酶法制備歐李汁條件優(yōu)化及果汁飲料配方研究

高紅芳

渭南職業(yè)技術(shù)學(xué)院（渭南 714026）

歐李果實(shí)香氣濃郁，顏色誘人，營養(yǎng)價(jià)值較高，不僅維生素和蛋白質(zhì)含量豐富，還具有抗疲勞、美容、保健等功效[1]。歐李中含有豐富的多酚類物質(zhì)，具有提高人體免疫力等保健功能，劉皓涵等[2]從歐李果實(shí)中檢測出6種多酚類物質(zhì)。但歐李果實(shí)口感酸澀，故適合加工后食用[3]。歐李果實(shí)中含有的有機(jī)酸是加工營養(yǎng)飲料的首選材料，其中L-蘋果酸是天然果汁的主要成分，其味道柔和，并且有特殊香味[4]。果汁加工過程中的榨汁工藝可通過機(jī)械方法完成，但回收率低，一些重要成分容易損失，在機(jī)械壓榨之前進(jìn)行酶處理，不僅有利于壓榨和果汁的回收，而且還可以提高果汁的質(zhì)量[5]。

果膠酶主要用于果蔬汁飲料的榨汁及澄清。在果膠酶的作用下，果膠物質(zhì)被水解，并協(xié)助懸浮顆粒的絮凝和果汁的澄清[6]。果膠酶可促進(jìn)果肉組織浸解和液化，有利于汁液和養(yǎng)分物質(zhì)流出，從而有效提高果汁出汁率。果膠酶還可以增加果汁中可溶性固形物含量，維持果汁原有色澤[7]。但影響果膠酶作用效果的因素較多，如果實(shí)的類型、酶濃度、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間等。因此，在果汁酶解提取果汁過程中，掌握其最佳酶解條件至關(guān)重要。

歐李（鈣果）不耐貯藏，冷凍后不僅可以延長加工期，而且水果在冷凍過程中會(huì)有大量冰晶體的形成，這些冰晶在解凍時(shí)會(huì)對細(xì)胞壁產(chǎn)生擠壓而使其破裂，從而提高果汁的出汁率[8]。試驗(yàn)以冷凍的歐李為原料，采用正交試驗(yàn)優(yōu)化歐李酶解的最佳工藝條件，并對提取的原果汁進(jìn)行調(diào)配，制備果汁飲料，為工業(yè)化生產(chǎn)歐李果汁飲料提供技術(shù)參數(shù)和理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

歐李果實(shí)（采摘于陜西省澄城縣高原之星果業(yè)生產(chǎn)農(nóng)民專業(yè)合作社種植基地）；檸檬酸、三氯蔗糖（河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司）；果膠酶（上海源葉生物科技有限公司）；1, 1-二苯基-2-3硝基苯肼（DPPH，源葉生物科技有限公司）；沒食子酸、福林酚（天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

HHW-2KV-660水浴鍋（上海南榮實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限公司）；80-2型離心機(jī)（上海坤誠科學(xué)儀器有限公司）；722型光柵分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；精密PHS-3C型pH計(jì)（成都市方舟科技有限公司）；WZS手持式折射儀（上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

原料→解凍→清洗→打漿→酶解→過濾→離心分離→歐李清汁→調(diào)配→殺菌→歐李果汁飲料

取適量歐李果實(shí)在室溫（20 ℃左右）下解凍，清洗后用打漿機(jī)破碎呈勻漿，準(zhǔn)確稱取50 g果漿加入燒杯中，加入一定量果膠酶，攪拌均勻，將其放入一定溫度的水浴鍋中酶解一定時(shí)間，將果漿分別采用4層紗布過濾1次，濾液置于4 000 r/min離心10 min，得到歐李清汁，進(jìn)行調(diào)配、殺菌后得到歐李果汁飲料。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

準(zhǔn)確稱取50 g果漿，以出汁率為指標(biāo)，分別考察酶添加量（0.03%，0.05%，0.07%，0.09%和0.11%）、酶解時(shí)間（30，60，90，120和150 min）、酶解溫度（35，40，45，50和55 ℃）對歐李出汁率的影響，每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.3.3 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以出汁率為評價(jià)指標(biāo)，以加酶量、酶解溫度、酶解時(shí)間為自變量，進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平見表1。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平（酶解條件）

1.3.4 果汁飲料配方優(yōu)化

1.3.4.1 單因素試驗(yàn)

在果汁調(diào)配時(shí)分別以果汁添加量（20%，25%，30%，35%和40%）、白砂糖添加量（1%，2%，3%，4%和5%）、檸檬酸添加量（0.05%，0.08%，0.10%，0.12%和0.14%）、三氯蔗糖添加量（0.002%，0.003%，0.004%，0.005%和0.006%）進(jìn)行單因素分析，以感官評分為評價(jià)指標(biāo)，篩選各因素的適宜水平范圍。

1.3.4.2 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以感官評分為指標(biāo)，進(jìn)行三因素四水平的正交試驗(yàn)。篩選各因素的適宜水平范圍。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)水平見表2。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平（最佳配方） 單位：%

評定小組由10名經(jīng)培訓(xùn)的食品專業(yè)學(xué)生組成，男女各5人。采用模糊數(shù)學(xué)綜合感官評價(jià)法，模型建立如下[9]：

因素集U={u1，u2，u3，u4}，其中u1=香氣，u2=顏色，u3=酸甜比，u4=滋味。

評語集P={P1，P2，P3，P4，P5}，其中P1=很好，P2=好，P3=一般，P4=差，P5=很差。

權(quán)重集X={x1，x2，x3，x4}，其中x1=0.2，x2=0.2，x3=0.3，x4=0.3。

綜合評價(jià)集Y=X×R，其中X為權(quán)重集，R為模糊矩陣。

感官質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 歐李果汁飲料感官評定

1.3.5 指標(biāo)測定

1.3.5.1 出汁率測定[10]

1.3.5.2 透光率測定

采用分光光度法進(jìn)行測定[11]。以蒸餾水為空白，在波長720 nm下測定歐李清汁的透光率。

1.3.5.3 可溶性固形物含量測定參考GB/T 12143—2008《飲料通用分析方法》中飲料可溶性固形物的測定方法（折光計(jì)法）。

1.3.5.4 總酚含量測定

總酚含量的測定參照張觀飛等[12]的方法，量取50 μL果汁，加入0.2 mL福林酚試劑后混勻，室溫下反應(yīng)3～4 min，加入1.0 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的Na2CO3溶液，定容至50 mL。搖勻后放置黑暗環(huán)境，反應(yīng)1 h；同時(shí)以蒸餾水代替樣品試劑作為空白，在760 nm波長下測定吸光度。以沒食子酸（1.2～4.2 μg/mL）為標(biāo)準(zhǔn)品繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，按照標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程計(jì)算樣品中總酚含量。最終結(jié)果以沒食子酸質(zhì)量濃度表示（單位：mg/L）。

1.3.5.5 DPPH自由基清除率測定

DPPH清除率采用分光光度法[13]。用無水乙醇配制0.2 mmol/L DPPH自由基醇溶液，取2 mL DPPH自由基醇溶液與1 mL樣品溶液混合，避光反應(yīng)30 min，測定其在波長517 mm處的吸光度Ai。為除去樣品本身顏色的影響，用1 mL樣品與2 mL乙醇混合，測定吸光度Aj。以1 mL無水乙醇與2 mL DPPH自由基醇溶液混合，作為空白對照，測定其吸光度A0。DPPH清除率按式（2）計(jì)算。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)均設(shè)置3次平行，采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，Origin 8.5軟件繪作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 果膠酶添加量對出汁率的影響

酶添加量對歐李出汁率的影響如圖1所示。不添加果膠酶時(shí)，歐李果汁黏度較大，出汁率僅為54.33%，添加0.03%果膠酶后出汁率提高至64.13%。膠酶添加量在0.03%～0.09%范圍內(nèi)，歐李出汁率隨著酶添加量的增大而提高，果膠酶添加量為0.09%時(shí)，出汁率達(dá)到最大值73.80%，當(dāng)果膠酶添加量繼續(xù)增加時(shí)，出汁率無顯著性變化，這是因?yàn)楣麧{一定時(shí)，其所含的果膠類物質(zhì)含量一定，果膠酶添加過量時(shí)，只能加速酶解反應(yīng)，而出汁率不會(huì)繼續(xù)提高。因此，選擇酶添加量0.05%～0.09%用于正交試驗(yàn)。

圖1 果膠酶添加量對歐李出汁率的影響

2.2 酶解溫度對出汁率的影響

不同溫度下果膠酶對歐李出汁率的影響如圖2所示。隨著酶解溫度升高，出汁率提高，果膠酶酶解溫度為50 ℃時(shí)，出汁率達(dá)到最高值，隨后出汁率降低。一方面，隨著溫度的升高，酶的活性隨之增強(qiáng)，果汁中的果膠分解量相應(yīng)增多；另一方面，溫度上升后分子運(yùn)動(dòng)速率不斷增加，加快果膠酶與底物濃度的接觸，提升反應(yīng)速率。溫度過高時(shí)，酶的結(jié)構(gòu)被破壞，活性降低，分解果膠類物質(zhì)的能力降低，最終引起歐李果汁出汁率降低[14]。由于55℃時(shí)出汁率稍有下降，考慮可能由于過高的溫度導(dǎo)致果膠酶逐漸鈍化而失活，因此，選擇酶解溫度40～50 ℃用于正交試驗(yàn)。

圖2 酶解溫度對歐李出汁率的影響

2.3 酶解時(shí)間對出汁率的影響

酶解時(shí)間對歐李出汁率的影響如圖3所示。隨著酶解時(shí)間延長，歐李出汁率不斷提高，這主要是因?yàn)閯傞_始時(shí)果漿中的果膠含量較多，在果膠酶的作用下迅速分解，果汁黏度下降，出汁率升高較快[15]。隨著酶解時(shí)間延長，果汁中的果膠已被分解完全，出汁率不再升高。因此，選擇酶解時(shí)間90～150 min用于正交試驗(yàn)。

圖3 酶解時(shí)間對歐李出汁率的影響

2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取酶添加量（0.05%，0.07%和0.09%）、酶解時(shí)間（90，120和150 min）及酶解溫度（40，45和50 ℃）作為考察因素，進(jìn)行歐李出汁率正交優(yōu)化試驗(yàn)，通過表4的極差分析結(jié)果表明，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，各因素對出汁率的影響主次順序?yàn)锳＞B＞C，即酶添加量是影響果汁出汁率最主要因素，其次是酶解時(shí)間，最后是酶解溫度。通過各因素的K值分析可知，提高歐李果出汁率的最佳酶解工藝參數(shù)為A3B2C3，即酶添加量0.09%、酶解時(shí)間120 min、酶解溫度50 ℃。由于最優(yōu)組合A3B2C3并未出現(xiàn)在正交表中，因此對最優(yōu)組合進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，在最優(yōu)組合條件下歐李果汁的出汁率可達(dá)74.80%，高于表4中最高水平，說明試驗(yàn)結(jié)論是可靠的。

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果

2.5 酶解對歐李汁澄清效果評價(jià)

由圖4可知，在最優(yōu)酶解工藝條件下，歐李汁透光率為86.3%，若不添加果膠酶，按照相同條件（溫度、時(shí)間）對果漿進(jìn)行處理，果汁的透光率僅為5.0%。研究表明，果膠酶用于果汁的澄清，可以大幅提高果汁的透光率。陳振昊等[16]的研究也表明，經(jīng)果膠酶處理可提高庫爾勒香梨的透光率。這是由于經(jīng)果膠酶處理后，果汁中的果膠物質(zhì)被分解，形成沉淀物質(zhì)，果汁的黏性降低，果汁變得澄清透亮[17]。

圖4 酶解前后歐李汁透光率比較

2.6 果汁飲料配方優(yōu)化結(jié)果分析

2.6.1 果汁飲料配方優(yōu)化單因素分析

歐李果汁、白砂糖、檸檬酸、三氯蔗糖添加量的變化對感官評價(jià)得分的影響如表5所示。果汁添加量達(dá)到35%時(shí)，果汁具有濃郁的香味，色澤呈紅寶石色，感官品質(zhì)最佳。白砂糖不僅能賦予果汁綿柔的口感，而且還是香味物質(zhì)的載體，隨白砂糖添加量的增加果汁的感官評分先上升，隨后下降。檸檬酸具有溫和爽快的酸味，賦予飲料豐富的口感，當(dāng)檸檬酸添加量為01.%時(shí)，果汁的感官評分最高。三氯蔗糖能有效掩蓋果汁本身的酸澀感，提高果汁的口感，當(dāng)添加量為0.005%時(shí)，感官評分最高。

表5 各單因素對感官評分的影響

2.6.2 果汁配方優(yōu)化的正交試驗(yàn)結(jié)果

評定人員依據(jù)感官質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)對各組樣品進(jìn)行感官評定，評價(jià)結(jié)果以每個(gè)評級的人數(shù)除以評級總?cè)藬?shù)10，

根據(jù)模糊變化原理，綜合評價(jià)集Y=X×R，計(jì)算結(jié)果為：Y1=（0.06，0.19，0.32，0.30，0.14）=68.0；Y2=（0.18，0.25，0.38，0.14，0.05）=73.7；Y3=（0.15，0.25，0.23，0.32，0.05）=71.3；Y4=（0.28，0.26，0.17，0.20，0.09）=74.4；Y5=（0.27，0.26，0.2，0.19，0.05）=73.0；Y6=（0.36，0.38，0.17，0.07，0.02）=79.9；Y7=（0.23，0.34，0.26，0.17，0）=76.3；Y8=（0.25，0.27，0.28，0.20，0）=75.7；Y9=（0.22，0.22，0.33，0.23，0）=74.3。

由表6可知，各因素對評分影響的主次順序?yàn)楣砑恿?三氯蔗糖添加量＞白砂糖添加量＞檸檬酸添加量。配方的優(yōu)化組合為A2B3C1D2，即果汁添加量35%、白砂糖添加量4%、檸檬酸添加量0.08%、三氯蔗糖添加量0.005%。按優(yōu)化得到的配方進(jìn)行驗(yàn)證，綜合感官評分為82.1分，高于表6中所有組合，說明試驗(yàn)結(jié)果可行。

表6 正交試驗(yàn)結(jié)果

2.7 果汁理化指標(biāo)

如圖5所示，調(diào)配好的果汁飲料色澤鮮亮，具有濃郁的歐李果香。對其理化指標(biāo)進(jìn)行測定，可溶性固形物含量5.7%，pH 3.49，總酚含量26.13 mg/mL，DPPH自由基清除率77.03%，具有一定抗氧化活性。果膠酶促進(jìn)細(xì)胞壁中層和初生細(xì)胞壁的降解，從而釋放出細(xì)胞內(nèi)的多酚類化合物，可提高果汁的抗氧化能力[18]。

圖5 歐李果汁飲料照片

3 結(jié)論

果膠酶提取歐李汁的過程中，各因素對出汁率的影響順序?yàn)槊柑砑恿浚久附鈺r(shí)間＞酶解溫度。最佳酶解工藝參數(shù)為酶添加量0.09%、酶解時(shí)間120 min、酶解溫度50 ℃。在此工藝條件下，果汁出汁率為74.80%，透光率為86.3%。不添加果膠酶時(shí)，出汁率為54.33%，透光率為5.0%，因此，與不添加果膠酶相比，出汁率提高了20.47%，透光率提高了81.3%。對歐李果汁進(jìn)行調(diào)配，當(dāng)果汁添加量35%、白砂糖添加量4%、檸檬酸添加量0.08%、三氯蔗糖添加量0.005%時(shí)，可得到色澤鮮亮，具有濃郁果香的歐李果汁飲料。試驗(yàn)利用歐李本身的濃郁香味及鮮亮色澤，不添加任何色素與香精，制備一款感官品質(zhì)良好的澄清型歐李果汁飲料，試驗(yàn)結(jié)果可為陜西渭南歐李資源開發(fā)和利用提供一定的技術(shù)參考。但此次擬試驗(yàn)僅探究果膠酶對果汁出汁率的影響，后期還需研究冷凍對歐李果實(shí)原料本身營養(yǎng)成分及損失情況的影響。同時(shí)，還需進(jìn)一步研究果汁飲料在儲藏期間微生物的變化，并通過建立模型來預(yù)測果汁產(chǎn)品的貨架期。