果膠酶澄清枇杷果汁工藝的優(yōu)化研究

俞麗娜,張興龍,劉紅星,倪志明,王鴻飛,邵興鋒

(1.寧波大學(xué)食品科學(xué)與工程系,浙江寧波 315211;2.寧波方太廚具有限公司,浙江寧波 315336)

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果膠酶澄清枇杷果汁工藝的優(yōu)化研究

俞麗娜1,張興龍1,劉紅星2,倪志明2,王鴻飛1,邵興鋒*

(1.寧波大學(xué)食品科學(xué)與工程系,浙江寧波 315211;2.寧波方太廚具有限公司,浙江寧波 315336)

本文采用果膠酶對(duì)“寧海白”枇杷果汁進(jìn)行澄清處理,以果汁透光率變化為指標(biāo),單因素分析不同酶添加量、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度對(duì)透光率的影響。進(jìn)一步采用響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)得出最佳澄清工藝:酶添加量為3 mg/L、反應(yīng)時(shí)間為4 h、反應(yīng)溫度為40 ℃。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),果汁透光率平均值為91.02%,與模型預(yù)測(cè)值較為接近,模型可靠;同時(shí),果膠酶的使用沒(méi)有顯著影響果汁中的可溶性固形物、VC和總酚含量,因而果膠酶用于澄清枇杷果汁具有應(yīng)用前景。

枇杷,果汁,果膠酶,澄清,優(yōu)化

枇杷別名盧橘(Eriobotryajaponica(Thunb.)Lindl),為薔薇科枇杷屬植物,因其葉形似琵琶,所以名為枇杷。枇杷品種眾多,主要分為紅沙枇杷和白沙枇杷兩大類(lèi)。“寧海白”枇杷屬于白沙枇杷,是從實(shí)生白沙枇杷中選育出的優(yōu)質(zhì)新品[1],品質(zhì)優(yōu)良,皮薄,果肉呈白色,果實(shí)含糖量高、酸甜適口、風(fēng)味濃郁,市場(chǎng)價(jià)值較高[2-3]。目前主要分布在浙江省及其周邊地區(qū)。近年來(lái),隨著種植面積的增大,其產(chǎn)量也急劇上升。但是枇杷貨架期短、易腐爛的特點(diǎn),以及每年大量的殘次果都需要進(jìn)行深加工處理。

果汁不僅能夠保留水果中的原有風(fēng)味、生物活性和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),而且口感好,因此越來(lái)越受到消費(fèi)者的青睞。將“寧海白”枇杷加工成果汁,不僅保留了其獨(dú)有的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),還可以解決枇杷的貯藏期短、難以運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題,使資源得到充分利用。但是由于枇杷果漿汁中含有果膠以及蛋白質(zhì)等物質(zhì),在加工中若未除去,這些物質(zhì)會(huì)使枇杷果汁在加工及貯存過(guò)程中產(chǎn)生沉淀,因此有必要采取一定的澄清方法處理枇杷果汁(如離心澄清、殼聚糖澄清,超濾澄清等)[4]。現(xiàn)在的研究及生產(chǎn),一般采用果膠酶,纖維素酶,半纖維素酶等處理原汁[5-7]。果膠酶可以打破并降解果膠分子,降低果汁的黏性,從而使果汁中的可溶性固形物沉淀,增強(qiáng)果汁的澄清效果,并且相比其他澄清方法具有方便、快捷、效果好等特點(diǎn)[8]。

本實(shí)驗(yàn)以透光率為主要指標(biāo),研究了果膠酶添加量、酶解時(shí)間及酶解溫度對(duì)果汁澄清效果的影響,并在單因素的基礎(chǔ)上,對(duì)其進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn),以確定果膠酶澄清果汁的最佳工藝,并進(jìn)行工藝驗(yàn)證,以期為開(kāi)發(fā)枇杷果汁提供切實(shí)的理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

枇杷(EriobotryajaponicaLindl.cv.NingHaiBai)在商業(yè)成熟時(shí),采摘自浙江省寧海縣一市鎮(zhèn),挑選無(wú)損傷、無(wú)害蟲(chóng)的果實(shí)用于實(shí)驗(yàn),出汁率為60%;果膠酶(Pectinex Ultra Color,10000 U/mg)諾維信公司提供。

草酸-EDTA、偏磷酸乙酸、硫酸、鉬酸銨、福林酚、碳酸鈉、沒(méi)食子酸等。

HR2003型勻漿機(jī)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(xué)儀器有限公司;數(shù)顯恒溫水浴鍋國(guó)華電器有限公司;臺(tái)式低速離心機(jī)湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開(kāi)發(fā)有限公司;UV1600分光光度計(jì)上海美譜達(dá)儀器有限公司;WYT-4型手持糖量?jī)x上海精密儀器儀表有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1“寧海白”枇杷原汁的制備寧海白枇杷,清洗后剝皮去核,用勻漿機(jī)打漿10 s得到枇杷果漿,離心分離(4600 r/min,10 min處理)得上清液為原汁,備用[9]。

1.2.2測(cè)定方法

1.2.2.1寧海白枇杷原汁透光率測(cè)定波長(zhǎng)的確定取一定量的原汁,每升原汁加入2 mg果膠酶,40 ℃下放置1 h。采用分光光度計(jì)法,以透光率為澄清度指標(biāo),蒸餾水為對(duì)照,測(cè)定波長(zhǎng)300～1000 nm掃描。

1.2.2.2可溶性固形物(SSC)測(cè)定手持糖量?jī)x測(cè)定。

1.2.2.3抗壞血酸(VC)含量測(cè)定采用鉬藍(lán)比色法[10],取2 mL原汁加入到試管中,隨后依次加入草酸-EDTA溶液3 mL,偏磷酸乙酸0.5 mL,5%硫酸溶液1.0 mL及5%鉬酸銨溶液2 mL;加水定容到20 mL,混勻后于30 ℃水浴放置10 min。以空白管調(diào)零,測(cè)定760 nm下吸光值。配制濃度為0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06 mg/mL的VC溶液,按上述方法測(cè)定吸光值,以VC含量作橫坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.2.4總酚含量測(cè)定參考Sato的方法[11],取0.4 mL原汁加入0.4 mL福林酚試劑充分震蕩后靜置 3 min,再加入0.04 mL飽和NaCO3溶液,經(jīng)充分震蕩后靜置于暗室1 h后,測(cè)定700 nm下吸光值。配制不同濃度沒(méi)食子酸溶液,按上述方法測(cè)定A700,并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.3單因素實(shí)驗(yàn)

截至2018年9月底，全區(qū)棚戶(hù)區(qū)改造已新開(kāi)工9.1萬(wàn)套，開(kāi)工率101%，基本建成6.6萬(wàn)套，完成目標(biāo)任務(wù)4.2萬(wàn)套的157%，提前3個(gè)月超額完成2018年國(guó)家下達(dá)的棚戶(hù)區(qū)改造目標(biāo)任務(wù)。10月11日，自治區(qū)人民政府召開(kāi)2018年全區(qū)保障性安居工程建設(shè)暨2018—2020年棚戶(hù)區(qū)改造工作會(huì)議，自治區(qū)黨委常委、自治區(qū)人民政府副主席嚴(yán)植嬋出席會(huì)議，自治區(qū)住房城鄉(xiāng)建設(shè)廳廳長(zhǎng)周家斌參加會(huì)議。

1.2.3.1最佳酶添加量的確定取7個(gè)燒杯各加入96 mL枇杷原汁,再分別加入0、0.05、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 mg的果膠酶4 mL并充分混勻,使酶添加量為0、0.5、1、2、4、6、8 mg/L果漿,在40 ℃下酶解2 h。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3組平行,以透光率為指標(biāo)確定最佳酶用量。

1.2.3.2最佳酶解時(shí)間的確定取6個(gè)燒杯分別加入96 mL枇杷原汁,各加入0.2 mg的果膠酶4 mL并充分混勻,即酶添加量為2 mg/L,在40 ℃下分別酶解0.5、1、2、3、4、5 h。其他處理同上。

1.2.3.3最佳酶解溫度的確定取5個(gè)燒杯分別加入96 mL枇杷原汁,各加入0.2 mg的果膠酶4 mL并充分混勻,即酶添加量為2 mg/L,分別在20、30、40、50、60 ℃下酶解2 h。其他處理同上。

1.2.4響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,以酶添加量、酶解時(shí)間、酶解溫度3個(gè)因素與出汁率進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì)(表1),采用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,優(yōu)化枇杷果漿的酶解工藝。在分析得到的最佳工藝條件下處理果汁作為優(yōu)化組驗(yàn)證響應(yīng)面分析的可靠性。以未經(jīng)果膠酶處理的果汁作為對(duì)照組(CK組),同時(shí)測(cè)定優(yōu)化組和CK組SSC含量、VC含量、總酚含量等指標(biāo)。

表1　Box-Behnken設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)因素水平及編碼Table 1　Coded values and factors and levels of the Box-Behnken design

1.2.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析采用Excel(微軟,美國(guó))數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和SPSS12.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析。用Ducan’s multiple comparison方法進(jìn)行顯著差異性分析,p<0.05表示差異顯著。用OriginPro8.1繪制數(shù)據(jù)圖(Microcal軟件公司,美國(guó))。

2　結(jié)果與分析

2.1測(cè)定“寧海白”果汁透光率最適波長(zhǎng)的確定

由圖1可以看出,果膠酶澄清“寧海白”枇杷原汁,果汁的透光率隨著波長(zhǎng)的增加而逐漸增大且趨于穩(wěn)定,當(dāng)波長(zhǎng)達(dá)到700 nm時(shí),果汁透光率達(dá)到80%以上且趨于穩(wěn)定,所以確定枇杷果汁透光率測(cè)定的最適波長(zhǎng)為700 nm。

圖1　不同波長(zhǎng)下枇杷果汁的透光率變化曲線Fig.1　Transmittance curves of loquat juice under different wavelength

2.2酶解時(shí)間對(duì)果汁透光率的影響

圖2　酶解時(shí)間對(duì)果汁透光率的影響Fig.2　Effect of hydrolysis time on juiceclarity of loquat

2.3酶解溫度對(duì)果汁透光率的影響

由圖3可以看出枇杷果汁透光率在40 ℃以?xún)?nèi),隨溫度的上升而顯著增加(p<0.05);而在40 ℃之后,果漿出汁率迅速下降。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是果膠酶屬于蛋白類(lèi)物質(zhì),溫度的變化影響其活性,當(dāng)溫度在40～50 ℃時(shí),果膠酶的活性最大,其透光率也高;而溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí),會(huì)抑制果膠酶活性,透光率也相對(duì)較低。由圖3可知當(dāng)酶解溫度為40 ℃時(shí),枇杷果汁的透光率最大。所以?xún)?yōu)化實(shí)驗(yàn)選擇最佳酶解溫度為40 ℃。

圖3　酶解溫度對(duì)果汁透光率的影響Fig.3　Effect of hydrolysis temperature on juice clarity of loquat

2.4酶添加量對(duì)果汁透光率的影響

由圖4可知對(duì)照組的透光率小于74%,而實(shí)驗(yàn)組透光率都大于80%,這是因?yàn)楣z酶可以有效的裂解果漿中的果膠物質(zhì),降低果膠物質(zhì)的含量,提高出汁率。由圖4可以看出酶添加量在0.5 mg/L增大到2 mg/L果汁透光率率顯著增加(p<0.05),當(dāng)酶添加量在2～8 mg/L時(shí),隨著酶添加量的增加,透光率不再顯著變化(p>0.05)。所以?xún)?yōu)化實(shí)驗(yàn)選擇最佳酶添加量為2 mg/L。

2.5果膠酶對(duì)“寧海白”枇杷果汁澄清的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

2.5.1響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)Box-Benhnken的中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2,并用Design-expert8.0.6對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

圖4　酶添加量對(duì)果汁透光率的影響Fig.4　Effect of enzyme concentration on juice clarity of loquat表2　Box-Behnken設(shè)計(jì)方案及枇杷果汁透光率的測(cè)定結(jié)果Table 2　Box-Behnken design and response values of juice clarity

實(shí)驗(yàn)號(hào)A酶添加量B時(shí)間C溫度透光率(%)110-184.06200087.72310186.3440-1184.78511089.37601186.667-10184.91800087.31901-185.3910-11085.5711-1-1084.081200086.7713-10-182.511400086.70150-1-179.471600086.86171-1084.86

2.5.2模型方差分析及顯著性檢驗(yàn)對(duì)表2中以透光率為響應(yīng)值,通過(guò)Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)響應(yīng)值與各因素的編碼值進(jìn)行回歸擬合后,得到如下回歸方程:Y=87.07+0.94A+1.73B+1.41C+0.75AB-0.03AC-1.01BC-0.36A2-0.74B2-2.26C2。

從表3可以看出,所得的Y回歸方程極顯著(p<0.0001),且失擬檢驗(yàn)不顯著(p=0.2424),說(shuō)明此回歸模型很理想,用方程Y擬合3個(gè)因素與透光率之間的關(guān)系是可行的。模型的R2=0.9762,說(shuō)明該模型擬合度較好。RSN=23.538大于4,說(shuō)明實(shí)驗(yàn)精度較高[13]。綜合以上分析得知:該模型與實(shí)際情況擬合較好,可用于預(yù)測(cè)透光率的變化情況。

表3　回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表Table 3　Significance test of regression equation module

注:**.差異極顯著,p<0.01;*.差異顯著,p<0.05。

從3因素(A、B、C)對(duì)透光率的影響來(lái)看,一次項(xiàng)A(酶添加量)、B(酶解時(shí)間)和C(酶解溫度)對(duì)透光率有極顯著的影響;交互項(xiàng)中的AB、BC對(duì)透光率有顯著影響,AC對(duì)結(jié)果沒(méi)顯著影響,影響的順序依次是BC>AB>AC;二次項(xiàng)B2和C2對(duì)結(jié)果有顯著的影響,A2無(wú)顯著影響。

2.5.3交互作用對(duì)響應(yīng)值影響分析由圖5可知,酶添加量和酶解時(shí)間交互作用顯著,當(dāng)將酶解溫度固定為40 ℃,在酶添加量不變時(shí),隨著時(shí)間的增加,果汁透光率增高,但是在酶添加量處于較高水平時(shí),果汁透光率隨著時(shí)間的增大而迅速升高;當(dāng)酶添加量處于較低水平時(shí),果汁透光率在增長(zhǎng)到一定水平后緩慢增長(zhǎng)。同時(shí)在酶解時(shí)間處于較低水平時(shí),果汁透光率隨著酶添加量的增加而增長(zhǎng)緩慢;在酶解時(shí)間處于較高水平時(shí),果汁透光率隨著酶添加量的增加迅速增長(zhǎng)。

圖5　酶添加量和酶解時(shí)間對(duì)果汁透光率影響的響應(yīng)面圖Fig.5　Response surface for juice clarity as a function of pectinase concentration and time

由圖6可知,酶添加量和酶解溫度交互作用不顯著,當(dāng)將酶解時(shí)間固定為3 h時(shí),在酶添加量不變時(shí),果汁透光率的變化隨著酶解溫度的變化呈拋物線型,因此最優(yōu)參數(shù)向0(40 ℃)水平偏移。但是在酶解溫度不變的情況下,果汁透光率隨著酶添加量的增加而增加,最優(yōu)參數(shù)向+1(3 mg/L)水平移動(dòng)。

圖6　酶添加量和酶解溫度對(duì)果汁透光率影響的響應(yīng)面圖Fig.6　Response surface for juice clarity as a function of pectinase concentration and temperature

由圖7可知,酶解時(shí)間和酶解溫度交互作用顯著,當(dāng)將酶添加量固定為2 mg/L時(shí),在酶解時(shí)間不變時(shí),隨著酶解溫度的增加,果汁透光率增高;但是當(dāng)酶解溫度超過(guò)40 ℃之后,果汁透光率逐漸下降。在酶解溫度不變的情況下,出汁率隨著酶解時(shí)間的增加而增加,最優(yōu)參數(shù)向+1(4 h)水平移動(dòng)。

圖7　酶解時(shí)間和酶解溫度對(duì)果汁透光率影響的響應(yīng)面圖Fig.7　Response surface for juice clarity as a function of time and temperature

2.5.4最佳工藝參數(shù)及驗(yàn)證通過(guò)計(jì)算分析,得到的最終優(yōu)化出的實(shí)驗(yàn)條件為:酶添加量3.00 mg/L、酶解時(shí)間4.00 h、酶解溫度為39.79 ℃,考慮實(shí)際生產(chǎn)條件,工藝調(diào)整為酶添加量3 mg/L、酶解時(shí)間4 h、酶解溫度為40 ℃,模型預(yù)測(cè)果汁透光率為94.22%。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),得到透光率平均值為91.02%,與預(yù)測(cè)值接近,并且基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量與對(duì)照組沒(méi)有差異(表4)。VC標(biāo)準(zhǔn)曲線:y=0.1297x+0.0049,R2=0.9987;沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線:y=8.0723x-0.0162,R2=0.9967。

表4　優(yōu)化組與對(duì)照組部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量Table 4　The content of partial nutrientsin optimized group and the control

3　結(jié)論

本研究獲得了酶法澄清“寧海白”枇杷果汁的最佳工藝參數(shù)為酶添加量3 mg/L、酶解時(shí)間4 h、酶解溫度為40 ℃,透光率平均值為91.02%。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),優(yōu)化后的澄清度與預(yù)測(cè)值接近;同時(shí),酶解處理的枇杷果汁與未處理果汁的SSC、VC、總酚含量無(wú)顯著差異。因此,應(yīng)用果膠酶澄清枇杷果汁可以達(dá)到理想的澄清效果,且對(duì)果汁的營(yíng)養(yǎng)成分基本沒(méi)有影響。

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Study on optimal clarification process of loquat fruit juice with pectinase

YU Li-na1,ZANG Xing-long1,LIU Hong-xing2,NI Zhi-ming2,WANG Hong-fei1,SHAO Xing-feng1,*

(1.Department of Food Science and Engineering,Ningbo University,Ningbo 315211,China;2.Ningbo Fotile Kitchenware Co. Ltd,Ningbo 315336,China)

‘Ninghaibai’ loquat fruit juice was clarified by pectinase,and the effect of enzyme dosage,reaction time and reaction temperature on juice light transmittance were investigated. The result of response surface optimization experiment was as follows:enzyme dosage 3 mg/L,the reaction time 4 h,the reaction temperature 40 ℃. Verification test was performed on this basis,and the average transmittance was 91.02%,approaching to the prediction value and the response model was reliable. In addition,there was no significant effect on soluble solid content,VCand total phenols of using pectinase,so the pectinase used to clarify loquat fruit juice had the good application prospect.

loquat;juice;pectinase;clarification;optimization

2015-05-19

俞麗娜(1990-)，女，在讀碩士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工，E-mail:369768871@qq.com。

邵興鋒(1980-)，男，博士，副教授，研究方向：食品貯藏保鮮，E-mail:shaoxingfeng@nbu.edu.cn。

浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(LR15C20002)；浙江省健康智慧廚房系統(tǒng)集成重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目(2014E10014)；寧波市農(nóng)業(yè)和社會(huì)發(fā)展攻關(guān)項(xiàng)目(2014C50084)。

TS255.1

B

1002-0306(2016)03-0201-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.03.034