果胶酶提高‘宁海白’枇杷果浆出汁率的工艺优化

张兴龙，王维琴，余丹丹，余 芳，邱紫云，陆 浩，邵兴锋，*

（1.宁波大学食品科学与工程系，浙江宁波315211；2.上海海通环宇投资发展有限公司，上海200336）

枇杷（Eriobotrya japonica Lindl.）是我国亚热带珍稀特产水果，其中按果肉颜色分为红沙枇杷和白沙枇杷。“宁海白”枇杷是属于白沙枇杷，其品质优良，果实含糖量高、酸甜适口、风味浓郁，市场价值较高[1]。随着种植面积的增加，其产量迅速上升，而其贮运难的问题也一时难以解决，因此进行深加工具有重要意义。目前，用果胶酶提高出汁率已在苹果、葡萄果汁或果酒的加工中得到应用[2-3]。我国对红沙枇杷果汁出汁率的研究已有相关报道[4]，对白沙枇杷果汁出汁率的研究还未见报道。但由于白沙枇杷和红沙枇杷品种不同，本身营养成分、含糖量和果胶含量等都有很大区别。因此本研究以“宁海白”为原料，采用果胶酶对果浆进行处理，通过单因素实验确定果胶酶添加量、酶解温度和酶解时间三个因素的取值，并利用响应面优化实验对枇杷果浆的酶解条件进行优化，以为“宁海白”枇杷果汁饮料的生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

枇杷 在商业成熟时，采摘自浙江省宁海县一市镇，挑选无损伤、无害虫的枇杷作为实验样品；果胶酶（10000U/mg） 诺维信公司。

HR2003型匀浆机 飞利浦家庭电器有限公司；JY6002型电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司；HH-2型数显恒温水浴锅 国华电器有限公司；TDZ4-WS型台式低速离心机 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 宁海白枇杷果浆的制备 宁海白枇杷，剥皮去核，用匀浆机打浆10s得到枇杷果浆，备用。

1.2.2 出汁率 参照曹辉等方法[5]，计算如下：

1.2.3 实验设计

1.2.3.1 单因素实验 加酶量：以不加酶为对照，共分6组，分别在36g果浆中加入0.36、0.72、1.08、1.44、1.80g/L的果胶酶4mL并充分混匀，使酶添加量为0.04、0.08、0.12、0.16、0.20g/kg，在35℃下酶解2h，酶解后，在100℃下灭酶5min；酶解时间：以不加酶为对照，共分6组，各在36g果浆中加入0.72g/L的果胶酶，即酶添加量为0.08g/kg，分别在35℃下酶解0、1、2、3、4h，酶解后，在100℃下灭酶5min；酶解温度：以不加酶为对照，共分6组，各在36g果浆中加入0.72g/L的果胶酶，即酶添加量为0.08g/kg，分别在20、30、40、50、60℃下酶解2h，酶解后，在100℃下灭酶5min。

1.2.3.2 响应面实验设计及验证 根据单因素实验结果，以酶添加量、酶解时间、酶解温度3个因素与出汁率进行响应面设计，各因素水平见表1。采用Design-Expert 8.0.6软件对实验数据进行回归分析，优化枇杷果浆的酶解工艺。在分析得到的最佳工艺条件下，做3组平行实验验证响应面分析的可靠性。

表1 枇杷果浆酶解工艺Box-Behnken设计实验因素水平及编码Table 1 Variables and their coded values used in the Box-Behnken design for optimizing the hydrolysis conditions of loquat pulp

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 酶解时间对出汁率的影响 由图1可以看出，在2h之内，枇杷果浆的出汁率随着时间的延长而迅速增加，而2h之后，出汁率的增加明显趋于平缓。主要是因为在2h内果浆中的果胶物质含量很高，在果胶酶的作用下，果胶大量分解使出汁率迅速提高。2h之后果胶物质基本分解完全，因此出汁率的增加趋于平缓。所以优化实验选择最佳值2h。

图1 酶解时间对出汁率的影响Fig.1 Effect of hydrolysis time on juice yield

2.1.2 酶解温度对出汁率的影响 由图2可以看出枇杷果浆出汁率在40℃以内，随温度的上升而增加；而在40℃之后，果浆出汁率迅速下降。产生这种现象的主要原因是果胶酶是蛋白物质，而温度的变化会影响蛋白的活性[7-8]，在40℃以内，果胶酶的活性随着温度的上升而增大，出汁率也因此而增大；当温度大于40℃时，果胶酶的活性随着温度的上升而迅速下降，出汁率也因此而迅速降低。由图2可知当酶解温度为40℃时，枇杷果浆的出汁率最大。所以优化实验选择最佳值40℃。

图2 酶解温度对出汁率的影响Fig.2 Effect of hydrolysis temperature on juice yield

2.1.3 酶添加量对出汁率的影响 由图3可知，对照组的出汁率为61.71%，而实验组出汁率都大于75%，这是因为果胶酶可以有效的裂解果浆中的果胶物质，降低果胶物质的含量，提高出汁率[9-11]。由图3可以看出，酶添加量在0.04～0.12g/kg时，出汁率小幅度增加，当酶添加量在0.12～0.20g/kg时，随着酶量的增加出汁率小幅度下降。酶添加量对出汁率的影响不显著，这与邵勤等[12]研究结果酶添加量不是影响出汁率的主要因素相同。所以优化实验选择0.12g/kg。

图3 酶添加量对出汁率的影响Fig.3 Effect of enzyme concentration on juice yield

2.1.4 响应面实验

2.1.4.1 响应面实验设计结果 在单因素实验的基础上，根据Box-Benhnken的中心组合实验设计原理进行响应面实验。实验结果见表2，并用Design-Expert 8.0.6对实验结果进行分析。

2.1.4.2 模型方差分析及显著性检验 对表2中以出汁率为响应值，通过Design-Expert 8.0.6软件对响应值与各因素的编码值进行回归拟合后，得到如下回归方程：Y=76.23-0.026A+0.78B+0.71C+0.28AB-0.16AC-0.37BC-0.27A2-0.36B2-0.54C2。

表2 Box-Behnken设计方案及枇杷果浆出汁率的测定结果Table 2 Box-Behnken design and response values of juice yield

从表3的结果可以看出，所得的Y回归模型高度显著（p=0.0062），且失拟检验不显著（p=0.0577），说明此回归模型很理想，用方程Y拟合3个因素与出汁率之间的关系是可行的。模型的R2=0.9105，说明该模型拟合度较好。RSN=9.983大于4，说明实验精度较高。综合以上分析得知，该模型与实际情况拟合较好，可用于预测出汁率的变化情况。

表3 回归方程系数显著性检验表Table 3 Significance test of regression equation module

从3因素（A、B、C）对出汁率的影响来看，一次项B（酶解时间）和C（酶解温度）对出汁率有显著的影响，一次项A（酶添加量）对出汁率没有显著影响；交互项中的AB、AC和BC对结果也没显著影响，影响的顺序依次是BC＞AB＞AC；二次项C2对结果有显著的影响，A2和B2无显著影响。

2.1.5 交互作用对响应值影响分析 由图4可知，酶解温度和酶解时间不存在交互作用，酶解温度为40℃，在酶添加量不变时，随着时间的增加，出汁率增高，但是当酶解时间超过2h之后，果浆出汁率的增长幅度逐渐下降。但是在酶解时间不变的情况下，随着酶添加量的增加，出汁率增长缓慢，当酶添加量达到0.10g/kg时，随着酶添加量的增加出汁率缓慢下降。得出酶解时间在交互作用中占主导地位。

图4 酶添加量和酶解时间对出汁率影响的响应面图Fig.4 Response surface for yield as a function of pectinase concentration and time

由图5可知，酶解时间为2h时，在酶添加量不变时，随着酶解温度的增加，出汁率增高，但是当酶解温度超过40℃之后，果浆出汁率的增长幅度逐渐下降。但是在酶解温度不变的情况下，酶添加量对出汁率的影响不显著。得出酶解温度在交互作用中占主导地位。

图5 酶添加量和酶解温度对出汁率影响的响应面图Fig.5 Response surface for yield as a function of pectinase concentration and temperature

图6 酶解时间和酶解温度对出汁率影响的响应面图Fig.6 Response surface for yield as a function of time and temperature

由图6可知，酶添加量、酶解时间的交互作用对出汁率的影响非常显著。酶添加量为0.12g/kg时，在酶解时间不变时，随着酶解温度的增加，出汁率增高；但是当酶解温度超过40℃之后，果浆出汁率的增长幅度逐渐下降。在酶解温度不变的情况下，出汁率随着酶解时间的增加而增加。

2.1.6 最佳工艺参数及验证 通过计算分析，得到的最终优化出的实验条件为酶添加量0.11g/kg、酶解时间3.2h、酶解温度为41.68℃，考虑实际生产条件，工艺调整为酶添加量0.11g/kg、酶解时间3.2h、酶解温度为41.7℃，调整后模型预测出汁率为80.15%。在此基础上进行3次验证实验，得到出汁率平均值为78.94%，与预测值接近。

3 结论

本研究选择了酶添加量、酶解时间、酶解温度为酶解的主要影响因素，通过单因素实验，以出汁率为指标，确定了最适的酶添加量、酶解时间和酶解温度。采用响应面实验对果胶酶的酶解工艺条件进行优化，获得的最佳工艺参数为酶添加量0.11g/kg、酶解时间3.2h、酶解温度为41.7℃。经回归分析和验证实验，得出优化后的出汁率与预测值接近。

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