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复合酶对枸杞果汁出汁率的影响

2021-02-04 22:23:41枸杞专业文献63人已围观

简介 摘要 为了保证枸杞果汁良好的感官品质,提高出汁效率,试验以枸杞果汁为原料,通过添加果胶酶、半纤维素酶,调整二者复合比例,考察在不同温度以及酶解时间等条件下,复合酶对枸杞果

 摘要 为了保证枸杞果汁良好的感官品质,提高出汁效率,试验以枸杞果汁为原料,通过添加果胶酶、半纤维素酶,调整二者复合比例,考察在不同温度以及酶解时间等条件下,复合酶对枸杞果汁出汁率的影响,研究表明枸杞果汁中添加2.5 g/L复合酶(果胶酶与半纤维素酶比例为2∶1),在50 ℃下酶解120 min,出汁率可达87.12%,明显提高了枸杞果汁的出汁率。
  关键词 枸杞;复合酶;出汁率
  中图分类号 TS275.5文献标识码 A
  文章编号 0517-6611(2019)22-0175-03
  Abstract In order to ensure the good sensory quality of Lycium chinense juice and improve the juice yield,in this experiment, L. chinense juice was used as raw material. By adding pectinase and hemicellulase, the ratio of the two enzymes was adjusted,the factors influencing the juice yield of L. chinense were investigated under different temperature and enzymatic hydrolysis time. The results showed that adding 2.5 g/L complex enzyme (pectinase to hemicellulase ratio was 2∶1) to L. chinense juice and enzymatic hydrolysis was carried out at 50 ℃ for 120 min. The method was effective in improving the yield of L. chinense juice, and the juice yield could reach 87.12%.
  Key words Lycium chinense;Complex enzyme;Juice yield
  枸杞(Lycium chinense)为茄亚目茄科枸杞属灌木植物成熟果实,俗称红果子、狗牙子、牛右力、红珠仔刺等,喜光照,耐盐碱[1] ,主要产区为我国的西北5省区(陕、甘、宁、青、蒙)以及河北等地,其中“宁夏枸杞”享誉盛名,并作为唯一品种被载入《中国药典》(2015版)[2] 。因其卓越的药用价值及保健功效,自古以来就备受历代医药学家推崇,明朝李时珍曾在其医药著作《本草纲目》中记录:“春采枸杞叶,名天精草;夏采花,名长生草;秋采子,名枸杞子;冬采根,名地骨皮。”说明枸杞的叶、花、果实等都可作为药材使用[3],随着现代医学的发展,各项研究证明枸杞中的生物活性物质(黄酮类、生物碱、枸杞多糖、氨基酸、甾醇类等)具有增强人体免疫力、抗氧化、补肝养肾、养血补气、益精明目、降三高、缓解疲劳、美容等多种药理、生理功效[4]。為了充分利用枸杞鲜果的营养价值与药用价值,避免鲜果运输条件高、储存时间短、易腐烂等问题,可将其制成汁液,虽然在一定程度上极大保留了枸杞营养物质,但是市面上出售的枸杞果汁很容易出现混浊、沉淀甚至变质等现象,这主要是因为枸杞果实细胞间的水溶性果胶和原果胶层部分难以分离以及游离的蛋白类、多酚类物质引起的,这种现象不仅会影响部分营养成分难以溶出,而且会影响后期感官品评。为了改变这种现状需对枸杞果汁作进一步酶解处理,利用果胶酶和半纤维素酶复合作用高效性及特异性来分解果胶,使果肉细胞间水溶性果胶和原胶质层分离并将纤维素水解成寡糖或单糖的蛋白质,使果肉细胞中间层黏结物进一步分解,不仅有利于可溶性固形物的溶出,而且有利于枸杞中果胶类物质降解,破坏了它们的组织结构,使其失去胶凝作用,形成絮状沉淀,从而使果肉和果汁更好地得以分离,极大改善了浆果型果汁饮料的压榨性能以及出汁率[5-8]。
  酶作为生物催化剂的一种,在相关酶的催化作用下,生物体内各项反应即便在温和的条件下也能高效、特异地进行[9],在果汁加工工艺中常常添加果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶以及复合酶用于澄清果汁体系并提高出汁率。其中果胶酶主要由果胶酯酶和解聚酶两大类组成,果胶酯酶可以将果胶水解,产物为半乳糖醛酸和甲醇[10]。半纤维素酶由黑曲菌的培养抽提液,经交联葡聚糖凝胶的层析柱精制而得,可分解果胶,起到澄清作用[11]。将2种酶复合作用于食品饮料加工,不仅高效便捷,还可以提高鲜果出汁率[12]。笔者拟通过单因素试验筛选,以出汁率作为最终评价指标,考察不同复合酶添加比例、添加量、酶解时间以及酶解温度对果汁出汁率的影响,应用正交分析手段,确定提高枸杞果汁出汁率的最优工艺及方法[13-15]。
  1 材料与方法
  1.1 材料与试剂
  枸杞果汁,宁夏红枸杞产业集团有限公司提供;果胶酶30万U/g,泰安信得利生物工程有限公司提供;半纤维素酶10万U/g,上海权旺生物科技有限公司提供。
  1.2 仪器与设备
  AR224CN系列电子天平(0.000 1 g),上海奥豪斯仪器有限公司生产;SHJ-4水浴恒温磁力搅拌器,常州亚特试验仪器有限公司生产;PHS-3C精密pH测量仪,上海精密科学仪器有限公司生产;TGL-16G离心机,上海安亭科学仪器厂生产。
  1.3 方法
  1.3.1 单因素试验。
  以枸杞果汁为原材料,通过设置不同复合酶比例、酶量、酶解温度以及酶解时间等相关条件,依次开展单因素试验后,在3 000 r/min的参数下离心10 min,过滤后取上清液测定其质量,选择可溶性固形物含量(%)和出汁率(%)为评价指标,探究在不同条件下复合酶对枸杞果汁出汁率的影响并绘制曲线图。
    
  F=M1M2×100%
  式中,F为枸杞汁的出汁率(%);
  M1为离心后样品上清液的质量(g);M2为离心前样品的质量(g)。
  1.3.2 正交试验。
  考察复合酶添加比例、酶量(g/L)、酶解时间(min)以及酶解温度(℃)4因素对枸杞果汁出汁率的影响,以出汁率(%)作为最终考察指标,应用正交分析手段,确定提高枸杞果汁出汁率的最优工艺及方法。因素水平见表1。
  2 结果与分析
  2.1 复合酶添加比例对枸杞果汁出汁率的影响
  准确量取100 mL枸杞果汁,依次添加复合酶(果胶酶∶半纤维素酶),添加比例分别为1∶1、1∶2、2∶1、1∶3、3∶1,放置于50 ℃下酶解处理60 min后过滤取上层清液,分别测定枸杞果汁中可溶性固形物含量以及出汁率(图1),根据分析结果确定复合酶添加比例。
  由图1可知,当果胶酶和半纤维素酶复合比例为1∶2时,可溶性固形物含量与出汁率2项指标均达到峰值,分别为18.04%和86.55%,说明在此条件下,复合酶的酶解作用最强,一方面通过分解果胶,使得细胞间的水溶性果胶与胶质层相分离并水解纤维素,将细胞之间黏结物相分离,极大地改善了可溶性固形物的溶出条件。另一方面复合酶破坏了胶类物质的结构,使果肉与汁液更好地分离,提高了果汁出汁率。但随着复合酶比例的不断调整,可溶性固形物含量与果汁出汁率反而有所下降,一方面可能是因为大量果胶质类物质被水解,在沉淀过程中吸附了体系中其他物质;另一方面酶解过程中,果汁溶液体系被破坏,一些蛋白类物质容易凝聚形成沉淀,从而影响果汁出汁率以及可溶性固形物的溶出。综合考虑,确定3种复合酶(果胶酶∶半纤维素酶)添加比例分别为1∶1、1∶2、2∶1,并进行正交优化。
  2.2 复合酶用量对枸杞果汁出汁率的影响
  准确量取100 mL枸杞果汁,分别加入0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g/L的复合酶,放置于50 ℃下酶解处理60 min后过滤取上层清液,分别测定枸杞果汁中可溶性固形物含量以及出汁率(图2),根据分析结果确定复合酶用量。
  由图2可知,以可溶性固形物含量为例,随着复合酶用量逐渐增大,其含量变化曲线整体呈现高斯分布,在0.5~1.5 g/L区间内,呈上升趋势,这主要是因为复合酶相互作用水解果胶,并将胶质层部分分离逐步分解成寡糖或单糖的蛋白质,使得可溶性固形物易于溶出。但在1.5~3.0 g/L区间内,随着复合酶用量的持续增加,可溶性固形物含量逐渐减少,说明此时果汁溶液体系中存在大量被酶解的果胶质,不断吸附累积沉淀,导致可溶性固形物溶出减少。
  以出汁率为例,随着复合酶用量逐渐增大,枸杞汁的出汁率整体呈上升趋势(尤其是在1.0~1.5 g/L内呈指数增长),说明复合酶促使溶液体系中果胶类物质水解,破坏胶质层,形成絮状沉淀,将更多地汁液从果肉中分离出来,提高了出汁率。当复合酶用量大于2.0 g/L时,出汁率开始随着酶量的增加趋势逐渐趋于平缓,说明酶促反应进行的过程中,底物浓度不再减少,反应趋于饱和。综合考虑,确定复合酶用量为1.5~2.5 g/L,并進行正交优化。
  2.3 复合酶酶解时间对枸杞果汁出汁率的影响
  准确量取100 mL枸杞果汁,加入1.0 g/L复合酶,放置于50 ℃下分别酶解处理10、20、30、60、90、120 min,然后过滤取上层清液分别测定枸杞果汁中可溶性固形物含量以及出汁率(图3),根据分析结果确定酶解时间。
  由图3可知,以可溶性固形物为例,随着复合酶酶解时间的延长,可溶性固形物含量也呈上升趋势,在10~60 min内上升比较明显,这说明在复合酶持续作用下,果胶类物质被逐渐分解,使得可溶性固形物持续溶出;而在60 min后可溶性固形物含量增加趋势不是很明显,在90~120 min内,可溶性固形物含量仅仅提高0.1%,说明因为酶解反应趋于平衡,可溶性固形物此时不再溶出,达到饱和状态。
  以出汁率为例,在10~60 min内,随着酶解时间的延长出汁率显著提高,说明在复合酶作用下果肉细胞不断被分裂,果胶组织也被分解,提高了出汁率。当酶解时间超过60 min后,趋势逐渐变缓,一方面说明果汁中果肉细胞组织及果胶基本被分解,另一方面酶解时间的延长导致部分酶失活,酶促反应停止。综合分析,将复合酶酶解时间初步定为60~120 min,并进行正交优化。
  2.4 复合酶酶解温度对枸杞果汁出汁率的影响
  准确量取100 mL枸杞果汁,加入1.0 g/L复合酶,分别放置于20、30、40、50、60、70 ℃下处理60 min,然后过滤取上层清液分别测定枸杞果汁中可溶性固形物含量以及出汁率(图4),根据分析结果确定酶解温度。
  由图4可知,以可溶性固形物为例,随着酶解温度的持续升高,其含量整体呈先上升后下降的趋势,并在50 ℃时达到峰值,为17.83%。说明提高温度可以加快酶促反应速率,可溶性固形物溶出速率加快,但当酶解温度大于50 ℃后,较高的温度使得酶分子结构中氢键等非共价键断裂,直接破坏了酶的生物活性,导致酶失活,可溶性固形物溶出率降低。
  以出汁率为例,在20~50 ℃内,随着酶解温度的持续增加,复合酶的活性增强,出汁率上升趋势较为明显,并在50~60 ℃内趋于平缓,当温度大于60 ℃,出汁率又急速下降,说明温度过高抑制了复合酶的生物活性,导致其失活,起不到提高出汁效率等相关作用。综合分析,将复合酶酶解温度初步定在40~60 ℃内,并进行正交优化。
  2.5 正交分析
  根据单因素试验的筛选分析得到复合酶用量(g/L)、酶解温度(℃)、酶解时间(min)以及复合酶添加比例等因素最佳工艺参数区间,选择出汁率为评价指标,应用正交分析手段,确定提高枸杞果汁出汁率的最优工艺及方法,正交试验设计见表2。
           
  R值:1.716>1.715>1.709>1.705,A(复合酶用量)、B(酶解温度)、C(酶解时间)、D(酶添加比例)4种因素对枸杞果汁出汁率的影响主次顺序是A>B>D>C,根据出汁率以及K值比较,可知枸杞果汁最佳工艺参数是A3B2C3D3,即复合酶添加比例(果胶酶∶半纤维素酶)2∶1,复合酶用量2.5 g/L,酶解温度50 ℃,酶解时间120 min。但在正交试验中无此组合,需要开展验证试验,测得枸杞果汁出汁率为87.12%。
  3 结论
  试验系统地研究了应用复合酶提高枸杞果汁出汁率的方法与工艺,利用复合酶水解果胶的特性,通过单因素筛选,运用正交分析及驗证试验等手段,确定枸杞汁出汁率最佳工艺条件:枸杞果汁中添加2.5 g/L复合酶(果胶酶与半纤维素酶比例为2∶1),在50 ℃下酶解120 min,该方法用于提高枸杞果汁出汁率效果明显,出汁率可达87.12%。从优化结果来看,一是解决了新鲜枸杞果汁易混浊、感官品质差等现象,提高了果汁出汁率;二是利用酶解处理的生物高效性,不破坏枸杞汁的自身营养成分,符合果汁加工行业趋向多元化、健康化、绿色化的发展态势。
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