果胶酶与纤维素酶复合提取黑树莓果汁的工艺优化_屈小媛.docx

贵州农业科学 2011,39(9): 194 -197 Guizhou Agricultural Sciences 文章编号 1001-3601 (2011 )09-0587-0194-04 果胶酶与纤维素酶复合提取黑树莓果汁的工艺优化 屈小媛，胡萍周光桥，聂叶，张秋红 (贵州大学生命科学学院，贵州贵阳 550025) 摘要 为除去果胶、纤维素等对果汁品质的影响 .提高果汁出汁率 .以黑树莓为原料 .采用果胶酶和 纤维素酶 2种酶复合对其进行酶解处理 .采用 L, G4 )正交试验设计 .对影响黑树莓果汁提取效果的主要因 素即酶用量、酶比例、酶解时间、酶解温度进行优化。结果表明 .果胶酶和纤维素酶可明显提高黑树莓果汁出 汁率和可溶性固形物含量，在酶用量 0.15%.酶比例 1 : 1.酶解时间 150min.酶解温度 50 ° C时，酶解效果最 佳 .出汁率及可溶性固形物含量分别达 82.79%和 14.3° Brix。 关键词 黑树莓；果汁；果胶酶；纤维素酶 中图分类号 S663.2; TS255.36 文献标识码 A Optimization of Black Raspberry Juice Extraction Technology QU Xiao-yuan. HU Ping* *. ZHOU Guang-qiao. NIE Ye. ZHANG Qiu-hong (College of Lif e Science. Guizhou University. Guiyang, Guizhou 550025. China) Abstract： Black raspberry was treated with pectinase and cellulase by using L9 (34) orthogonal design to optimize the extraction technology condition including enzyme dosage, enzyme proportion, enzymolysis time and temperature for improving juice extraction rate and removing the unfavorable effect of pectin and cellulose on juice quality. The results showed that pectinase and cellulase could enhance juice extraction rate and soluble solid content of black raspberry obviously, the juice extraction rate and soluble solid content of black raspberry under the optimum technological condition of 0. 15% enzyme dosage. 1 : 1 pectinase-cellulase ratio. 50 C for 150m enzymolysis time could reach 82.79% and 14.3 Brix. Key words： black raspberry； juice； pectase； cellulase 黑树莓为蔷薇科树莓属的一个种 .原产美国 .属 浆果类果树。黑树莓果实柔软多汁 .口感清香爽口 . 色泽宜人 .具有很高的营养价值和药用价值。浆果 中糖、有机酸、维生素 C、 维生素 B和造血化合物协 调结合 .是有利防病、治病的保健果品 11。黑树莓除 具有普通水果一般营养成分外 .其抗癌物质 革柔 化酸 .抗衰老物质 - 超氧化物歧化酶 (SOD)、 花青 素、维生素 E、 硒等的含量均高于现有任何栽培及野 生水果 2 1 。 由于其营养成分和出汁率优于众多水 果 .被联合国粮农组织列为 “ 天然绿色食品 ” 和 “ 健康 食品 ” 。 由于黑树莓生长季节性强 .收获期集中 .加之鲜 果含水量高 .呼吸强度大 .在贮藏、运输过程中容易 腐烂变质 .故将鲜果加工成果汁是有效的解决途径 之一。在果汁加工中 .果胶物质和纤维素是造成出 汁率低的主要因素 31。 酶催化反应可有效提高果汁 出汁率、澄清度 41.提高果汁品质和产量。李长春 51、 杨建军 61等研究表明 .补充纤维素酶以协同、促进果 胶酶作用 .可以显著提高水果出汁率。试验旨在优化 果胶酶和纤维素酶复合酶提取黑树莓果汁的工艺条 件 .为黑树莓果汁规模化生产提供理论依据和技术参 数 .同时也为黑树莓的深加工开辟一条新途径。 收稿 期 2011-03-31; 2011-08-17 修回 基金项目 贵州省农业攻关项目 “ 黑树莓绿色乳制品生产关键 技术研究及成用 黔科合 NY字 （ 2010)3037 作者简介 屈小媛 （ 1986 )，女，在读硕士，研究方向：食品营养与安全。 E-mail: quxiaoyuanl2345 163. com *通讯作着：胡萍 （ 1970 )，女，副教授，硕士生导师，博士，从事食品营养与安全研究 -E-mail:ls.phugzu.edu.cn 1 材料与方法 11 材料 1.1.1 黑树莓产于贵州省麻江县。 1.1.2 试剂果胶酶和纤维素酶（湖州礼来生物 技术有限公司 ） 的酶活力分别为 1 U/mg和 1 800U/mg 1.1.3仪器设备小型榨汁机（汕头市金凯塑胶 实业有限公司 ） .HH-S数显恒温水浴锅（金坛市医 疗仪器厂 ） .手持式折光仪（泉州万达实验仪器设备 公司）。 1.2 方法 1.2.1单因素试验根据预试验结果 .以出汁率 和可溶性固形物含量为评价指标 .对影响果汁酶解 效果主要因素即酶用量、酶比例、酶解温度、酶解时 间进行分析。果胶酶与纤维素酶比例、酶解温度及 其时间参照林慧 31的取值 .具体为果胶酶与纤维素 酶比例为1 : 1.酶解温度 50 ° C,酶解时间 60min.先 确定酶用量 .然后依次将已确定的各因素量分别再 进行其他因素的确定。 1)酶用量的确定。在果胶酶与纤维素酶比例 为 1 :1、酶解温度 50 ° C、 时间 60min的条件下 .选取 第 9 期 屈小媛等果胶酶与纤维素酶复合提取黑树莓果汁的工艺优化 ° 195 ° 6 5 60 1:2 3:1 4:1 酶比例 Enzyme proportion 50 60 70 酶解温度 /丈 Enzymolysis temperature 60 90 120 150 180 酶解时间 /min Enzymolysis time 图示各酶处理单因素提取黑树莓果汁的出汁率和可溶性固形物含量 Fig. Effects of enzyme dosage, enzyme proportion, enzymolysis time and enzymolysis temperature on juice extraction rate and soluble solid content of black raspberry 酶用量分别为 0%、 0.05%、 0. 1%、 0. 15%、 0.2%和 0.25%。 2) 复合酶比例的确定。在酶用量 0.15%、 酶解 温度 50 ° C'、 时间 60min的条件下 .选取果胶酶与纤 维素酶比例为 1 :2、 1 :1、 2 :1、 3 :1和 4 :1。 3) 酶解时间的确定。在酶用量 0.15%、酶比例 2 :1、酶解温度 50 ° C的条件下 .酶解时间设 60min、 90 min、 120 min、 150 min 和 180 min 5 个水平梯度。 4) 酶解温度的确定。在酶用量 0.15%、酶比例 2 :1、时间为 120min的条件下 .酶解温度设 30 ° C、 40 ° C、 50 ° C、 60 ° C和 70 °C 5 个水平梯度。 表 1 提取黑树莓果汁酶处理试验各因素水平 1.2.2 黑树莓果汁酶解条件正父试验在大量预 试验和单因素试验基础上，选取酶用量、果胶酶与纤 维素酶比例、酶解时间、酶解温度 4个可控工艺参 数 .采用 L9 G4 )正交试验设计 .以出汁率和可溶性 固形物含量为试验指标 .从而确定最佳提取工艺。 试验因素水平见表 1。 1.2.3测定指标与方法 果汁质量、 1)出汁率的测定：出汁率 /%= =X 100 鲜果质量 2)可溶性固形物含量 （ TSS)的测定采用手持 式折光仪测定法 81。 Table 1 Factors and levels of L9 (34 )orthogonal design 水平 Level 因素 Factor 酶用量 A/ % Enzyme dosage 酶比例 B Enzyme proportion 酶解时间 C/min Enzymolysis time 酶解温度 D/ °C Enzymolysis temperature 1 0. 10 1 : 1 90 45 2 0. 15 2 : 1 120 50 3 0.20 3 :1 150 55 2 结果与分析 2.1各酶处理单因素对黑树莓果汁提取效果的影响 2.1.1 酶用量在果胶酶与纤维素酶比例为 1 :1、酶解温度 50 ° C、 时间 60min的条件下，不同酶 用量（ 0%，0.05%， 0.1%， 0.15%， 0.2%, 0.25%)对 黑树莓果汁提取效果的影响（图示 ） 是，果胶酶和纤 维素酶可明显提高果汁出汁率和可溶性固形物含 量。随着酶用量的增加，二者均不断增加，当酶用量 为 0.15 %时，出汁率可达 77.55 %，可溶性固形物含 量可达 10.4° Brix;其后随着酶用量的增大，二者均 略有增加，但增加的幅度很小，结合生产成本分析， 最佳酶用量为 0.15%。 2.1.2 酶比例在酶用量 0.15%、酶解温度 50 ° C、 时间 60 min的条件下 .果胶酶与纤维素酶比例 (1 :2、 1 :1、 2 :1、 3 :1和 4 :1)对黑树莓果汁提取 效果的影响（图示 )是，随着果胶酶的增加，出汁率和 可溶性固形物含量均升高，当果胶酶与纤维素酶配比 大于 2 :1时 .二者均逐渐减小。结果表明，选择复合 酶配比在 1 :1 3 :1为宜。 2.1.3 酶解时间在酶用量 0.15%、酶比例 2 :1、 酶解温度 50 ° C的条件下，酶解时间 （ 60min、 90min、 120min、 150min和 180min)对黑树莓果汁提取效 果的影响（图示 )是，随着酶解时间的延长，果汁出汁 率和可溶性固形物含量均逐渐升高，酶解时间超过 120min后，二者增加的幅度较小。考虑果汁长时间 在较高温度下会导致营养流失，所以选取酶解时间 90150min 为宜。 I。/_相孬联晅犁链& JSCS3CS933"3s*sc§puqn一§ 1211109876520181614121086 05050505 98877665 C1BJuoplxaa.2nf 率 Io- 卜n91u8p;losJ2q-2c T14u1086 125 4量 -用 酶 5o5o>5o887766 3-sJuonuBiaxvvolnf %/M-t:壬 858381797775 9«Juo;l3B±3x4;a;cl-3f %/#t田 。 196 。 贵州农业科学 2011， 39 囊 2.1.4 酶解温度在酶用量 0.15%、酶比例 2 :1、 酶解时间 120min的条件下，酶解温度 GO ° C， 40 ° C， 50 ° C， 60 ° C， 70 ° C)对黑树莓果汁提取效果的影响（图 示 )是，随着酶解温度的增加，出汁率和可溶性固形 物含量均逐渐升高， 50 °C 时达最大。当超过 50 °C 后，出汁率明显下降，可溶性固形物含量明显升高， 原因是长时间在较高温度下，果汁水分蒸发较快，导 致出汁率降低，可溶性固形物含量升高。结果表明， 选择酶解温度 50 ° C为宜。 2.2 酶解条件工艺优化 2.2.1不同酶处理对黑树莓出汁率的影响由表 2可知，通过极差分析，当以出汁率为指标时，对出 汁率影响最大的是酶用量，依次是酶解时间、酶解温 度、酶比例，最佳组合为 AzBiGDi。方差分析结果 显示，酶用量对出汁率影响显著 （ FD. 5 = 19. 000< F酬量 =20.293<F .01 = 99. 000 )，其余因素对出汁 率影响均不显著，因此，在主要考虑酶用量的条件 下，其余因素有较大的选择余地。 2.2.2 不同酶处理对黑树莓果汁可溶性固形物的 表 2 影响由表 3可知，通过极差分析，当以可溶性固形 物含量 (TSS)为指标时，对可溶性固形物含量影响 最大的是酶用量，依次是酶解时间、酶比例、酶解温 度，最佳组合为。方差分析结果显示，酶 用量 （ FO.05 = 19. 000< Ff酬量 =49. 683< F . 丨 = 99.000)、酶解时间 （ Fo.os = 19. 000< 解时间 = 31.495CF。 ,。 , = 99.000)对可溶性固形物的影响显 著，其余因素对其影响均不显著，因此，在主要考虑 酶用量、酶解时间的条件下，其余因素有较大的选择 余地。 2.2.3 验证试验根据上述不同酶处理对黑树莓 出汁率及可溶性固形物含量的影响试验分析结果， 选择 AzBiGDi、 合对正交试验结果进行验证。结果（表 4)表明，最佳组合为 AzBiGD:，即酶用量 0.15%， 酶比例 1 :1、酶解时间 150min、 因素水平及结果酶 解温度 50 黑树莓果汁出汁率及可溶性固形物 含量最高，分别可达 82.79%、 14.3° Brix。 不同酶处理黑树莓的出汁率及其极差分析 Table 2 The iuice extraction rate of black raspberry under different enzymolysis condition and range analysis 项目 Item 因 素 Factor 出汁率 /% 酶用量 A Enzyme dosage 酶比例 B Enzyme proportion 酶解时间 c Enzymolysis time 酶解温度 D Enzymolysis temperature Juice extraction rate 1 1 1 1 1 79.42 2 1 2 2 2 74.73 3 1 3 3 3 76.12 4 2 1 2 3 80.02 5 2 2 3 1 80.87 6 2 3 1 2 80.25 7 3 1 3 2 76.67 8 3 2 1 3 80.33 9 3 3 2 1 77.55 Ki 76.757 78.703 80.00 79.280 Ki 80.380 78.643 77.433 77.217 K3 78.183 77.973 77.887 78.823 R 3.623 0.730 2.567 2.063 表 3 不同酶处理黑树莓果汁可溶性固形物含量及其极差分析 Table 3 The soluble solid content of black raspberry under different enzymolysis condition and range analysis 因 素 Factor 可溶性固形物 项目 酶用量 A 酶比例 B 酶解时间 c 酶解温度 D 含量 /°Brix Item Enzyme Enzyme Enzymolysis Enzymolysis Soluble dosage proportion time temperature solid content 1 1 1 1 1 9.9 2 1 2 2 2 10.6 3 1 3 3 3 10.7 4 2 1 2 3 13.8 5 2 2 3 1 12.8 6 2 3 1 2 11.6 7 3 1 3 2 14.0 8 3 2 1 3 10.6 9 3 3 2 1 13.0 K' 10.400 12.567 10.700 11.900 K2 12.733 11.333 12.467 12.067 12.533 11.767 12.500 11.700 R 2.333 1.234 1.800 0.367 第 9期 屈小媛等果胶酶与纤维素酶复合提取黑树莓果汁的工艺优化 。 197 。 表 4 黑树莓果汁酶解工艺优化验证试验结果 Table 4 The demonstration test result of optimized enzymolysis technology for juice extraction from black raspberry 组合号 Combination 因素水平 Factor and level 出汁率 /% Juice extraction rate 可溶性固形 物含量 /Brix Soluble solid content 酶用量 A Enzyme dosage 酶比例 B Enzyme proportion 酶解时间 c Enzymolysis time 酶解温度 D Enzymolysis temperature 1 2 1 1 1 82.09 13.7 2 2 1 3 2 82.79 14.3 3 2 1 2 3 79.92 13.7 4 2 2 3 1 80.79 12.8 5 3 1 3 2 76.77 14.0 3 结论与讨论 件进行，榨汁后用 2层纱布过滤，除掉粗纤维及树莓 种子，取汁。 通过极差与方差分析，各因素对出汁率的影响 程度由大到小依次为酶用量、酶解时间、酶解温度、 酶比例，其中酶用量对出汁率的影响达显著水平 ;各 因素对可溶性固形物含量的影响程度由大到小依次 为酶用量、酶解时间、酶比例、酶解温度，其中酶用 量、酶解时间对可溶性固形物含量影响达显著水平。 试验结果表明，酶用量为 0. 15%、酶比例为 1 :1、酶解时间为 150min、 酶解温度为 50°C 时，黑 树莓果汁出汁率及可溶性固形物含量最高，分别达 82.79%和 14. 3° Brix。 黑树莓果汁为深红色，无杂 质，具有新鲜黑树莓特有的风味，入口柔和，无异味。 黑树莓果汁提取工艺的流程为原料 清洗 破 碎 迅速加热、冷却 酶处理 过滤 榨汁。在原 料选择时，应选充分成熟的新鲜果实，剔除病虫霉烂 果。清洗时要缓慢轻柔，防止损伤果肉；黑树莓去蒂 后用研钵研碎。迅速加速冷却环节应在 80 °C 加热 lOmin以钝化各种氧化酶类，然后迅速冷却到 50 °C 以下，以尽量防止营养损失和芳香物质挥发 7。酶 处理环节要将破碎的黑树莓果浆加入果胶酶和纤维 素酶恒温酶解，具体各酶解因素建议按上述优化条 参考文献 1 刘建华 ,张志军，李淑芳 .树莓中功效成分的开发浅论 J 食品科学， 2004, 25 (10): 370-373. 2 贺立恒 .美国红树莓和黑莓脱毒快繁及工厂化育苗研 宄 D.北京：中国农业大学 ,2005. 3 林慧，王维民 .酶处理对菠萝果汁提取率的影响研 宄J.农产品加工：创新版 ,2009 (4): 40-42 4 Lucia Carneiro, Iralla dos Santos Sa. 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