复合酶对红菇娘果浆酶解条件的优化

徐 伟，李迎楠，高雪清，马永强

(哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江 哈尔滨 150076)

复合酶对红菇娘果浆酶解条件的优化

徐 伟，李迎楠，高雪清，马永强

(哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江 哈尔滨 150076)

以红菇娘为原料、还原糖含量及出汁率为指标，在单因素试验基础上，采取正交试验优化红菇娘果浆适宜的酶解条件。结果表明：红菇娘果浆酶解最优工艺条件为：复合酶添加量0.3g/L、酶解温度65℃、酶解时间70min。在此条件下得到的红菇娘果浆还原糖含量为52.1mg/g，出汁率为83.26%。使用复合酶酶解红菇娘果浆可有效提高其还原糖含量和出汁率。

红菇娘；复合酶；酶解条件；还原糖含量

红菇娘，学名酸浆(Physalis alkekengi L. var. franchetii)，为茄科酸浆属多年生草本植物，野生资源丰富，主要生长在黑龙江、吉林等地[1]。红菇娘果实中含有丰富的矿物质、人体所需的必需氨基酸及多种生物活性物质[2]，具有降压、抗菌、抗癌等功效[3-7]。红菇娘常作为药物被广泛用于治疗伤口愈合、风湿、发热等疾病[8-9]，是一种果药兼用的经济植物。

红菇娘果实中富含黄酮、酸浆苦素、类胡萝卜素等功能性成分[10-12]，并具有一定的加工特性[13]，使得它在食品、医药领域中日益受到重视。红菇娘果肉中含有一定量的果胶质、纤维素、木质素等固形物[14]，破碎后果汁十分黏稠，使其在果浆生产中压榨取汁困难，澄清难度加大，导致产品出现混浊、沉淀等现象[15]。复合酶由果胶酶、纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶组成[16]，其中果胶酶可以软化果肉和果皮组织中的果胶物质，通过降解果胶的多糖链，将其分解成半乳糖醛酸和果胶酸[17]；纤维素酶分解纤维素产生寡糖和纤维二糖，最终水解为葡萄糖[18]；木聚糖酶可将半纤维素降解为低聚糖和木糖[19]；β-葡聚糖酶可以水解植物细胞壁中的结构性非淀粉多糖[20]。选用该复合酶处理红菇娘果浆，能够明显降低果浆的黏度，提高出汁率；使果浆中功能性成分充分地溶出；并且有效抑制果浆褐变，增加澄清度及稳定性[21-22]。本研究采用单因素和正交试验法优化红菇娘果浆酶解的工艺条件，减少其在加工过程中的损失，以期为红菇娘果浆的工业化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酸浆属红菇娘果实来源为黑龙江省依兰县。

复合酶：果胶酶(≥15万U/mL)、纤维素酶(≥10万U/ mL)、木聚糖酶(≥5万U/mL)、β-葡聚糖酶(≥5万U/mL)宁夏和氏璧生物技术有限公司；硅藻土、DNS、酒石酸钾钠、3,5-二硝基水杨酸均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

BS 224S电子天平 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司；UV-9100紫外-可见分光光度计 北京瑞利分析仪器公司；XMTD-204数显恒温水浴锅 天津市欧诺仪器仪表有限公司；JYL-C022料理机 九阳股份有限公司；电子万用炉 北京市永光明医疗仪器有限公司；高速离心机 北京京立离心机有限公司；循环水式多用真空泵 郑州长城科工贸有限公司。

1.3 方法

1.3.1 红菇娘果浆制备

完全成熟的红菇娘，去除宿萼、果柄后，进行清洗，按照料水比1:1(g/mL)加蒸馏水打浆，得到新鲜的红菇娘果浆[23]。此时，红菇娘果浆还原糖含量为47.3mg/g，出汁率为77.16%。

1.3.2 还原糖含量测定

配制1.0mg/mL葡萄糖标准溶液，分别取0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2mL，加入1.5mL DNS试剂后，沸水中加热5min，流动水冷却至室温；加入21.5mL水定容后，在波长540nm处测其吸光度[24]。得到葡萄糖标准曲线方程为：y=0.263x-0.0219(R2=0.9997)。

将一定量的果浆5000r/min条件下离心处理15min，取2mL上清液，按标准溶液的测定方法测定540nm波长处吸光度，根据标准方程计算还原糖含量。

1.3.3 单因素试验

1.3.3.1 酶添加量对红菇娘果浆酶解的影响

取红菇娘果浆分别添加复合酶0、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5g/L，充分搅拌后50℃水浴酶解50min，取出后采用硅藻土真空抽滤、静置，测定还原糖含量和出汁率。1.3.3.2 酶解温度对红菇娘果浆酶解的影响

取红菇娘果浆分别添加复合酶0.2g/L，充分搅拌后在45、50、55、60、65、70℃水浴酶解50min，取出后采用硅藻土真空抽滤、静置，测定还原糖含量和出汁率。

1.3.3.3 酶解时间对红菇娘果浆酶解的影响

取红菇娘果浆分别添加复合酶0.2g/L，充分搅拌后50℃水浴，分别酶解30、40、50、60、70min，取出后采用硅藻土真空抽滤、静置，测定还原糖含量和出汁率。

1.3.4 正交试验

为确定适宜酶解条件，在单因素试验基础上，以酶添加量(A)、酶解温度(B)、酶解时间(C)3个因素进行正交试验，通过测定还原糖含量、出汁率指标，进行差异显著性分析，找出影响果浆品质的主要因素和适宜组合，确定红菇娘果浆适宜酶解工艺条件。

1.3.5 分析测定方法

还原糖的测定：3,5-二硝基水杨酸比色法[24]；出汁率的测定：红菇娘果浆保温灭酶结束后，采用硅藻土真空抽滤，得到红菇娘果汁。按下式计算出汁率。

出汁率/%=(红菇娘果汁质量/红菇娘果浆质量)×100

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 酶添加量对红菇娘果浆酶解的影响

图1 酶添加量对红菇娘果浆酶解的影响Fig.1 Effect of enzyme dosage on reducing sugar content and juice yield

图1 显示，随着复合酶添加量的增加(0～0.3g/L)，酶促反应速度逐渐增加。红菇娘表皮及果肉中的纤维素、果胶质等开始分解，还原糖含量和出汁率逐渐增加；复合酶作为一种生物催化剂，与底物的吸附作用具有一定的饱和度，当复合酶用量达到饱和时，增加酶用量对红菇娘果浆酶解作用影响不大[25]。当复合酶的添加量大于0.3g/L后，红菇娘果浆还原糖含量和出汁率不再随酶用量的增加而提高。复合酶的添加量过大，会增加生产成本，并影响红菇娘果浆的口味。因此，复合酶酶解红菇娘果浆适宜的添加量为0.3g/L，此时，红菇娘果浆还原糖含量为50.8mg/g，出汁率为81.94%。

2.1.2 酶解温度对红菇娘果浆酶解的影响

图2 酶解温度对红菇娘果浆酶解的影响Fig.2 Effect of hydrolysis temperature on reducing sugar content and juice yield

一般情况下，纤维素酶最适反应温度为45～65℃，果胶酶最适反应温度为50～60℃，β-葡聚糖酶最适反应温度为20～55℃，木聚糖酶最适反应温度为50～60℃。各种酶都有其最适温度，在其最适温度条件下酶活最高[26]。过高的温度，可能使酶蛋白变性，酶的活性也因此受到影响[25]。图2显示，随着温度的升高(45～60℃)，还原糖含量和出汁率也逐渐增加，复合酶对果浆细胞破坏作用加强；升高温度还能提供酶解反应所需的能量[27]；同时纤维素、果胶、可溶性蛋白质、氨基酸等大分子物质的溶解度随温度升高而增大[28]。因此，复合酶酶解红菇娘果浆适宜的温度为60℃，此时，红菇娘果浆还原糖含量为50.9mg/g，出汁率为81.78%。

2.1.3 酶解时间对红菇娘果浆酶解的影响

图3显示，随着酶解时间的延长(30～60min)，红菇娘果浆的出汁率及还原糖含量随之增加。红菇娘细胞壁吸水涨破，使细胞中的原生质体破裂需要一定的时间。红菇娘果浆中的果胶在果胶酶作用下分解，生成小分子果胶酸[17]；其中的纤维素及半纤维素最终水解为还原糖[18]。当酶解时间长于60min时，红菇娘果浆的出汁率及还原糖含量与酶解60min时相比，几乎不再增加。随着反应时间的延长，红菇娘果浆中的维生素、酸浆多糖等营养物质受到不同程度的损失[26]；而且酶解时间过长，相对成本升高，不利于工业生产。因此，红菇娘果浆适宜的酶解时间为60min，此时，红菇娘果浆还原糖含量为50.8mg/g，出汁率为82.02%。

图3 酶解时间对红菇娘果浆酶解的影响Fig.3 Effect of hydrolysis time on reducing sugar content and juice yield

2.2 正交试验

表1 正交试验设计与结果Table1 Orthogonal array design and results

表2 方差分析Table2 Analysis of variance for reducing sugar content and juice yield

因素试验和正交试验，根据计算的k值可以看出，红菇娘酶解的适宜组合为A2B3C3。即复合酶添加量0.3g/L、酶解温度65℃、酶解时间70min。经验证，在此条件下，红菇娘果浆还原糖含量可达52.1mg/g，出汁率可达83.26%。本实验采用极差分析法和方差分析法对各因素进行比较分析。由表1、2可知，从极差大小看，各因素影响出汁率及还原糖含量的主次顺序是：酶解温度＞酶添加量＞酶解时间；此外，方差分析可以看出，温度对出汁率及还原糖含量的影响显著(显著水平设为P＜0.05)。综上分析可以说明，酶解温度是影响红菇娘果浆酶解的主要因素。酶添加量及酶解时间对红菇娘果浆酶解的影响不显著。

3 结 论

果浆中含有较多的纤维素、果胶、半纤维素、色素等，在长期的储藏过程中容易发生混浊，甚至发生沉淀，使果浆品质下降[15]。复合酶由果胶酶、纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶组成，使用该复合酶酶解红菇娘果浆，增加了其还原糖含量和出汁率，并可以除去大部分易形成沉淀的成分，保持果浆在较长时间内的澄清状态，保持长期的稳定性[22]。本实验复合酶酶解红菇娘的适宜条件为：复合酶添加量0.3g/L、酶解温度65℃、酶解时间70min。此时，红菇娘果浆还原糖含量可达52.1mg/g，出汁率可达83.26%。实验所得到的果浆香味浓郁，颜色红亮，稳定性好，保持了原有果实的营养成分和保健功能。此外，复合酶酶解对红菇娘主要功能成分黄酮、酸浆苦素、类胡萝卜素等物质溶出过程的影响仍有待进一步研究。

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Optimization of Enzymatic Hydrolysis Conditions for the Production of Chinese Lantern (Physalis alkekengi) Juice

XU Wei，LI Ying-nan，GAO Xue-qing，MA Yong-qiang
(College of Food Engineering, Harbin Commercial University, Harbin 150076, China)

The enzymatic hydrolysis of pulped Chinese lantern by mixed proteases was optimized using orthogonal array design to increase reducing sugar and juice yield. The optimal enzymatic hydrolysis conditions were determined as 0.3 g/L, 65 ℃ and 70 min for enzyme dosage, temperature and time, respectively. The reducing sugar content and juice yield obtained under these conditions were 52.1 mg/g and 83.26%, respectively. This study indicates that both parameters can be increased by the enzymatic treatment.

Chinese lantern (Physalis alkekengi)；mixed proteases；enzymatic hydrolysis condition；reducing sugar content

TS255.4

A

1002-6630(2013)18-0114-04

10.7506/spkx1002-6630-201318023

2013-04-15

徐伟(1963—)，女，教授，博士，研究方向为微生物发酵工程。E-mail：xuw@hrbcu.edu.cn