纖維素酶酶解山楂漿工藝研究

◎ 劉華玲，王躍強

（1.鶴壁職業技術學院 食品工程學院，河南 鶴壁 458000；2.鶴壁市綠色食品深加工重點實驗室，河南 鶴壁 458000）

山楂為薔薇科山楂屬植物，具有各種生理功能，包括降血壓、助消化、抗腫瘤等作用，是原衛生部批準的藥食兩用中藥，廣泛應用于普通食品和保健食品中[1]。山楂中含有豐富的營養物質，如維生素C、多糖、黃酮、維生素和有機酸等[2]。其中，黃酮是強抗氧化劑，可以有效清除體內的氧自由基[3]。目前山楂加工產品以糖葫蘆、山楂糕、山楂片和山楂酒等傳統食品居多[4]。山楂用于食品企業加工的數量不足產量的一半，加工復合山楂粉可以做飲料沖調飲品，開發前景良好[5]。

山楂具有很高的醫用價值和營養價值，但由于其纖維素含量較高，阻礙了山楂的深加工，纖維素酶可以使山楂軟化膨松，提高山楂的口感[6-7]。纖維素酶酶解山楂漿，山楂漿中的纖維素分子水解成葡萄糖分子，再進行噴霧干燥時，不易出現黏壁現象[8]。

本文主要通過纖維素酶催化酶解山楂漿中的纖維素，達到噴霧干燥快速制備山楂粉的目的。將山楂漿沉淀質量以及離心后上清液體積作為參考指標，采用纖維素酶對山楂漿進行酶解處理，研究纖維素酶添加量、反應時間、料液比3個因素對山楂漿酶解反應的影響，通過正交實驗，優化酶解條件，為山楂精深加工預處理提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山楂，河南鄭州山楂優果；纖維素酶，酶活力30 000 U·g-1，寧夏和氏璧生物技術有限公司；碳酸鈉，天津市瑞金特化學品有限公司。

1.2 儀器與設備

電子天平，上海光正醫療儀器有限公司；Satorius BSA223S精密天平，賽多利斯科學儀器有限公司；DF-101SZ集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義市予華儀器有限責任公司；IKA C-MAGHS7磁力攪拌器，德國IKA公司；LG10-2.4A高速離心機，北京醫用離心機廠；攪拌機，廣東美的生活電器制造有限公司；DHG-9123A型電熱恒溫鼓風干燥箱、PHS-3E型酸度計，上海精宏實驗設備有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

挑選新鮮山楂后進行清洗、去核、漂燙處理，在室溫下冷卻后儲存于-18 ℃的冰箱中，備用。

按照一定的比例將山楂與水混合打漿，調節pH至4.0。取山楂漿20 g與一定量的纖維素酶加入離心管中，磁力攪拌器中攪拌一定時間后4 000 r·min-1離心15 min，將上清液倒出量其體積，沉淀烘干后稱其質量，記錄數據。

1.3.2 實驗設計與方案

纖維素酶添加量對山楂漿酶解反應的影響：固定反應時間為4 h，山楂與水的比例為2∶8，纖維素酶添加比例分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%。

反應時間對山楂漿酶解反應的影響：固定纖維素酶的添加比例為0.3%，山楂和水的比例為2∶8，反應時間分別為2 h、3 h、4 h、5 h和6 h。

料液比對山楂漿酶解反應的影響：固定反應時間為4 h，纖維素酶的添加量為0.3%，山楂和水的比例分別為2∶4、2∶5、2∶6、2∶7和2∶8。

在單因素實驗的基礎之上，進行正交實驗，以沉淀質量為評價指標，得出最佳酶解條件。

1.4 數據處理

利用Origin 8.1軟件進行數據處理，所有實驗重復3次，取中間值進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 纖維素酶酶解山楂漿條件的優化

2.1.1 纖維素酶添加量對山楂漿酶解反應的影響

纖維素酶添加量對山楂漿酶解反應的影響如圖1所示。由圖1可知，當反應時間和料液比一定時，不同纖維素酶添加量對山楂漿酶解有著顯著的影響。當纖維素酶添加量從0.1%增加到0.2%時，山楂漿沉淀質量從0.380 g降低到0.373 g，繼續增加纖維素酶至0.4%時，山楂漿沉淀質量從0.373 g降低到0.303 g，增加纖維素酶至0.5%時，山楂漿沉淀質量繼續降低至0.293 g。說明纖維素酶的添加量較少時，纖維素酶對山楂漿酶解反應不徹底。當纖維素酶添加量達到一定量時，繼續添加纖維素酶，對山楂漿進行酶解反應影響不顯著。這是由于纖維素酶酶解了山楂漿中的纖維素，使山楂漿中沉淀質量不斷減少[9-10]。而繼續增加纖維素酶的量，山楂漿中沉淀的質量降低較慢。當纖維素酶添加量從0.1%增加到0.5%時，山楂漿上清液的體積從13.00 mL增加到了16.08 mL，與山楂漿沉淀質量相反。因此，選擇纖維素酶添加量為0.4%時，酶解效果最好。

2.1.2 反應時間對山楂漿酶解反應的影響

反應時間對山楂漿酶解反應的影響如圖2所示。由圖2可知，當纖維素酶的量和料液比一定時，隨著反應時間的延長，山楂漿沉淀的質量先降低后趨于穩定，上清液的體積先升高后趨于穩定。當反應時間從2 h增加到3 h時，山楂漿沉淀質量從0.43 g降低到0.35 g，山楂漿上清液的體積從13.69 mL增加到了15.00 mL，繼續增加反應時間至6 h，山楂漿沉淀的質量基本穩定，保持在0.36 g，山楂漿上清液的體積維持在15.69 mL左右。說明當反應時間達到3 h時，纖維素酶對山楂漿酶解作用基本完成，再增加酶解反應時間也不會降低山楂漿沉淀的質量，說明反應時間達到3 h以后，再增加反應時間對山楂漿酶解反應的影響不大[11]。因此，反應時間為3 h時，酶解效果最好。

2.1.3 料液比對山楂漿酶解反應的影響

料液比對山楂漿酶解反應的影響如圖3所示。由圖3可知，當纖維素酶的量和反應時間一定時，山楂漿濃度越高，纖維素酶酶解山楂漿的效果越好。

隨著料液比的增加，山楂漿沉淀的質量總體上呈降低趨勢，當料液比為2∶7和2∶8時，山楂漿沉淀質量維持在0.21 g左右；隨著料液比的增加，山楂漿上清液的體積總體上呈上升趨勢，當料液比為2∶7和2∶8時，山楂漿上清液的體積維持在15.50 mL左右。說明當山楂漿料液比增加到一定值時，再增加山楂漿料液比，對山楂漿酶解反應的影響不大。因此當料液比達到2∶7時，酶解效果最好。

2.2 纖維素酶酶解山楂漿工藝優化

在單因素實驗結果的基礎上，以沉淀質量為考察指標，對纖維素酶添加量、反應時間、料液比進行3因素3水平的正交實驗優化。確定纖維素酶的添加量為0.3%、0.4%、0.5%，反應時間為3 h、4 h、5 h，料液比為2∶6、2∶7、2∶8，單因素水平設計見表1。

表1 正交實驗因素水平表

由表2可知，各因素對實驗指標影響的主次順序為C＞B＞A，即料液比＞反應時間＞纖維素酶添加量；因素最優水平組合為A1B1C1，即纖維素酶添加量為0.3%、酶解時間為3 h、料液比為2∶6，效果達到最優。對表2中最佳因素水平組合進行3次重復實驗，山楂漿沉淀質量為0.51 g，表明所選因素水平組合的酶解效果最好。

表2 纖維素酶酶解山楂漿工藝正交實驗設計及結果表

3 結論

通過單因素實驗及正交實驗確定了酶解的最佳條件，顯著降低了山楂中的纖維素。最佳酶解工藝條件為纖維素酶添加量為0.3%，反應時間為3 h，料液比為2∶6，此工藝條件下的山楂漿中纖維素含量少，有利于噴霧干燥山楂粉。