西番莲果渣酶解工艺的研究

张佳艳，林欢，秦战军

（广西科技大学鹿山学院，广西柳州545616）

西番莲果渣酶解工艺的研究

张佳艳，林欢，秦战军

（广西科技大学鹿山学院，广西柳州545616）

采用酶解技术提高西番莲果渣的出汁率，对4种水解酶进行筛选，得到果胶酶与纤维素酶的混合酶的酶解效果最好。以西番莲果渣为原料，以果渣出汁率、果汁可溶性固形物含量与维生素C含量为指标，采用单因素试验探讨酶添加量、酶解pH、酶解温度、酶解时间对果渣汁液质量的影响，并通过正交试验优化果渣酶解工艺。结果表明，最佳酶解工艺为：混合酶0.2%、酶解pH4.5、酶解时间4h、酶解温度50℃。在此条件下果渣出汁率达到83.36%，可溶性固形物含量为16.27%，维生素C含量为17.29%。

西番莲；果渣；酶解；出汁率

西番莲（Passion Fruit）为西番莲科（Passifloraceae）西番莲属（Passiflora Linn.）多年生草本或木质藤本植物的果实［1］，又名鸡蛋果、百香果。由于西番莲果汁含量高，果汁热稳定性良好［2］，具有抑菌活性［3］，含有上百种芳香化合物［4］，因此目前主要应用于果汁饮料的生产［5］，具有“果汁之王”的美称［6］。其果汁需求量在国际市场上每年以15%～20%的速度增长，呈供不应求的趋势［7］。

西番莲细胞壁是由果胶、纤维素、半纤维素等物质组成的网状结构，其阻止细胞内容物流出，使西番莲打浆后的果浆粘稠，果渣含量高，出汁率低，生产效率低［8］。目前西番莲酶解工艺研究中多以单一的果胶酶酶解工艺优化为主，然而，仅使用果胶酶无法彻底水解细胞壁的网状结构，为进一步提高出汁率，彻底水解果胶、纤维素等物质，采用混合酶是关键。

为提高西番莲果的出汁率，本文以西番莲果渣为原料，筛选水解酶并对混合酶的酶解工艺进行优化，旨在通过优化混合酶酶解条件提高西番莲果汁的出汁率和品质。

1材料与方法

1.1材料与仪器

西番莲、白砂糖（一级）：市售；果胶酶（3万U/g）：阿拉丁试剂（上海）有限公司；其他试剂：分析纯

AL104分析天平：梅特勒托利多仪器有限公司；SHZ-82A水浴恒温振荡器：常州国华电器有限公司；PHS-25CW pH计：上海般特仪器制造有限公司；2WAJ阿贝折光仪：北京维欣仪奥科技发展有限公司；TGL-16G台式离心机：上海安亭科学仪器厂。

1.2方法

1.2.1工艺流程

1.2.2工艺要点

1.2.2.1原料处理

选择良好成熟度的西番莲紫果为原料，剔除烂果或生果。经去果壳、压榨、过滤后得到西番莲果渣。由于过滤后的果渣含水量不一致将影响酶解工艺的优化，故将果渣烘干至恒重后使用；为使酶解过程中酶与果渣充分并均匀的混合，故向烘干的果渣回添果渣质量5倍的西番莲汁，混匀制浆后进行酶解提取。

1.2.2.2西番莲酶解酶类选择

选取果胶酶、木聚糖酶、葡聚糖酶和纤维素酶4种酶，分别称取50 g果浆加入5个250 mL锥形瓶中，其中1组为空白组。用碳酸盐缓冲溶液调节pH，分别添加0.1%（果渣重量）的酶，恒温水浴振荡器中酶解（振荡频率为180 r/min）3 h。酶解结束后用4层纱布过滤至无液体滴出为止，测定果汁出汁率。

1.2.2.3混合酶试验

将果胶酶与纤维素酶混合（质量比1∶1），采用混合酶进行酶解。混合酶用量为0.1%，酶解pH为4.0，温度为50℃，其他操作同1.2.2.2节。

1.2.3果渣酶解优化单因素试验

1.2.3.1酶添加量对果渣汁液质量的影响

在酶解温度为50℃、酶解时间3 h、酶解pH为4的条件下，添加果渣重量的0.01%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%的果胶酶进行单因素试验，探讨果胶酶添加量对西番莲果渣汁液质量的影响，得到果胶酶的较佳添加量。

1.2.3.2酶解pH对果渣汁液质量的影响

在酶解温度为50℃、酶解时间3 h、果胶酶较佳添加量的条件下，设置反应pH分别为3、3.5、4、4.5、5进行单因素试验，探讨酶解pH对西番莲果渣汁液质量的影响，得到较佳酶解pH。

1.2.3.3酶解时间对果渣汁液质量的影响

在酶解温度为50℃，果胶酶较佳添加量、较佳pH条件下，设置酶解时间分别为1、2、3、4、5 h进行单因素试验，探讨酶解时间对西番莲果渣汁液质量的影响，得到较佳酶解时间。

1.2.3.4酶解温度对果渣汁液质量的影响

在果胶酶较佳添加量、较佳pH、较佳时间的条件下，设置酶解温度分别为40、45、50、55、60℃进行单因素试验，探讨酶解温度对西番莲果渣汁液质量的影响，得到较佳酶解温度。

1.2.4西番莲汁理化指标测定

1.2.4.1果渣出汁率

果渣出汁率是酶提取工艺的重要指标，出汁率越高，表明酶解工艺越优良，其计算方法如下：

1.2.4.2可溶性固形物的测定［9］

可溶性固形物含量是果渣出汁率及果汁品质的重要标准。在一定范围内，可溶性无形物含量越高，果汁的品质越好，加工性能越优良。以去蒸馏水作为空白，采用阿贝折光仪测定果汁的可溶性固形物含量。

1.2.4.3维生素C含量的测定［10］

西番莲汁维生素C含量很高［11］，其果汁中维生素C的保留情况反映了果汁的营养品质高低。本文维生素C的测定采用2，6-二氯靛酚滴定法进行测定。

2结果与分析

2.1果渣水解酶筛选结果

4种酶对果渣出汁率的影响见表1。

表14　种酶对果渣出汁率的影响Table 1Effects of four hydrolase on juice yield from passion fruit

由表1可知，西番莲果渣经酶解后，出汁率明显升高，其中果胶酶与纤维素酶的混合酶的酶解效果最好，出汁率为38.9%，单一酶中以果胶酶与纤维素酶的酶解效果较好。因此，将果胶酶与纤维素酶混合，采用混合酶进一步优化酶解工艺参数。

2.2酶解单因素条件的确定

2.2.1酶添加量对果渣汁液质量的影响

在酶解温度为50℃，酶解时间3 h、pH为4的条件下，混合酶添加量对西番莲果渣出汁率、果汁可溶性固形物、维生素C含量的影响结果见图1。

图1　混合酶添加量对果渣汁液质量的影响Fig.1Effect of pectinase amount on juice quality

由图1可以看出，随着混合酶添加量的提高，果渣酶解越彻底，出汁率越高，果汁中的可溶性固形物与维生素C含量也越高。由于混合酶添加量在0%～0.15%范围内果渣出汁率快速上升，而添加量在0.15%～0.2%范围时，出汁率上升并不显著，且同时，果汁中可溶性固形物与维生素C含量上升也并不显著，因此，混合酶较合适的添加量为0.15%。

2.2.2酶解pH对果渣汁液质量的影响

在混合酶添加量为0.15%、酶解温度为50℃，酶解时间3 h的条件下，混合酶pH对西番莲果渣出汁率、果汁可溶性固形物、维生素C含量的影响结果见图2。

图2　酶解pH对果渣汁液质量的影响Fig.2Effect of hydrolysis pH on juice quality

由图2可以看到，当pH在3～4.5的范围时，果渣出汁率显著增加，同时，可溶性固形物与维生素C含量也提高，表明果渣在混合酶的作用下溶解并使出汁率提高的同时，也使果渣中的可溶性固形物有维生素C溶解在果汁中。当pH在4.5时，果渣出汁率达到最大值，而当pH上升到5时，果渣出汁率降低。这主要是由于较高或较低的pH会使酶的催化速度降低导致的。因此选择pH 4.5为混合酶的较佳pH。

2.2.3酶解时间对果渣汁液质量的影响

在混合酶添加量为0.15%、酶解温度为50℃，pH为4.5的条件下，混合酶酶解时间对西番莲果渣出汁率、果汁可溶性固形物、维生素C含量的影响结果见图3。

图3　酶解时间对果渣汁液质量的影响Fig.3Effect of hydrolysis reaction time on juice quality

如图3所示，在酶解时间为1 h～4 h范围时，果渣出汁率、可溶性固形物、维生素C含量随酶解时间的延长而增加，且上升速度较快，这主要是由于随着反应时间的延长，酶解越充分；在4 h～5 h范围时，果渣出汁率、可溶性固形物增加的速度放缓，维生素C含量下降。这主要是由于酶解已经较充分的完成，继续延长时间无法再大幅度提高出汁率与可溶性固形物，而维生素C在长时间加热并接触空气的条件下会被氧化，因此含量降低。因此选择4 h为酶解的较适宜时间。

2.2.4酶解温度对果渣汁液质量的影响

在混合酶添加量为0.15%、酶解时间为4 h、pH为4.5的条件下，混合酶酶解温度对西番莲果渣出汁率、果汁可溶性固形物、维生素C含量的影响结果见图4。

图4　酶解温度对果渣汁液质量的影响Fig.4Effect of hydrolysis temperature on juice quality

如图4所示，在40℃～55℃范围内，果渣出汁率、可溶性固形物、维生素C含量随酶解时间的延长而增加，且上升速度较快，这主要是由酶在最适温度范围时，温度的升高可加强酶的催化能力；在55℃～60℃范围时，果渣出汁率、可溶性固形物与维生素C含量均下降。这主要是由于酶在最适温度范围外，对高温非常敏感，过高的温度使酶蛋白质变性，催化能力降低。因此选择55℃为酶解的较适宜温度。

2.3酶解条件正交优化

根据单因素试验的结果，采用正交表L9（34）进行试验，研究混合酶添加量、酶解pH、时间、温度对果渣出汁率、可溶性固形物含量、维生素C含量的影响。试验因素与水平设置见表2，正交试验结果见表3。

表2　酶解工艺条件正交试验因素水平表Table 2Factor levels of orthogonal test for enzymatic hydrolysis

表3　酶解条件正交试验L9（34）结果与极差分析Table 3Results and range analysis of orthogonal test of reactionconditions for optimizing enzymatic hydrolysis

从表2中的极差大小可以看出，混合酶各因素对西番莲果汁出汁率的影响的主要顺序为：酶解pH（B）＞混合酶添加量（A）＞酶解时间（C）＞酶解温度（D）。由均值大小得到西番莲果渣出汁率最高的最佳酶解工艺为A2B2C1D1。即混合酶添加量为0.15%，pH 4.5，时间为3.5 h，温度为50℃。

混合酶各因素对西番莲果汁中可溶性固形物含量的影响的主要顺序为：酶解温度（D）＞混合酶添加量（A）＞酶解pH（B）＞酶解时间（C）。由均值大小得到西番莲果汁可溶性固形物最高的最佳酶解工艺为A3B1C3D1。即混合酶添加量为0.2%，pH 4，时间为4.5 h，温度为50℃。

混合酶各因素对西番莲果汁中维生素C含量的影响的主要顺序为：混合酶添加量（A）=酶解时间（C）＞酶解温度（D）＞酶解pH（B）。由均值大小得到西番莲果汁可溶性固形物最高的最佳酶解工艺为A1B2C2D1。即混合酶添加量为0.1%，pH 4.5，时间为4 h，温度为50℃。

表4　混合酶酶解正交试验方差分析表Table 4Analysis of variance for juice yield with various pectinase hydrolysis conditions

将表3方差分析结果与正交试验极差结果结合可以得到，酶解pH（B）对出汁率影响显著，而B2的出汁率最高，因此选择B2，即酶解pH为4.5；混合酶添加量（A）与酶解温度（D）对可溶性固形物的含量有显著影响，由于在A3、D1的可溶性固形物含量较高，因此选择A3、D1，即混合酶添加量为0.2%、酶解温度为50℃；酶解时间（C）对维生素C含量影响显著，而C2的维生素C含量较高，因此选择C2，即酶解时间为4 h。

2.4酶解最优组合的验证试验

由表可以看出，当混合酶添加量为0.2%、酶解pH为4.5、酶解时间为4 h、酶解温度为50℃时，出汁率达到83.36%，可溶性固形物含量为16.27%，维生素C含量为17.29%。

表5　验证试验结果Table 5Verifying test results

3结论

1）西番莲细胞壁是由果胶、纤维素、半纤维素等物质组成的网状结构，其阻止细胞内容物流出，仅采用果胶酶无法彻底水解该网状结构，为进一步提高出汁率，彻底水解果胶、纤维素等物质是关键，因此采用混合酶酶解西番莲果渣可使其出汁率显著提高。

2）由于不同程度的压榨将造成果渣中果汁含量不一，在采用酶法酶解果渣时难以使酶的工艺参数保持稳定，为恒定果渣的重量，本文以烘干的西番莲果渣为原料，使混合酶的酶解工艺参数具有稳定性，并对工业上以混合酶提高西番莲果汁出汁率的方法建立具有一定参考意义。

［1］刘晓红，谭晓明.西番莲栽培技术［J］.中国林福特产，2014（6）：49-50

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［3］杨锋，黄永春，何仁，等.百香果加工适性的测定及提高其出汁率的研究［J］.食品研究与开发，2008，29（5）：82-86

［4］韩素芳，丁明，刘亚群，等.顶空固相微萃取-气相色谱-质谱测定百香果香气条件的优化［J］.中国食品学报，2010，10（4）：278-284

［5］农业部发展南亚热带作物办公室.中国热带亚热带果树［M］.北京：中国农业出版社，1998

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Process Study on Enzymatic Hydrolysis of Passion Fruit Pomace

ZHANG Jia-yan，LIN Huan，QIN Zhan-jun
（Lushan College of Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545616，Guangxi，China）

In order to improve the juice yield of Passion Fruit pomace，four hydrolase was found to have the best effect in hydrolyzing Passion Fruit pomace.Mixed enzymes hydrolysis conditions effect on juice quality extracted from Passion Fruit pomace were studied.The optimum technological parameters for enzymatic extraction were determined through single factor experiments couple with orthogonal tests.The result of the orthogonal tests indicates that juice with desirable yield，content of soluble solids and vitamin C was obtained as 0.2%mixed enzymes，pH 4.5，temperature 50℃.Under these conditions，the juice yield was 83.36%，content of soluble solid and vitamin C was 16.27%and 17.29%，respectively.

passionfruit；pomace；enzymolysis；juiceyield

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.19.023

2015-10-27

广西高校大学生创新创业计划项目（201413639006）；广西壮族自治区高等学校科学研究项目（KY2015YB519）

张佳艳（1986—），女（汉），讲师，硕士研究生，从事食品加工与营养方面的教学与研究工作。