.2h、酶解溫度為41.68℃，考慮實際生產條件，工藝調整為酶添加量0.11g/kg、酶解時間3.2h、酶解溫度為41.7℃，調整后模型預測出汁率為80.15%。在此基礎上進行3次驗證實驗，得到出汁率平均值為78.94%，與預測值接近。

3 結論

本研究選擇了酶添加量、酶解時間、酶解溫度為酶解的主要影響因素，通過單因素實驗，以出汁率為指標，確定了最適的酶添加量、酶解時間和酶解溫度。采用響應面實驗對果膠酶的酶解工藝條件進行優化，獲得的最佳工藝參數為酶添加量0.11g/kg、酶解時間3.2h、酶解溫度為41.7℃。經回歸分析和驗證實驗，得出優化后的出汁率與預測值接近。

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