木瓜果汁澄清工艺的优化研究

李西腾，魏楠，郑楠，黄璟如

（江苏食品药品职业技术学院食品学院，江苏淮安223003）

木瓜果汁澄清工艺的优化研究

李西腾，魏楠，郑楠，黄璟如

（江苏食品药品职业技术学院食品学院，江苏淮安223003）

以果胶酶为澄清剂，以透光率为指标，通过单因素试验，研究果胶酶用量、酶解温度、酶解时间和酶解pH值对木瓜果汁澄清度的影响，并采用响应面法对澄清工艺进行优化。果胶酶对木瓜果汁澄清的最佳工艺条件为：酶用量580mg/L、酶解时间2.4h、酶解温度49℃、酶解pH值为3.3。用优选方案所制备的木瓜果汁透光率为98.13%，澄清效果好。

木瓜果汁；果胶酶；澄清；优化

木瓜为蔷薇科属，主要分布在我国南方地区，木瓜含有多种营养成分，含有丰富的碳水化合物、蛋白质、矿物质和多种维生素，称为百益之果[1-2]。木瓜还含有木瓜酚、黄酮等活性成分，具有健脾胃、消暑解渴、降血脂、降血压、提高人体免疫力等保健功能[3-6]。木瓜果浆汁中含有一定的果胶物质，会导致浑浊，并产生沉淀现象，需要对木瓜果汁进行澄清。果胶酶能使果胶物质水解，使果汁的黏性降低，果汁变得清澈，果胶酶水解具有条件温和、操作简便、水解快速、效果明显等特点，广泛用于果汁加工中[7-11]。

本试验利用果胶酶作为澄清剂对木瓜果汁进行澄清处理，以木瓜果汁的透光率为指标，通过响应面优化试验确定果胶酶澄清果汁的最佳工艺，试图为木瓜果汁的生产提供优化的工艺参数。

1 材料与方法

1.1 原料与仪器

木瓜：市售充分成熟的番木瓜，江苏淮安苏果超市；果胶酶（10万U/g）：深圳恒生生物科技有限公司。

JYL-C012九阳料理机：九阳股份有限公司；GKC214恒温水浴锅：常州国华仪器有限公司；722分光光度计：上海佑科仪器仪表有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 木瓜果汁的制备[10]

木瓜→清洗→去皮、去籽→打浆→加热灭酶（95℃，1 min）→果胶酶处理→过滤（120目双层纱布）→清汁

1.2.2 测定方法

果汁澄清度的测定：采用分光光度法[12]。以蒸馏水作参比，于700 nm波长下用722分光光度计测定透光率，用透光率T（%）表示果汁的澄清度。

1.2.3 单因素试验

1.2.3.1 果胶酶用量的选择

用1 mol/L的HCl调整木瓜原汁的pH值为4.0，分别加入 100、200、300、400、500、600 mg/L 的果胶酶，混匀后在45℃下酶解2 h。以透光率为指标确定酶用量，试验重复进行3次取平均值。

1.2.3.2 酶解时间的选择

调整木瓜原汁的pH值为4.0，加入500 mg/L的果胶酶，混匀，在 45 ℃下分别酶解 1、1.5、2、2.5、3、3.5 h。以透光率为指标选择合适的的酶解时间。

1.2.3.3 酶解温度的选择

调整木瓜原汁的pH值为4.0，加入500 mg/L的果胶酶，混匀，分别在 30、35、40、45、50、55 ℃ 下酶解 2 h。以透光率为指标选择适宜的酶解温度。

1.2.3.4 果汁pH值的选择

用1 mol/L的HCl调整木瓜原汁的pH值分别为2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5，加入 500 mg/L 的果胶酶，混匀，在45℃下酶解2 h。以透光率为指标选择合适的pH值。

1.2.4 响应面试验设计

以果胶酶用量、酶解时间、酶解温度、果汁pH值为参数，以透光率为指标进行响应面设计，对果胶酶澄清木瓜果汁的工艺进行优化（见表1）。在分析得到的最佳工艺条件下处理果汁作为优化组验证响应面分析的可靠性。

表1 Box-Behnken设计试验因素水平表Table 1 Factors and levels of the Box-Behnken design

2 结果与分析

2.1 果胶酶用量对果汁透光率的影响

不同果胶酶用量对木瓜果汁澄清效果的影响结果见图1。

图1 果胶酶用量对果汁透光率的影响Fig.1 Effect of enzyme concentration on juice clarity of pawpaw

从图1可以看出，透光率随着果胶酶用量的增加而迅速增大；果胶酶用量大于500 mg/L时，透光率增加缓慢。果胶酶用量少时，果胶物质分解不完全，澄清效果差；用量过多时，酶蛋白又会使果汁产生混浊，而且增加了成本。因此，选择果胶酶用量为500 mg/L。

2.2 酶解时间对果汁透光率的影响

在45℃，果胶酶用量为500 mg/L的条件下考察酶解时间对木瓜果汁澄清效果的影响，结果见图2。

图2 酶解时间对果汁透光率的影响Fig.2 Effect of hydrolysis time on juice clarity of pawpaw

由图2可以看出，在2 h之内，木瓜果汁的透光率随着时间的增加而增大，2 h之后透光率的不再升高，说明果胶物质基本完全分解，透光率不再增加。因此选择酶解时间2 h较为适宜。

2.3 酶解温度对果汁透光率的影响

在酶解时间2 h和果胶酶用量为500 mg/L时，考察不同温度下果胶酶对果汁澄清效果的影响，结果见图3。

图3 酶解温度对果汁透光率的影响Fig.3 Effect of hydrolysis temperature on juice clarity of pawpaw

由图3可知，45℃之前，木瓜果汁的透光率随着温度的升高而增加，45℃之后，透光率下降。果胶酶的活性在一定温度范围内，随着温度的升高而增大，当温度过高时，酶的活性受到抑制，透光率也就相应降低。因此，优化试验选择的果胶酶的酶解温度为45℃。

2.4 pH值对果汁透光率的影响

不同pH值对木瓜果汁澄清效果的影响结果见图4。

图4 pH值对果汁透光率的影响Fig.4 Effect of pH on juice clarity of pawpaw

由图4可知，透光率随着pH值的升高而增大。当pH值达到3.5时，透光率最大，而后，当pH值继续升高，透光率下降。因此，选择pH值为3.5左右。

2.5 响应面试验结果与分析

响应面试验的方案与结果见表2。

表2 Box-Behnken试验设计方案及结果Table 2 Experimental design and results of Box-Behnken

利用Design-Expert 8.06软件将表2数据进行回归拟合，得到响应值（透光率Y）对影响透光率的因素A（酶用量）、B（时间）、C（温度）和 D（pH 值）的二次多项式回归方程为：Y=85.63+13.80 A-1.01B+15.15C-15.97D+4.43AB+3.16AC+7.99AD+8.34BC-4.39BD+4.96CD-10.82A2-6.04B2-15.83C2-13.67D2。模型的方差分析结果见表3。

表3 回归方程系数显著性检验Table 3 Regression coefficients and their significance test

续表3 回归方程系数显著性检验Continue table 3 Regression coefficients and their significance test

由表3可以看出，该模型的一次项、二次项和交互项中的 A、C、D、AD、BC、A2、B2、C2、D2为显著项。回归方程整体模型显著，失拟项不显著，表明拟合度较好，模型能反应响应值变化，透光率的变化可以用该模型预测。

根据回归方程得出不同因素的响应面结果见图5～图10，从图可以看出多个变量对响应值的影响，曲面越陡峭，该因素对响应值的影响越显著。酶用量、温度和pH值对透光率的影响都是明显的，因为曲面比较陡峭，而酶解时间的曲面比较平缓，所以是不明显的。而响应面的等高线图为椭圆形，则表明2个因素的交互作用明显，如为圆形则两者之间的交互作用不明显，从图中可以看出酶用量和酶解时间、酶用量和酶解温度、酶解时间和pH值、酶解温度和pH值的交互作用不明显，果胶酶用量和pH值、酶解时间和酶解温度交互作用明显。

图5 果胶酶用量和酶解时间对果汁透光率的影响Fig.5 Effects of enzyme concentration and hydrolysis time on juice clarity

图6 果胶酶用量和酶解温度对果汁透光率的影响Fig.6 Effects of enzyme concentration and hydrolysis temperature on juice clarity

图7 酶解时间和酶解温度对果汁透光率的影响Fig.7 Effects of hydrolysis time and hydrolysis temperature on juice clarity

图8 果胶酶用量和pH值对果汁透光率的影响Fig.8 Effects of enzyme concentration and pH on juice clarity

图9 酶解时间和pH值对果汁透光率的影响Fig.9 Effects of hydrolysis time and pH on juice clarity

图10 酶解温度和pH值对果汁透光率的影响Fig.10 Effects of hydrolysis temperature and pH on juice clarity

2.6 最佳工艺条件确定及验证

通过计算分析，得到最大响应值所对应的因素条件为：酶用量578.01 mg/L、酶解时间2.42 h、酶解温度48.59℃、pH 3.32，模型预测果汁透光率值为98.91%。为了方便操作，工艺调整为酶用量580 mg/L、酶解时间2.4 h、酶解温度49℃、pH3.3，在此基础上进行3次澄清工艺试验，得到透光率平均值为98.13%，与预测值接近，说明响应面法优化果胶酶澄清木瓜果汁的优化模型较为可靠。

3 结论

利用响应面法优化果胶酶澄清木瓜果汁的工艺，得到最佳工艺参数组合为：酶用量580 mg/L、酶解时间2.4 h、酶解温度49℃、pH值3.3，在此条件下，木瓜果汁透光率的预测值为98.91%，实测值为98.13%，澄清效果较好。

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Study on Optimal Clarification Process of Pawpaw Fruit Juice

LI Xi-teng，WEI Nan，ZHENG Nan，HUANG Jing-ru
（School of Food，Jiangsu Food&Pharmaceutical Science College，Huai'an 223003，Jiangsu，China）

The pawpaw fruit juice was clarified by pectinase，and the effect of enzyme concentration，hydrolysis time，hydrolysis temperature and hydrolysis pH on juice light transmittance were investigated.The result of re sponse surface optimization experiment was as follows：enzyme concentration 580 mg/L，the hydrolysis time 2.4 h，the hydrolysis temperature 49℃，and the hydrolysis pH 3.3.Under this optimal condition，the average transmittance of pawpaw fruit juice was 98.13%，the effect of clarification was good.

pawpaw juice；pectinase；clarification；optimization

2016-10-03

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.14.021

李西腾（1969—），男（汉），讲师，硕士，主要从事食品生物技术方向的研究。