楊 輝，黃莎莎，董騰達(dá)，蘇 文，王麗紅，趙 敏，王婷婷

(陜西科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，陜西 西安 710021)

0 引言

蘋果中含有碳水化合物、維生素、有機(jī)酸、膳食纖維及豐富的微量元素，具有降低膽固醇，維持酸堿平衡，促進(jìn)腸胃蠕動(dòng)等多種生理功能[1].蘋果在中國(guó)主要有五大產(chǎn)區(qū)，分別是黃土高原、渤海灣、黃河故道、西南高地及特色產(chǎn)區(qū)，是世界最大的蘋果生產(chǎn)國(guó)[2].隨著市場(chǎng)需求增加，蘋果深加工產(chǎn)業(yè)鏈日漸豐富與成熟，蘋果汁、蘋果酒、蘋果醋等較受市場(chǎng)歡迎.但傳統(tǒng)的直接壓榨法所得出汁率較低，這主要是因?yàn)樗?xì)胞壁中含有纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)等多糖類物質(zhì)[3].采用酶解-壓榨可以提升出汁率，因?yàn)槊附饪善茐墓麑?shí)細(xì)胞壁的纖維素、半纖維素和果膠等物質(zhì)，導(dǎo)致細(xì)胞壁降解，使細(xì)胞交聯(lián)斷裂，降低果漿黏度.

鄭瑞婷等[4]采用果膠酶酶解蘋果后所得最高出汁率為92.05%，較直接壓榨法相比提升了12.90%，但僅采用了單一的果膠酶酶解蘋果.劉瑩等[5]采用果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶復(fù)合酶制劑生產(chǎn)蘋果汁，出汁率為86.76%，直接壓榨所得出汁率為78.70%，出汁率提升了8.06%，研究雖然采用了三種酶制劑，但并沒(méi)有考慮不同酶制劑以及其他因素間交互作用的影響，且與未酶解的出汁率相比較，酶解后出汁率提升的百分點(diǎn)較低.

本研究以洛川紅富士蘋果作為研究對(duì)象，根據(jù)蘋果細(xì)胞壁的特性，采用果膠酶和纖維素酶做復(fù)合酶制劑，無(wú)需調(diào)節(jié)pH，通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化蘋果的酶解工藝，旨在提高蘋果出汁率，為蘋果酒、蘋果醋的開(kāi)發(fā)提供試驗(yàn)參數(shù).

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅富士蘋果：洛川果園；果膠酶(酶活力10 u/mg)：法國(guó)laffort公司；纖維素酶R-10(酶活力10 u/mg)：上海源葉公司.

1.2 儀器與設(shè)備

榨汁機(jī)，美的集團(tuán)；PL203電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；恒溫水浴鍋，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；SC-3610低速離心機(jī)，安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司.

1.3 工藝流程

新鮮蘋果→挑選→清洗→打漿→酶解→過(guò)濾→離心(計(jì)算出汁率)

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 酶解單因素實(shí)驗(yàn)

取適量的蘋果加水榨汁，酶解后過(guò)篩、離心，以出汁率為指標(biāo)，選擇果膠酶添加量(0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%)、纖維素酶添加量(0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%)、果膠酶和纖維素酶的添加比例(1∶1、4∶3、2∶1、5∶2、3∶1、7∶2、4∶1，復(fù)合酶添加總量為0.04%)，復(fù)合酶添加量(0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%)、復(fù)合酶解溫度(35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃)和復(fù)合酶解時(shí)間(45 min、60 min、75 min、90 min、105 min、120 min、135 min)為單因素進(jìn)行試驗(yàn).

1.4.2 酶解正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取復(fù)合酶添加量、酶解時(shí)間和酶解溫度做L8(27)正交試驗(yàn).酶解正交試驗(yàn)如表1所示.

表1 酶解正交試驗(yàn)因素水平表

1.4.3 出汁率計(jì)算

出汁率的計(jì)算如式(1)所示.

(1)

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

每個(gè)試樣做3次平行，取平均值，采用spss22.0軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行顯著性方差分析.

2 結(jié)果與討論

2.1 蘋果酶解單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 果膠酶添加量對(duì)蘋果出汁率的影響

果膠酶添加量對(duì)蘋果出汁率的影響如圖1所示.由圖1可以看出，果膠酶添加量在0～0.04%范圍內(nèi)，隨著果膠酶添加量的增加，蘋果出汁率呈上升趨勢(shì)，且當(dāng)果膠酶添加量為0.04%時(shí)，蘋果出汁率最大，為68.93%，較對(duì)照品(未添加酶制劑)相比出汁率提升了13.11%.這是因?yàn)楣z存在于胞間層和細(xì)胞壁中，果膠酶可分解果膠，導(dǎo)致細(xì)胞間粘連度下降，破壞細(xì)胞組織，從而提升出汁率[6]；而添加量超過(guò)0.04%后，蘋果出汁率不再上升，這是因?yàn)樘砑右欢康墓z酶后，底物基本與果膠酶反應(yīng)完全[7].因此，確定最佳果膠酶添加量為0.04%.

圖1 果膠酶添加量對(duì)蘋果出汁率的影響

2.1.2 纖維素酶添加量對(duì)蘋果出汁率的影響

纖維素酶添加量對(duì)蘋果出汁率的影響如圖2所示.由圖2可以看出，在添加纖維素酶后出汁率較未添加纖維素酶樣品相比出汁率不增反降.這是因?yàn)樵诠麧{中，果膠通常與纖維素相互結(jié)合，一定量的纖維素酶可分解細(xì)胞壁中的纖維素，破壞細(xì)胞組織，使與果膠相互結(jié)合的纖維素被充分降解，果膠完全釋放，導(dǎo)致果漿黏度提高，影響出汁率[8-10].

圖2 纖維素酶添加量對(duì)蘋果出汁率的影響

2.1.3 果膠酶與纖維素酶的添加比例對(duì)蘋果出汁率的影響

在復(fù)合酶制劑添加量為0.04%條件下，其對(duì)蘋果出汁率的影響如圖3所示.由圖3可知，出汁率呈逐步上升趨勢(shì)，但在3∶1后大幅下降.這是因?yàn)樵谶m當(dāng)?shù)谋壤拢z酶可與纖維素酶產(chǎn)生協(xié)同作用，果膠酶分解胞間層的果膠，降低胞間黏度，細(xì)胞彼此分開(kāi)，使胞間溶液流出[11]；細(xì)胞的分開(kāi)有利于纖維素酶作用于細(xì)胞壁中的纖維素，一方面可以破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，另一方面水解與果膠結(jié)合的纖維素，釋放果膠，使果膠酶充分水解各類果膠物質(zhì)，提高出汁率[12].但若其中一種酶添加量過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致2.1.1和2.1.2所示出汁率不增返降現(xiàn)象.因此，選擇果膠酶與纖維素酶添加量比例為3∶1，有最大出汁率為71.4%，較對(duì)照品出汁率提升了14.06%，優(yōu)于單一酶解所得出汁率.

圖3 果膠酶與纖維素酶比例對(duì)蘋果出汁率的影響

2.1.4 復(fù)合酶制劑添加量對(duì)蘋果出汁率的影響

圖4表示在果膠酶與纖維素酶添加量比例為3∶1時(shí)，復(fù)合酶制劑添加量對(duì)蘋果出汁率的影響.由圖4可知，復(fù)合酶制劑添加量為0.05%時(shí)，出汁率達(dá)到最大，為73.16%，較對(duì)照品相比，出汁率提升了15.4%.而添加量達(dá)到0.05%后，出汁率不再有變化，可能是由于后期底物已反應(yīng)完全.因此選擇0.05%為最佳復(fù)合酶制劑添加量.

圖4 酶制劑添加量對(duì)蘋果出汁率的影響

2.1.5 復(fù)合酶解溫度對(duì)蘋果出汁率的影響

酶解溫度對(duì)蘋果出汁率的影響如圖5所示.由圖5可知，在果膠酶與纖維素酶添加量為3∶1，復(fù)合酶制劑添加量為0.04%的條件下，當(dāng)酶解溫度達(dá)到55 ℃時(shí)，蘋果汁的出汁率為73.57%；而溫度繼續(xù)上升，出汁率下降.這是因?yàn)榈蜏貢r(shí)酶活力不足，而溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致酶鈍化、失活.當(dāng)溫度為55 ℃時(shí)，在酶的最適溫度范圍內(nèi)，出汁率最高，故55℃為最佳酶解溫度.

圖5 酶解溫度對(duì)蘋果出汁率的影響

2.1.6 復(fù)合酶解時(shí)間對(duì)蘋果出汁率的影響

酶解時(shí)間是影響酶解是否充分的重要因素.酶解時(shí)間對(duì)蘋果出汁率的影響如圖6所示.由圖6可以看出，當(dāng)酶解時(shí)間為120 min時(shí)，出汁率達(dá)到最大為76.03%；當(dāng)酶解時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，出汁率有所下降.這是因?yàn)殡S著時(shí)間的增加，酶與底物反應(yīng)較完全[6]；但在達(dá)到最適時(shí)間后，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，出汁率會(huì)下降，一方面是因?yàn)樗终舭l(fā)，另一方面可能是由某些營(yíng)養(yǎng)成分損失造成[13,14].

圖6 酶解時(shí)間對(duì)蘋果出汁率的影響

2.2 酶解正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)，選定果膠酶與纖維素酶添加比例為3∶1，選擇復(fù)合酶制劑添加量(A)、酶解溫度(B)、酶解時(shí)間(C)及各因素間的交互作用做七因素二水平正交試驗(yàn)，以出汁率為指標(biāo)，確定酶解蘋果的最佳工藝參數(shù).正交試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，方差分析如表3所示.

表2的正交試驗(yàn)結(jié)果及表3的方差分析顯示，復(fù)合酶添加量(A)對(duì)出汁率影響顯著，影響蘋果出汁率的因素主次順序?yàn)锳>C>A×C>B>A×B>B×C.果膠酶和纖維素酶復(fù)合酶解蘋果的最優(yōu)化組合為A2B2C1，即在果膠酶與纖維素酶添加比例為3∶1的條件下，復(fù)合酶制劑添加量為0.05%，酶解溫度為55 ℃，酶解時(shí)間為120 min.此酶解條件下出汁率可達(dá)79.04%，較對(duì)照品出汁率提升了21.02%，出汁率提高的百分點(diǎn)高于盧燕燕等[15]報(bào)道的12.74%、吳定等[16]報(bào)道的13%、方亞葉等[17]報(bào)道的9.8%.

表2 酶解正交試驗(yàn)結(jié)果

表3 酶解正交試驗(yàn)方差分析

本研究所得出汁率低于部分其他研究，這是因?yàn)檠芯窟x用蘋果未經(jīng)酶解的出汁率范圍為55%～70%，蘋果含水量較低，低于其他研究的70%～80%.另外，蘋果出汁率還與榨汁時(shí)間有關(guān)，新鮮蘋果出汁率高，采收后的貯存時(shí)間對(duì)出汁率影響顯著，隨著貯存時(shí)間的延長(zhǎng)，出汁率下降，本研究是采收后貯存4個(gè)月左右的蘋果，但與非酶解工藝比較，酶解后出汁率提升的百分點(diǎn)較高；不同于其他酶解研究，本研究在果漿自然pH下進(jìn)行酶解，無(wú)需調(diào)整pH，簡(jiǎn)化酶解工藝，具有一定的參考價(jià)值.

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明，果膠酶與纖維素酶的添加比例為3∶1時(shí)，蘋果的出汁率較好.復(fù)合酶解蘋果的最佳工藝參數(shù)為復(fù)合酶添加量0.05%，酶解溫度55 ℃，酶解時(shí)間120 min.在最佳條件下，蘋果的出汁率為79.04%，與直接壓榨法所得對(duì)照品相比，出汁率提升了21.02%.研究所提升的出汁率高于其他研究，且無(wú)需調(diào)整果漿pH值，可為蘋果酒、蘋果醋等蘋果深加工產(chǎn)品的研究提供依據(jù).