复合酶解及大曲糖化对柿子出汁率和还原糖度的影响

2018-07-12董腾达黄莎莎

陕西科技大学学报 2018年4期

杨　辉，荆　雄，苏　文，董腾达，黄莎莎

(陕西科技大学食品与生物工程学院，陕西西安　710021)

0　引言

柿子属准果仁类、柿科(Ebenaceae)柿属(Diospyros L.f.)植物，原产我国华中、华南一带.柿子果实艳丽多汁，我国柿树栽培有三千多年的历史[1]，主要分布于黄河流域，其中以陕西、山西、河北、河南、山东五省为主.柿子品种主要以涩柿为主，且涩柿在我国柿子加工中占主导地位.柿子营养丰富，具有较高的食用价值及医疗保健功能.据测定每百克鲜柿果中，含有丰富的糖、蛋白质、脂肪和碳水化合物等，主要营养成分含量见表1所示，此外还含有胡萝卜素和多种氨基酸[2].柿子中含有丰富的甘露醇、葡萄糖、果糖、五环三萜类化合物、各种无机盐、维生素、鞣质、可溶性膳食纤维、类胡萝B素和多酚类物质等[3]，研究表明这些物质具有降血脂、抗氧化、抗动脉硬化[4]、预防心血管疾病的作用[5].

表1　柿营养成分的含量

柿子糖分含量高，营养成分丰富，民间多以柿子酿酒制醋，这也是柿子产业化发展的重要方向[6].但目前多以小作坊为主[7]，采用自然成熟软化后对柿子进行加工，整个周期比较长，很难出汁，浪费极大，利用率远远低于欧美一些发达国家[8].近年虽有规模较大的柿子酒、柿子醋企业兴起，其技术瓶颈仍是柿子的出汁率仅20%左右，原料利用率低，单宁去除难.本文以新鲜柿子为原料，采用复合酶酶解和糖化技术，在单因素试验基础上通过正交试验对酶解糖化工艺进行优化，以期提高柿子的出汁率和还原糖含量，减少柿子资源的浪费，延长柿子深加工生产周期，研究中也对酶解过程中营养成分变化进行了分析.

1　材料与方法

1.1　材料与试剂

八成熟鸡心黄柿，采摘于彬县；果胶酶、纤维素酶，上海源叶生物科技有限公司；大曲，彬县馨香酿造厂；硫酸铜、氢氧化钠、酒石酸钾钠、盐酸、草酸、没食子酸、芦丁标准品、2-6二氯酚靛酚钠，天津市科密欧化学试剂有限公司.

1.2　仪器与设备

榨汁机，西安华讯得贸易有限公司；PL203电子天平，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；恒温水浴锅，上海一恒科学仪器有限公司；PHS-3C 型pH计、磁力搅拌器，上海仪电科学器股份有限公司；SP -756P紫外可见分光度计，上海光谱仪器有限公司.

1.3　工艺流程及试验方法

1.3.1提汁工艺流程

新鲜柿子→挑选→清洗→温水脱涩→打浆(柠檬酸调pH至4.3)→酶解→过滤(计算出汁率)

1.3.2试验方法

(1)酶解单因素试验

柿子经榨汁后取500 g果浆，以出汁率为指标，选择果胶酶用量、酶解温度和时间为单因素进行试验，其中果胶酶添加量分别选取果汁质量的0、0.01%、0.02%、0.03%、0.04%和0.05%，于50 ℃酶解2 h；酶解温度分别为35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃，在果胶酶用量0.03%下酶解2 h；酶解时间分别为1 h、1.5 h、2 h、2.5 h、3 h，果胶酶用量0.03%，酶解温度50 ℃；在果胶酶酶解最适条件下同时加入纤维素酶，其添加量选定柿汁的0、0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%，通过试验探讨纤维素酶对柿子出汁率的影响.

(2)酶解正交试验

在以上单因素试验基础上，进行4因素3水平酶解正交试验.酶解正交试验因素水平见表2所示.

表2　酶解正交试验因素水平表

(3)糖化正交试验

酶解后的柿子汁还原糖含量比较低，根据预实验结果，以糖化后还原糖含量为指标，对酶解后的柿子汁进行大曲糖化正交试验，每组试验重复三次取平均值，因素水平见表3所示.

表3　糖化正交试验因素水平表

1.3.3分析检测方法

(1)出汁率计算[9]

采用称重法，计算公式如式(1)所示.

(1)

(2)还原糖含量测定

采用斐林试剂法测定还原糖[10].

(3)总酸测定

采用电位滴定法测定果汁的总酸[11].

(4)黄酮含量测定

通过绘制芦丁标准品曲线[12]来测定黄酮含量.

(5)多酚含量测定

采用Folin-酚法测定水果及其制品中总多酚含量[13].

(6)维生素C含量测定

采用2 ,6-二氯酚靛酚钠滴定法[14].

1.4　数据处理与分析

每个试验样做3 次平行，取其平均值，采用Origin9软件和正交助手Ⅱv3.1 处理试验数据并对结果进行显著性方差分析.

2　结果与讨论

2.1　柿子酶解单因素实验

2.1.1果胶酶添加量对柿子出汁率的影响

图1给出了果胶酶添加量对柿子出汁率的影响.结果表明,在果胶酶试验取值范围内，柿子出汁率有极大值，对应果胶酶用量为0.05%，当果胶酶添加量介于0.01%～0.03%时，出汁率明显上升，高于0.03%时，出汁率上升缓慢，在0.05%处达到最高.这是因为酶作用的底物有限，当加入少量的酶时，作用底物充足，上升很快，随着酶量的增加，底物出现不足，出汁率增长缓慢，直到最后保持不变，相对于果胶酶用量0.05%而言，用量0.03%的出汁率略低，基于成本方面的考量，确定最佳酶用量为0.03%.

图1　果胶酶制剂添加量对柿子出汁率的影响

2.1.2酶解时间对柿子出汁率的影响

酶解是果胶大分子与果胶酶运动接触、分解和产物与酶分离的复杂过程，酶解时间是影响这些过程是否进行彻底的重要因素.图2显示了酶解时间对出汁率的影响.随着时间延长，柿子出汁率先上升，之后不再增长，当酶解时间为2 h时，出汁率达到最大，意味底物分解基本完成，所以确定酶解时间为2 h.

图2　酶解时间对柿子出汁率的影响

2.1.3酶解温度对柿子出汁率的影响

图3表示在加入0.03%果胶酶，经2 h酶解时酶解温度对柿子出汁率的影响.结果表明，温度对柿子出汁率的影响明显，出汁率最大值52.66%出现在50 ℃，事实上所有的酶都具有其最适的作用温度[15]，低于最适温度酶活力不足，而过高的酶解温度则导致酶中的重要组成蛋白质变性失活，出汁率下降.当酶解温度为50 ℃时，酶活力最高，出汁率最大，故50 ℃为最佳酶解温度.

图3　酶解温度对柿子出汁率的影响

2.1.4纤维素酶添加量对柿子出汁率的影响

图4表示在果胶酶最佳作用条件下，不同纤维素酶添加量对柿子出汁率的影响.由图4可知，加入纤维素酶之后，柿子出汁率得到了有效的提高，当酶添加量达到0.02%时出汁率不再变化，增长趋势与果胶酶添加量对出汁率影响相似，都是由于后期底物不足导致.因此选择0.02%为最佳纤维素酶添加量.

图4　纤维素酶制剂添加量对柿子出汁率的影响

2.2　柿子酶解正交试验

在以上单因素试验基础上，对果胶酶用量(A)、纤维素酶用量(B)、酶解温度(C)、酶解时间(D)进行4因素3水平正交试验，通过测定出汁率来确定柿子最佳酶解条件.正交结果见表4所示.

表4　酶解正交试验结果

通过对表4进行极差分析可得，影响柿子出汁率的4个因素A(果胶酶添加量)、B(纤维素酶添加量)、C(温度)、D(时间)的主次顺序为C>A>D>B，温度和果胶酶的用量对出汁率影响较大，纤维素酶用量和酶解时间对出汁率影响较小.优化得到的最佳组合为A2B1C2D3，即果胶酶添加量为0.03%、纤维素酶添加量为0.015%、酶解温度为50 ℃、酶解时间为2.5 h.在此条件下柿子的出汁率达到57.45%.

2.3　糖化正交试验

经过酶解柿浆中还原糖含量比较低，不利于后期柿子酒发酵，因此在酶解后需要提高柿浆中还原糖的含量.通过参考王长虹等[16]对糖化酶作用条件的研究，本实验在此基础上利用大曲进行糖化正交试验确定最佳糖化条件，并且最终研究结果与其一致.糖化正交试验结果见表5所示.

表5　糖化正交试验结果

注：K，K*分别表示出汁率和还原糖含量的均值；R，R*分别表示出汁率和还原糖含量的极差.

大曲是我国的古老曲种，含有淀粉酶、糖化酶、果胶酶等多种酶系和复杂的微生物菌群[17]，可糖化、分解果胶、酯化等多种功能，柿子糖化正交试验结果对此做了验证，同时柿子浆经大曲糖化不仅还原糖有所提高，柿子浆的出汁率也得到了提升，这与赵贵红等[18]利用大曲法酿造柿子酒研究结果一致.大曲是酿酒工业中重要的增香剂[19]，柿子浆糖化之后对大曲进行保留，可以在后期柿子酒酿造中改善酒体风味.

表5糖化正交结果显示，影响还原糖含量和柿子出汁率的主次因素是A>B>C，即大曲添加量影响最大，糖化温度次之，糖化时间影响最小.表6方差分析显示，大曲添加量对柿子汁中还原糖含量和出汁率影响显著，这可能是由于大曲在最佳作用条件下水解柿子浆和大曲中的淀粉，使其转化为还原糖，同时柿浆黏度降低，出汁率得以提高.因此柿浆糖化最佳工艺条件为：大曲添加量2 wt%、糖化温度60 ℃、糖化时间2.5 h，在此条件下柿子汁中还原糖含量可以达到120.27 g/L，出汁率为64.43%.与郑瑞婷等[20]在果浆酶对鸡心柿出汁率中的研究结果相比提高了15%，王萍[21]将柿子出汁率提高到86.52%，高于本研究结果，分析原因是柿子出汁率与柿子品种有关，本研究与郑瑞婷研究中均以果型较小的鸡心柿为原料，而王萍选用果型较大、含水量较多的镜面柿为原料；同时,从马建勇等[22]对树莓研究结果可以看出,出汁率和成熟度也有很大关系.后续可以研究不同品种和成熟度对柿子出汁率的影响.