胡椒酶法攪拌脫皮的工藝優化

張容鵠，竇志浩，謝　輝，何　艾（海南省農業科學院農產品加工設計研究所，海南海口571100）

胡椒酶法攪拌脫皮的工藝優化

張容鵠，竇志浩*，謝輝，何艾
（海南省農業科學院農產品加工設計研究所，海南海口571100）

采用果膠裂解酶和植物水解酶對新鮮胡椒脫皮處理，研究優化的脫皮工藝條件。以脫皮率為參考指標，進行兩種酶液的復配實驗，在單因素實驗的基礎上，通過正交實驗對酶法攪拌脫皮工藝進行了優化，比較了酶法攪拌得到的白胡椒與其他浸泡方式得到的白胡椒品質。結果顯示果膠裂解酶和植物水解酶以體積比3∶2脫皮效果最好，優化后的酶處理工藝為：酶液濃度為2.0%，溫度為45℃，轉速為150 r/min，燙漂時間為5 min。經驗證，酶法攪拌3 h，脫皮率為97.6%。與傳統水漚法和生物酶法浸泡得到的白胡椒相比，脫皮時間明顯縮短，白胡椒香味濃，色澤灰白，無異臭味。關鍵詞：胡椒脫皮，復合酶，攪拌，優化

胡椒屬胡椒科胡椒屬熱帶香辛料作物，被譽為“香料之王”［1］。胡椒可防腐，作調味品，亦可入藥，有鎮靜、驅寒、止痛、消炎、解毒等功效［2-4］。胡椒的初加工產品主要為白胡椒和黑胡椒，白胡椒具有更高的經濟價值［5］。2013年我國胡椒種植面積為32.2萬畝，產量為3.65萬噸，98%以上是白胡椒［6-7］。胡椒出口量少，僅占世界總胡椒出口量的1.58%，制約胡椒出口和產業發展的一個重要因素是白胡椒具有異臭味，異臭味是采用水漚法浸泡脫皮，浸泡時間長（7～15 d）、產生了3-甲基吲哚、4-甲酚、3-甲酚和丁酸等類似臭味的物質，這一類物質明顯降低了白胡椒的香味，不利于品質的提升［8-9］。生物酶法脫皮主要是利用微生物生產的酶降解果皮中原果膠、果膠和纖維素等物質達到脫皮的目的，具有“高產、優質、節能、低污染”等特點，成為脫皮工藝的發展方向［10-11］，已被用于苧麻［12］、芝麻［13］、黃桃［14］和柑橘［15］等作物脫皮中。Gopinathan［16］用酶法攪拌對黑胡椒進行脫皮，脫皮時間24h左右，但得到白胡椒色澤不佳，應用受限。近年來國內對胡椒生物酶法脫皮開展了初步研究［17-18］，研究的重點主要放在胡椒脫皮微生物的篩選、鑒定及脫皮效果的分析上，脫皮時間最短也在44 h內，對于胡椒生物酶法結合機械攪拌脫皮工藝研究較少，尚沒有對鮮胡椒進行生物酶法攪拌脫皮的報道。復合酶制劑較單一果膠酶和纖維素水解酶對胡椒果皮的效果更明顯，是酶法應用脫皮的新領域［19］。本研究采用果膠裂解酶和植物水解酶的復合液，輔助機械攪拌脫皮方法，進行新鮮胡椒脫皮實驗，以期更進一步縮短脫皮時間，為胡椒脫皮工業化生產提供科學參考。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

新鮮胡椒采自海南省文昌市南陽農場，開始實驗前一天采集，采后分裝，每包2 kg，儲藏于4℃冷庫備用；諾維信果膠裂解酶液（活性≥22500PECTU/ mL）廣州明曜商貿有限公司；諾維信植物水解酶液（活性100FEB/g） 廣州明曜商貿有限公司；檸檬酸等其他試劑均為國產分析純。

HJ-5型多功能攪拌器金壇市富華儀器有限公司；XMTA-6000型數顯鼓風干燥箱上海葉拓儀器儀表有限公司；PL203型梅特勒-托利多電子天平梅特勒-托利多有限公司；Jasco PU2080高效液相色譜儀日本分光公司；WSC-S測色色差計上海精科科學儀器有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1新鮮胡椒酶法攪拌脫皮工藝流程及操作要點

新鮮胡椒→燙漂→水冷卻→攪拌→洗滌除渣→干燥→白胡椒。

參考竇志浩等［17］，并做改動，取0.5 kg新鮮胡椒，加入0.45 L脫皮輔液（預先加熱到設定溫度）和一定量的復合酶液，脫皮輔液是pH為3.0～3.5的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液，酶液濃度按照1 kg新鮮胡椒加入復合酶液的總體積數（L）計算。攪拌一段時間，然后通過浮選的方法分離脫掉的皮渣。將分離去皮渣的白胡椒置烘箱，55℃鼓風干燥，即得脫皮白胡椒。

1.2.2鮮胡椒傳統水漚法浸泡水漚法脫皮：取新鮮胡椒，浸泡在自來水中，10 d后，手搓脫皮，除渣，55℃干燥，得到白胡椒。

1.2.3脫皮率計算將干燥過的白胡椒充分混合，稱取約100 g樣品（M2），挑出完全脫皮（無粘皮）的白胡椒，稱取其質量（M1），重復取樣3次，分別計算脫皮率（R），脫皮率計算公式如下：

式中，R為脫皮率，M1為完全脫皮白胡椒質量（g），M2為取樣總質量（g）。

1.2.4白胡椒色澤評價亮度L值的測定：參照祝美云［20］，采用色差儀測定，以儀器白板亮度L為標準，依CIELAB表色系統測量樣品的亮度值L（light）。L值≥4，色澤正常；2.5≤L值＜4，色澤稍暗，可接受；L值＜2.5，色澤發暗，不能接受。取脫皮后干燥胡椒粒，于色差儀中測L值，L值越大，白胡椒色澤越好。

1.2.5胡椒堿含量測定按照GB/T 17528-2009進行檢測。

1.2.6果膠裂解酶液和植物水解酶液配比實驗以果膠裂解酶液和植物水解酶液的復合酶液總濃度為2.0%，酶液濃度按照1 kg新鮮胡椒加入復合酶液的體積數（L）計算。兩種酶液配比（v∶v）為5∶0、4∶1、3∶2、2.5∶2.5、2∶3、1∶4、0∶5進行浸泡3d，手搓脫皮，55℃干燥，計算脫皮率。

1.2.7單因素實驗

1.2.7.1燙漂時間對新鮮胡椒脫皮效果的影響新鮮胡椒分別燙漂0、1、2、3、4、5、6、7和8 min后，水冷后，各稱取0.5 kg，加入0.45 L脫皮輔液和1.5%復合酶液，攪拌轉速150 r/min，攪拌3 h，以新鮮胡椒不經預處理燙漂，常溫下直接酶法攪拌脫皮為對照，測定脫皮率和L值。

1.2.7.2復合酶液濃度對新鮮胡椒脫皮效果的影響稱取新鮮胡椒，燙漂5 min，水冷后，分別稱取0.5 kg多組，各加入0.45 L脫皮輔液，分別加入0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%的復合酶液，攪拌轉速150 r/min，攪拌3 h，以新鮮胡椒經預處理燙漂后，常溫下不加酶液攪拌脫皮為對照，分別計算新鮮胡椒的脫皮率。

1.2.7.3溫度對新鮮胡椒脫皮效果的影響稱取新鮮胡椒，燙漂5 min，水冷后，分別稱取0.5 kg多組，加入0.45 L脫皮輔液和濃度為1.5%的復合酶液，分別于30、35、40、45、50和55℃條件下攪拌脫皮，攪拌轉速為150 r/min，攪拌3 h，計算脫皮率。

1.2.7.4攪拌轉速對新鮮胡椒脫皮效果的影響稱取新鮮胡椒，燙漂5 min，水冷后，分別稱取0.5 kg多組，加入0.45 L脫皮輔液和濃度為1.5%的復合酶液，在45℃下，分別以0、50、100、150、200和250 r/min，攪拌脫皮3 h，計算脫皮率。

1.2.8酶法攪拌脫皮工藝的正交實驗單因素實驗結果表明，在脫皮輔液pH為3～3.5，酶液配比為3∶2條件下進行酶法攪拌脫皮，燙漂時間、復合酶液濃度、脫皮溫度和攪拌轉速對脫皮率都有明顯影響。因此，以胡椒脫皮率為指標，采用四因素三水平的L9（34）正交實驗設計對復合酶液濃度、脫皮溫度、攪拌轉速和燙漂時間四個條件進行優化，選取因素、水平見表1。

表1　因素水平表L9（34）Table 1　The design table of factors and levers L9（34）

1.2.9白胡椒品質比較按照正交實驗優化后的條件進行酶法攪拌脫皮，得到的白胡椒與1.2.2水漚法浸泡10 d和1.2.6酶法浸泡72 h得到的白胡椒進行脫皮率、色澤、香味、胡椒堿含量比較，每組進行3次，取平均值。

1.3數據分析

使用Origin 6.0進行作圖，使用SPSS 17.0進行差異性顯著性檢驗（α=0.05）。

2　結果與分析

2.1酶液配比實驗結果

兩種酶液復配后，經過72 h的浸泡對胡椒脫皮的效果見表2，由表2可以看出，兩種酶液復配后的脫皮效果明顯優于單獨使用的脫皮效果，有較好的協同作用。果膠裂解酶又稱為果膠酸反式消除酶，其主要功能是在果實成熟過程中參與果膠結構的裂解，以達到果實軟化的目的［21］。植物水解酶主要是β-葡聚糖酶、半纖維素酶等降解細胞壁纖維素的一類酶。兩種酶復合使用，既能夠降解胡椒果皮內的果膠，降低果膠分子之間的交聯度，又對其細胞壁的部分纖維素成分有明顯的水解作用，因此對果皮的軟化作用顯著。表2顯示當果膠裂解酶與植物水解酶液的配比以3∶2時，脫皮率最高，因此，選用果膠裂解酶與植物水解酶液的配比為3∶2。

表2　復合酶液配比實驗結果Table 2　Results of proportioning for the compound Pectate lyase and the plant hydrolyzed-enzyme solutions

2.2燙漂時間對新鮮胡椒脫皮效果的影響

燙漂對胡椒脫皮的效果見圖1，從圖1可以看出，燙漂時間對新鮮胡椒脫皮效果和色澤有較大影響，燙漂時間越長，脫皮率明顯增加，3 min后增加平緩；L值先是逐步增加，由暗淡變為明亮，后又急劇變暗，3～7 min內L值變化緩慢，7 min后急劇降低。賴曉霞［22］對鮮胡椒經過50℃熱水浸泡20 min后，進行固態發酵脫皮，較不預處理明顯提高了脫皮效果，脫皮時間縮短至60 h，色澤好，其不足是脫皮時間長。燙漂可以破壞果皮的結構，讓果皮之間的連接變得松散，一方面可以加快果皮的軟化，促進酶液更好滲透，另一方面可以讓果皮的多酚氧化酶鈍化失活，抑制褐變反應發生，保持白胡椒的色澤。燙漂處理3 min以下，脫皮率低，色澤暗而黑，原因可能是燙漂時間短，果皮下組織細胞之間的連接破壞程度小，也沒有達到鈍化酶的目的，攪拌過程中，果皮內的多酚氧化物和多酚氧化酶充分接觸，褐變反應明顯，而燙漂3 min后大部分多酚氧化酶已經失活，抑制了褐變反應發生，白胡椒色澤顯得灰白而明亮，當燙漂5 min時，L值最大。燙漂8 min變暗的原因可能是由于燙漂時間過長，胡椒淀粉糊化，而使白胡椒內部成分發生了明顯的改變。因此，綜合脫皮率和L值效果，新鮮胡椒燙漂預處理時間以5 min為最優。

圖1　燙漂時間對胡椒脫皮效果的影響Fig.1　Influence of blanching time on decortication efficiency

2.3復合酶液濃度對新鮮胡椒脫皮效果的影響

復合酶液的濃度對新鮮胡椒的脫皮效果見圖2。從圖2可以看出，不加復合酶液，新鮮胡椒脫皮效率最低，脫皮率僅13.8%；而隨著復合酶液濃度添加，脫皮率急劇增加，酶液濃度高于1.5%以上，脫皮率均在92.7%以上，當復合酶液濃度繼續增加時，新鮮胡椒脫皮脫皮效率增加不明顯，而隨著酶液濃度上升，復合酶液經濟成本也增加，綜合考慮實際情況，選擇復合酶液濃度以1.5%為宜。

圖2　復合酶液濃度對胡椒脫皮效果的影響Fig.2　Influence of enzyme concentrationon on decortication efficiency

2.4溫度對新鮮胡椒脫皮效果的影響

溫度對新鮮胡椒脫皮效果見圖3，從圖3可以看出，隨著溫度上升，脫皮率逐步提高，當溫度達到45℃時，脫皮率達到最高值96.3%，而當脫皮溫度超過45℃后，脫皮率呈現下降趨勢。生物酶活力受溫度影響明顯，宋國輝［13］應用酶法進行芝麻脫皮時，50℃為酶活力最佳溫度。胡椒脫皮效果圖3顯示45℃為復合酶液活力最佳溫度，低于45℃，酶的活力沒有充分激活，高于45℃時，則抑制了復合酶液的活性，都會降低胡椒的脫皮率，因此酶法攪拌脫皮溫度以45℃為宜。

圖3　溫度對胡椒脫皮效果的影響Fig.3　Influence of temperature on decortication efficiency

2.5攪拌轉速對新鮮胡椒脫皮效果的影響

攪拌轉速對新鮮胡椒的脫皮效果見圖4，從圖4可以看出，靜置不攪拌3 h時，完全不脫皮，增加轉速有助于提高脫皮率，當轉速超過100 r/min時，脫皮率增加優勢不明顯。當由100 r/min升高到250 r/min時，脫皮率由92%增加為97.2%，脫皮率增加的幅度小。在實際脫皮過程中，轉速越快，振動幅度大，耗能越高，電機極易發熱，因此考慮到實際需要及安全因素，攪拌轉速以100 r/min為宜。

圖4　攪拌轉速對胡椒脫皮效果的影響Fig.4　Influence of agitation speed on decortication efficiency

2.6正交實驗優化

表3為正交實驗的設計方案及實驗結果，由表3可知，最佳組合條件為A3B2C3D2，即復合酶液濃度為2.0%，燙漂時間為5 min、溫度為45℃，轉速為150 r/min。表4為正交實驗方差分析結果，可以看出，A、B、C和D因素對胡椒脫皮率都有顯著性影響（p＜0.05），影響脫皮率的主次因素依次是復合酶液濃度＞燙漂時間＞脫皮溫度＞攪拌轉速，這與表4方差分析結果一致。經驗證，由表5知脫皮率為97.6%，高于正交實驗各組脫皮率結果。

表3　正交實驗設計及結果Table 3　Orthogonal array design for the optimization of pepper decortication

表4　正交實驗結果方差分析Table 4　Variance analysis of orthogonal test results

2.7不同方式脫皮后白胡椒品質比較結果

表5是三種不同脫皮方式得到白胡椒的品質評價結果，通過比較得出，酶法攪拌脫皮不僅脫皮時間短，脫皮率高，而且白胡椒的L值最大，色澤最明亮，香味濃郁，無異臭味，酶法攪拌與浸泡法相比，快速脫皮胡椒堿含量為5.1%，略高于傳統浸泡法胡椒堿4.7%含量。可見酶法攪拌工藝不僅脫皮時間短，保持白胡椒的香味，而且不影響胡椒堿的含量。

表5　三種脫皮方式的白胡椒品質比較Table 5　Comparation on quality of white pepper by three kinds of decortication ways

3　結論

采用果膠裂解酶和植物水解酶液復配，輔助攪拌方法，脫皮輔液pH調節為3.0～3.5，對新鮮胡椒進行脫皮，果膠裂解酶和植物水解酶以體積比3∶2復配最優。以胡椒脫皮率和白胡椒L值作為考察指標，在單因素實驗的基礎上，通過正交實驗對酶法攪拌脫皮工藝進行優化，最終得到鮮胡椒酶法攪拌脫皮的工藝為：新鮮胡椒燙漂5 min后，放入pH為3.0～3.5的脫皮輔液中，溫度調節至45℃后，添加復合酶液的體積（L）為新鮮胡椒質量（kg）的2.0%，調節轉速為150 r/min，攪拌3 h，經浮選去渣，55℃干燥后得到白胡椒。經驗證該優化工藝所得胡椒脫皮率為97.6%，明顯高于酶液浸泡和水漚法的脫皮率，脫皮時間明顯縮短，且香味濃郁，色澤亮白，不具有水漚法的異臭味，對胡椒堿的含量沒有影響，可以大幅度提高胡椒脫皮效率，便于工業化生產。

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Optimization of technology for enzymatic decortication of green pepper by stirring

ZHANG Rong-hu，DOU Zhi-hao*，XIE Hui，HE Ai
（Institute of Processing＆Design of Agroproducts，Hainan Academy of Agricultural Sciences，Haikou 571100，China）

Pectate lyase and the plant hydrolyzed-enzyme were used for decortication of the green pepper in order to gain optimizational decortication technology.The decortication efficiency was used as evaluation index，proportioning experiment of two kinds of enzymatic solutions was carried out firstly，then enzymatic peeling technology of pepper was optimized with the help of the stirring by orthogonal experiment on the basis of singlefactor tests，in the end，the quality of white pepper decorticated by the different ways was compared.Results showed the best proportion of pectate lyase and the plant hydrolyzed-enzyme was 3∶2，the optimum conditions were as follows：mixed enzymes concentration 2.0%，the treating temperature 45℃，stirring rate 150 r/min，and the blanching time 5 min.Under the optimum conditions，the decortication efficiency of pepper could reach 97.6%in 3 hours by enzymatic stirring method.Compared with the traditional water retting method，decortication time was shortened significantly，white pepper smelt fragrance thick and odourless，color was grey and light.

pepper peeling；mixed enzymes；stirring；optimization

TS201.1

A

1002-0306（2015）18-0214-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.18.034

2015－01－04

張容鵠（1970-），女，碩士研究生，副研究員，研究方向：農產品加工與保鮮貯藏，E-mail：zrh0912@126.com。

竇志浩（1961-），男，本科，研究員，研究方向：農產品加工與儲藏，E-mail：513408658@qq.com。

海南省科學事業費（kyys-2013-11）；海南省應用技術研發與示范推廣專項（ZDXM2014137）；海南省產學研一體化專項資金（cxy20130038）。