碳酸鈉輔助酸棗核酶解破核工藝研究

◎ 李 成，郭曉玉，王鑫媛，張 璐，于 添，馬 軍，劉曉龍

（石家莊以嶺藥業股份有限公司，河北 石家莊 050000）

酸棗樹一般生長在山地，是我國北方地區的重要藥用植物[1]。酸棗仁為酸棗的干燥成熟種子，具有養心補肝、寧心安神、斂汗和生津之功效，常用于虛煩不眠、驚悸多夢、體虛多汗以及津傷口渴。中醫臨床上酸棗仁具有很高的醫學價值，尤其在心血管疾病、抗抑郁、焦慮癥和神經衰弱等方面起著很大的作用[2]。

傳統機械加工破酸棗核，一次性破核率只占30%～40%[3]，通過重復多次最終完成破核，費時耗能。研究報道以纖維素酶與果膠酶復合酶解可以大幅提高一次性破核率，其機理為纖維素酶可酶解細胞壁中的纖維素，果膠酶可酶解細胞與細胞之間的胞間層，兩種酶協同起效[4]。目前，通過酶解提高破核率試驗報道較少，本實驗室結合當前植物酶解常用酶制劑，在其適宜條件下進行破核研究，均未得到理想的試驗結果，這可能是因為酸棗核主要含有木質素、纖維素類及礦物質類成分[5]，酸棗核木質素對纖維素的包覆作用及其剛性結構使得酶水解效果不理想。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酸棗核，河北邢臺；纖維素酶（3 500 U·g-1），滄州夏盛酶生物技術有限公司；果膠酶（10 000 U·g-1），南寧東恒華道生物科技有限公司；木瓜蛋白酶（堅果加工專用）（600 000 U·g-1），滄州夏盛酶生物技術有限公司；半纖維素酶（400 000 U·g-1）、漆酶（400 000 U·g-1），諾維信（中國）生物技術有限公司；碳酸鈉（食品級），連云港堿業有限公司；檸檬酸（食品級），濰坊英軒實業有限公司；純化水。

1.2 儀器與設備

Memmert 恒溫水浴鍋、IRM 鼓風干燥箱、自制小型破核機、梅特勒FE20 pH 計。

1.3 實驗方法

因市面采集酸棗核粒徑范圍較大，酸棗核大小對破核率有影響，故選擇粒徑在7 ～8 mm 的酸棗核作為本次試驗對象。

1.3.1 酶解處理酸棗核破核工藝

將酸棗核洗凈，曬干，按料液比（1 ∶4）加入水，按推薦使用量加入上述酶制劑，將pH 值調到合適范圍內，適宜溫度下，酶解4 h 后，鼓風干燥箱烘干，使用自制小型破核機測定破核率。

1.3.2 碳酸鈉輔助酶解處理酸棗核破核工藝

將酸棗核洗凈，曬干，按料液比（1 ∶4）加入水，按水重量0.50%加入木瓜蛋白酶，按水重量0.50%加入碳酸鈉，50 ℃條件下，酶解4 h 后，鼓風干燥箱烘干，使用自制小型破核機測定破核率。先進行預試驗驗證，其次進一步通過單因素與正交試驗研究得到最優工藝。

2 結果與分析

2.1 酶種類篩選

由表1 可知，木瓜蛋白酶（堅果加工專用）的試驗數據優于其他酶，后續實驗證實在推薦pH 值條件下，隨著木瓜蛋白酶用量的增加，其破核率未見提高。其他酶及其組合未達到理想效果，木瓜蛋白酶與其他酶復配使用，也未明顯提高酶解破核效率。

表1 不同酶制劑酶解后對酸棗核破核率影響表

2.2 碳酸鈉處理與酶解技術結合試驗

由表2 可知單獨使用碳酸鈉處理對酸棗核破核率的影響，在料液比為1 ∶4 時，加入水重量0.50%～1.00%的碳酸鈉處理時，浸泡4 h，鼓風干燥箱烘干條件下，其對酸棗核破核率無明顯提高。將碳酸鈉引入酶解體系，其在作用于酸棗核木質素的同時，作為酶解體系的pH 值調節劑。

表2 碳酸鈉添加量對酸棗核破核率的影響表

2.3 單因素試驗

選取對酶解過程有影響的料液比、木瓜蛋白酶添加量、碳酸鈉添加量、酶解溫度和酶解時長5 個因素，分別進行試驗，烘干后，使用小型破核機測定破核率。

2.3.1 料液比對酸棗核破核率的影響

將酸棗核洗凈、曬干，加入0.50%木瓜蛋白酶、0.50%碳酸鈉，50 ℃酶解4 h，酶解后烘干，測定一次破核率。由表3 可知，料液比對破核率影響不明顯，因此選擇液體沒過酸棗核即可，發現當料液比為1 ∶2時，水即可沒過所有酸棗核，故料液比確定為1 ∶2。

表3 料液比對酸棗核破核率的影響表

2.3.2 木瓜蛋白酶添加量對酸棗核破核率的影響

將酸棗核洗凈、曬干，料液比1 ∶2，加入0.50%碳酸鈉，加入（0%、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%和1.25%）木瓜蛋白酶，50 ℃酶解4 h，酶解后烘干，測定一次破核率。由表4 可知，隨著酶用量的增加，酸棗核一次破核率增加，當酶用量為0.75%時達到峰值，之后再增大酶用量，破核率不再增加，由此確定木瓜蛋白酶最佳添加量為0.75%。

表4 木瓜蛋白酶添加量對酸棗核破核率的影響表

2.3.3 Na2CO3添加量對酸棗核破殼率的影響

將酸棗核洗凈、曬干，料液比1 ∶2，加入0.75%木瓜蛋白酶，按水重量（0%、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%和1.25%）添加碳酸鈉，50 ℃酶解4 h，酶解后烘干，測定一次破核率。由表5 可知，隨著碳酸鈉用量的增加，酸棗核一次破核率增加，當添加量為0.50%時效果最佳，隨著碳酸鈉用量的繼續增加，破核率呈下降趨勢，推測是由于酶解體系的pH 值逐漸超出酶的適宜范圍所致。

表5 碳酸鈉（Na2CO3）添加量對酸棗核破核率的影響表

2.3.4 酶解溫度對酸棗核破核率的影響

將酸棗核洗凈、曬干，料液比1 ∶2，加入0.75%木瓜蛋白酶，0.50%碳酸鈉，在25 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃和70 ℃條件下，酶解4 h，酶解后烘干，測定一次破核率。由表6 可知，酶解溫度對破核率影響不明顯，溫度過高會使酶活力下降，考慮實際操作中能耗等因素，選擇最佳酶解溫度為25 ℃。

表6 酶解溫度對酸棗核破核率的影響表

2.3.5 酶解時長對酸棗核破核率的影響

將酸棗核洗凈、曬干，料液比1 ∶2，加入0.75%木瓜蛋白酶，0.50%加入碳酸鈉，25 ℃下酶解（2 h、3 h、4 h、5 h 和6 h），酶解后烘干，測定一次破殼率。由表7 可知，酶解時長在3 h 時一次破殼率最高，推測隨著反應時間的延長，酶活逐漸降低，超過一定的時間酶促反應不再起作用，對破核率沒有影響。

表7 酶解時長對酸棗核破核率的影響表

2.4 正交試驗結果分析

在單因素試驗結果的基礎上，選擇較好試驗條件進行3 因素3 水平正交試驗，正交試驗因素水平見表8。由表9、表10 可知，影響最佳酶解工藝的因素主次順序為A（木瓜蛋白酶添加量）＞C（酶解時間）＞B[碳酸鈉（Na2CO3）添加量]。通過方差分析，最佳酶解工藝條件是A3B2C3，即木瓜蛋白酶添加量（A）1.00%、Na2CO3添加量（B）0.50%、酶解時長（C）4 h。在此最優條件下進行3 次驗證實驗，得到破核率平均值為80.23%，最終與預測值基本吻合，說明該工藝是合理有效的。其與正交設計組第7 組工藝數據比較無明顯差異，考慮試驗設計原理及過程穩定性等因素，選擇最優條件作為酶解工藝條件。

表8 正交試驗因素水平表

表9 正交試驗結果表

表10 方差分析表

3 結論

通過單因素和正交試驗分析得出，酸棗核在料液比（1 ∶2），按水重量1.00%加入木瓜蛋白酶，按水重量0.50%加入碳酸鈉（Na2CO3），室溫（25 ℃）酶解4 h 條件下，酶解后鼓風干燥箱烘干，一次破核率平均值為80.23%，比只用傳統機械法工藝破核率高，且得到酸棗仁基本完整。該破核工藝通過將碳酸鈉處理與酶解工藝結合，作用于酸棗核中木質素成分，使其剛性結構破壞，協同木瓜蛋白酶達到軟化棗核的目的，干燥后，再經機械法破核，核壁易被破壞，從而提高了酸棗核破核率，保證了酸棗仁的完整性。該方法還可以推廣到含木質素較多的棗核、堅果等產品的破核應用中。