果膠酶澄清香梨汁的工藝優化

陳振昊，白羽嘉，韓海霞，馬德秀，薩吾提·尼斯普，馮作山

1. 新疆農業大學食品科學與藥學學院（烏魯木齊 830052）；2. 新疆果品采后科學與技術重點實驗室（烏魯木齊 830052）

庫爾勒香梨是新疆特有梨種，具有色澤悅目、香氣濃郁、皮薄肉細、營養豐富等特點，被譽為“梨中珍品”“果中王子”，深受消費者的喜愛[1-2]。庫爾勒香梨含有80%以上的水分，除此糖含量均在8%以上，主要含有葡萄糖，蔗糖及果糖。梨在中藥中作為生津、潤燥、清熱、降火、解毒和化痰的良藥[3]。為了延長香梨的食用期，香梨除了鮮食以外，還可以將香梨制成梨汁產品，同時又增加新疆特色產品的類別。

果汁產品不僅能夠科學地減少水果中營養及生物活性物質損失，同時也可以保留原有的風味，并且口感較好，因此果汁深受消費者的喜愛[4]。將庫爾勒香梨加工成香梨汁，不僅保留了原有風味，減少了營養成分的損失，同時解決了香梨貯藏期短的問題[5]，降低了資源的浪費。但由于梨汁中含有果膠物質，在香梨加工過程中，很容易發生渾濁現象[6]，對梨汁品質有所影響。因此，開展庫爾勒香梨汁的澄清研究，可以提高庫爾勒香梨深加工產品的附加值，對保持其營養價值和商品品質具有重要的經濟意義和社會效益[7]。常用的澄清劑有果膠酶、殼聚糖、聚乙烯聚吡咯烷酮（PPVP）等[8-12]。果汁中的果膠物質被果膠酶酶解，形成沉淀物質，使果汁的黏性降低，果汁變得澄清透亮[13]，酶解法與其他澄清方法相比較具有高效、簡單、效果好等特點，在果汁生產加工過程中有重要的應用價值[14]。

此次試驗旨在優化果膠酶對香梨汁的澄清工藝。以透光率為指標，通過對果膠酶添加量、酶解溫度、酶解時間的單因素試驗，結合響應面試驗進行分析，確定果膠酶對香梨汁澄清工藝最佳優化條件，并且進行工藝驗證，以期為香梨汁產品開發提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

庫爾勒香梨，采購于庫爾勒市，果實成熟，無破損及病變，可溶性固形物為12 °Brix。

碳酸氫鈉、沒食子酸、鹽酸、無水乙醇、草酸（分析純，天津市致遠化學試劑有限公司）；無水碳酸鈉（分析純，天津市北聯精細化學品開發有限公司）；福林酚、2, 6-二氯靛酚（北京索萊寶科技有限公司）；果膠酶（天津諾維信（中國）生物技術有限公司）。

YP2002型電子天平（上海越平科學儀器有限公司）；TGL-16G型離心機（上海安亭科學儀器廠）；紫外線分光光計（北京普析通用儀器有限責任公司）；DZKW-S-4電熱恒溫水浴鍋（北京市永光明醫療儀器有限公司）；手動榨汁機（臨沂麥苗商貿有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 測定方法

1.2.2.1 透光率的測定[15]

以蒸餾水為參比，在625 nm處測定香梨汁的透光率。

1.2.2.2 可溶性固形物的測定

采用手持折光儀進行測定

1.2.2.3 維生素C含量的測定

采用GB 5009.86—2016[16]中2, 6-二氯靛酚滴定法進行測定。

1.2.2.4 總酚的測定

采用福林-肖卡比色法[17]，以沒食子酸為標準物質，得到回歸方程y=0.001 5x+0.003 1，相關系數R2= 0.998 8。

1.2.2.5 果膠定性的測定

采用GB/T 18963—2012《濃縮蘋果汁》[15]進行測定。

1.2.3 單因素試驗

1.2.3.1 最佳酶添加量的確定

取5份100 mL香梨汁，分別加入0.04%，0.05%，0.06%，0.07%和0.08%的果膠酶充分混勻，在40 ℃下酶解120 min，同時進行3組平行試驗，以透光率為指標確定最佳酶添加量。

1.2.3.2 最佳酶解溫度的確定

1.2.3.3 最佳酶解時間的確定

取5份100 mL香梨汁，加入0.06%的果膠酶充分混勻，在40 ℃下分別酶解80，100，120，140和160 min。同時進行3組平行試驗，以透光率為指標確定最佳酶解時間。

1.2.4 果膠酶對香梨汁澄清優化試驗

在單因素試驗的基礎上，應用Design Expert.V 8.0.6.1軟件的Box-Behnken設計原理，以酶添加量、酶解溫度、酶解時間為自變量，以透光率為響應值，進行響應面因素水平表設計，對酶法澄清工藝進行優化，以得到最佳酶解技術條件。因素水平見表1。

表1 澄清香梨汁響應面因素水平表

1.2.5 數據統計與分析

巴志鵬認為，中國共產黨的生態文明建設思想是對中國古代樸素的人與自然和諧觀“天人合一”及樸素的自然倫理“仁民愛物”論等傳統生態文化的揚棄和對馬克思恩格斯的人與自然協調發展觀的傳承［19］。而榮開明則認為，生態文明建設思想的主要淵源，包括馬克思主義生態文明理論，黨的三代領導集體探索中國社會主義建設的論述和前期經驗，國外有關生態文明建設的理念和經驗，中華文明中的生態文明智慧［20］。

數據的處理與分析采用Excel系統和SPSS 23.0統計分析軟件。用Duncan多重比較法方法進行顯著性差異分析，p＜0.05表示差異顯著。使用Origin Pro 8繪制數據圖。

2 結果與分析

2.1 果膠酶澄清香梨汁單因素試驗結果與分析

2.1.1 不同酶添加量對香梨汁透光率及果膠含量的影響

從圖1可以看出，隨著果膠酶用量的增加，透光率呈先增加后下降的趨勢。當果膠酶添加量為0.06%時，透光率達到最大值95.7%；當果膠酶添加量＜ 0.06%時，酶添加量少，不能將香梨汁中的果膠物質分解完全，澄清效果差，透光率低；當果膠酶添加量＞0.06%時，由于酶添加量過多，在果汁中產生酶蛋白沉淀[18]，影響果汁的透光率。試驗表明，果膠酶的添加量對香梨汁澄清效果有較大影響。

圖1 不同酶添加量對香梨汁透光率的影響

從表2可以看出，當果膠酶添加量＜0.06%時，香梨汁中的果膠反應呈陽性，說明香梨汁中含有大量的果膠物質，未能得到完全分解；當果膠酶添加量＞0.06%時，香梨汁中的果膠反應呈陰性，說明在此條件下，香梨汁中的果膠類物質得到完全分解。通過分析表明：果膠酶添加量在0.06%～0.08%時，澄清香梨汁的效果較好。

表2 果膠酶添加量與香梨汁中果膠含量的關系

2.1.2 不同酶解時間對香梨汁透光率及果膠含量的影響

從圖2可以看出，當酶解時間＜120 min時，香梨汁的透光率隨著時間的增加而迅速增加；當酶解時間＞120 min時，透光率增加緩慢且趨于平衡（p＞0.05）。主要原因是在酶解時間120 min內香梨汁中果膠物質的含量相對較高，在果膠酶的作用下，大量的果膠被酶解，使香梨汁的透光率迅速提高；120 min后透光率的變化趨于平緩[19]，說明香梨汁中的果膠物質基本酶解完全。

圖2 不同酶解時間對香梨汁透光率的影響

從表3可以看出，當果膠酶酶解時間＜120 min時，香梨汁中的果膠反應呈陽性，說明果膠酶沒有將香梨汁中的果膠物質完全分解；當果膠酶酶解時間≥120 min時，香梨汁中的果膠反應呈陰性，說明果膠酶能夠將香梨汁中的果膠物質分解完全。通過分析表明：酶解時間在120～160 min時，果膠酶對香梨汁具有較好的澄清效果。

表3 酶解時間與香梨汁中果膠含量的關系

2.1.3 不同酶解溫度對香梨汁透光率及果膠含量的影響

從圖3可以看出，隨著酶解處理溫度的升高，香梨汁的透光率呈先上升后下降的趨勢。當溫度為40 ℃時，香梨汁的透光率達到最高，透光率為95.34%，效果最好，這時果膠酶的酶解速率高，果膠得到充分分解；當溫度高于40 ℃時，果膠酶酶活力逐漸降低，這是因為溫度的升高，發生熱凝作用，導致果膠的絮凝產生沉淀，使透光率降低[20]。因此果膠酶酶解最適溫度為40 ℃。

圖3 不同酶解溫度對香梨汁透光率的影響

從表4可以看出，當果膠酶酶解溫度為35 ℃或者高于45 ℃時，香梨汁中的果膠反應呈陽性，說明溫度對果膠酶的活性有一定的影響，在低溫條件下果膠酶的活性較低，果膠類物質未得到完全分解，在高溫條件下果膠酶失去活性導致果膠類物質未能得到完全分解；當果膠酶酶解溫度在40～45 ℃時，香梨汁中的果膠反應呈陰性，說明果膠酶能夠將香梨汁中的果膠物質分解完全。通過分析表明：酶解溫度在40～45 ℃時，果膠酶對香梨汁具有較好的澄清效果。

表4 酶解溫度與香梨汁中果膠含量的關系

2.2 香梨汁澄清響應面試驗結果與分析

2.2.1 香梨汁澄清回歸模型的顯著性檢驗與方差分析

響應面試驗設計及測定結果見表5。利用軟件對表5中的透光率進行回歸分析，建立回歸模型，得到以透光率（Y）為響應值的回歸方程：Y=94.35+8.32A+ 1.90B+1.94C-1.63AB+1.79AC-0.52BC-7.38A2-2.92B2-5.29C2。

表5 Box-Behnken試驗設計與透光率測定結果

從表6可以看出，所建立的透光率回歸模型F= 73.37，p＜0.000 1，達極顯著水平，表明該試驗所得擬合方程回歸模型具有高度顯著性。失擬項（p=0.207 2）不顯著，說明回歸模型有較好的穩定性。調整決定系數R2=0.989 5，表明透光率約98.95%是由獨立變量決定的；決定系數R2Adj=0.976 0，變異系數C.V.= 1.46%，表明該模型的相關性高，擬合度較好，能夠較好地反映響應值的變化。模型的一次項A（酶添加量）、B（酶解溫度）、C（酶解時間）影響極顯著（p＜0.01）；二次項A2、B2、C2影響極顯著（p＜ 0.01）；交互項AB、AC影響顯著（p＜0.05），BC影響不顯著（p＞0.05）；由此可知三因素對透光率影響的順序為A（酶添加量）＞C（酶解時間）＞B（酶解溫度）。

表6 香梨汁透光率回歸模型方差分析

2.2.2 香梨汁澄清響應面分析

響應面圖可直觀地反映各自變量對響應值的影響，根據等高線圖可觀察交互作用強弱，形狀越圓交互作用越弱，橢圓形則交互作用越強[21]。從圖4可以看出，等高線圖呈橢圓，說明酶添加量和酶解溫度之間的交互作用顯著。當酶解時間與酶添加量為確定值時，透光率變化趨勢呈隨著溫度的增加先增大后平衡，整體變化不大；當酶解時間與酶解溫度不變時，透光率隨著添加量的增加而增大。

圖4 酶添加量及酶解溫度對香梨汁澄清效果的影響

從圖5可以看出，等高線圖呈圓形，說明酶解時間和酶解溫度之間的交互作用不顯著。當酶添加量與酶解溫度不變時，透光率隨著酶解時間的增加呈平緩的曲線，所以最優參數趨向0（120 min）水平；在酶添加量與酶解時間不變的情況下，梨汁的透光率隨溫度的增加而增大，最優參數向1.00（45 ℃）水平移動。

圖5 酶解時間及酶解溫度對香梨汁澄清效果的影響

從圖6可以看出，等高線圖呈橢圓形，說明酶添加量和酶解時間之間的交互作用顯著。當酶解溫度和酶添加量不變時，透光率隨著酶解時間的增加而增大；在酶解溫度和酶解時間不變的情況下，梨汁的透光率隨酶添加量的增加而增大。

圖6 酶添加量及酶解時間對香梨汁澄清效果的影響

2.2.3 最佳工藝參數及驗證

根據Box-Behnken試驗設計和響應面分析法得出，當酶添加量為0.06%，酶解溫度為41.22 ℃，酶解時間為119.11 min時，澄清香梨汁透光率預測值為96.58%。結合實際生產過程，將工藝條件調整為酶添加量0.06%、酶解溫度40 ℃、酶解時間120 min。在此工藝條件下進行3組重復試驗，透光率的平均值為95.27%，與理論值的相對誤差僅為0.01%，基本與預測值接近。并通過表7可以看出，部分營養物質含量與對照組沒有區別，從而驗證了模型的正確性。

3 結論

此次試驗試驗通過單因素試驗和響應面分析，結合實際生產，得到最佳酶解澄清工藝：酶添加量0.06%，酶解溫度40 ℃，酶解時間120 min。在此條件下，透光率平均值為95.27%。經驗證試驗可知，優化后的澄清度與預測值接近，說明模型正確可靠；經優化組與對照組的部分營養物質含量比較，結果顯示無明顯差異。因此，果膠酶可以達到理想的澄清效果，且能夠很好地保留香梨汁原有的營養成分。此次試驗能夠為香梨汁產品開發提供理論依據和技術支持。