荸荠汁酶解工艺优化

朱 妞,吴丽萍

(1.西安医学院, 陕西 西安 710021；2 黄山学院 生命与环境科学学院, 安徽 黄山 245041)

荸荠，又名马蹄，地梨，表面光滑并有光泽，紫红色或是黑褐色[1]，地下的球茎可供食用。具有养生保健功能的食品越来越受到人们的追捧，而荸荠这个生长在泥土里的植物果实具有清凉解暑的功效[2]和多种功能特性。荸荠含有丰富的纤维素成分，还含有黄酮类[3]活性物质。研究发现荸荠中含有一种抗菌成分——荸荠英[4]，有较好的抑菌效果。因此研发一款荸荠清凉功能饮料具有一定的市场开发潜力[5]。荸荠饮料的开发核心首先就是提高荸荠的出汁率。采用酶解法提高荸荠的出汁率，考察酶解时果胶酶的添加百分比、酶解pH、酶解温度、酶解时间这四个因素对荸荠出汁率的影响，得到优化工艺，提高荸荠的出汁率，为荸荠功能饮料的开发奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

荸荠(市售)，果胶酶(河南华悦化工产品有限公司)，NaOH溶液(广东广州锐鑫试剂有限公司)，盐酸(广东广州锐鑫试剂有限公司)，酚酞指示剂(浙江嘉兴凯诺商贸有限公司)，蒸馏水。

1.2 仪器与设备

美的榨汁机(郑州星盛事顺商贸有限公司)；FA2104 B型电子分析天平(青岛杨中仪器有限公司)；HWS-24型电热恒温水浴锅(江苏苏州东圣仪器有限公司)；YA ZDI-10型自控型不锈钢电热蒸馏水器(上海隆拓仪器设备有限公司)

1.3 试验方法

1.3.1 荸荠汁酶解工艺流程 荸荠 →清洗 →榨汁 →渣汁分离 →酶解 →冷却过滤 →荸荠汁

1.3.2 酶解单因素试验设计 试验考察的因素为果胶酶用量，pH值，酶解温度和酶解时间[6]。试验所用的果胶酶用量为：0.005% ，0.01%，0.015%，0.02% ，0.025% ，0.03% 。pH值为：3.5，4，4.5 ，5 ，5.5 ，6。酶解温度分别为：20 ℃，30 ℃，40 ℃，50 ℃，60 ℃，70 ℃。酶解时间分别为：30 min，40 min，50 min，60 min，70 min，80 min。

1.3.3 果胶酶用量对荸荠出汁率的影响 在固定条件下：酶解温度40 ℃，酶解时间60 min，pH=5.0，分别添加0.005%，0.01%，0.015%，0.02%，0.025%，0.03%的果胶酶于荸荠浆中，以荸荠出汁率为标准，研究果胶酶用量对荸荠汁出汁率的影响。

1.3.4 酶解pH对荸荠出汁率的影响 在固定条件下，酶解温度40 ℃，酶解时间60 min，果胶酶用量0.02%， 分别以pH大小为3.5，4，4.5，5，5.5，6作为酶解时的pH，以荸荠出汁率为考察标准，研究pH值大小对荸荠汁出汁率的影响。

1.3.5 酶解温度对荸荠出汁率的影响 在固定条件下，酶解时间60 min，果胶酶用量0.02%，pH=5， 分别以酶解温度20 ℃，30 ℃，40 ℃，50 ℃，60 ℃，70 ℃处理荸荠浆，以荸荠出汁率为考察标准，研究酶解温度对荸荠汁出汁率的影响。

1.3.6 酶解时间对荸荠出汁率的影响 在固定条件下，酶解温度40 ℃，果胶酶用量0.02%，pH=5.0，分别以30 min，40 min，50 min，60 min，70 min，80 min作为荸荠汁的酶解时间，以荸荠出汁率为考察标准，研究酶解时间对荸荠出汁率的影响。

1.3.7 正交试验设计 在单因素试验的基础上，选择果胶酶用量，酶解温度，酶解时间，pH值，进行三水平四因素正交优化荸荠汁酶解加工工艺试验，以样品的出汁率为指标优化工艺参数，因素水平表见表1。

表1 因素水平表

1.3.8 出汁率的测定

荸荠出汁率(%)=酶解后荸荠汁质量(g)/荸荠浆的质量(g)x100% (1)

2 结果与讨论

2.1 果胶酶用量对荸荠出汁率的影响

图1 果胶酶用量对荸荠出汁率的影响

由图1可以看出，荸荠出汁率随着果胶酶用量的增加而提高[7]，但当果胶酶用量大于0.02%后，出汁率增加幅度不大。果胶酶对于荸荠植物细胞壁具有很好的分解作用，植物细胞中大量的果胶被分解，植物细胞壁包裹的果汁暴露出来[8]，因此通过添加果胶酶可以显著提高荸荠的出汁率。结合工业生产及成本控制，选择果胶酶最佳用量在0.015%～0.025%之间。

2.2 酶解pH值对荸荠出汁率的影响

图2 酶解pH值对荸荠出汁率的影响

由图2可知，pH在3.5～5.0范围内，随pH增大荸荠汁出汁率增加，pH在5.0～5.5的范围内，出汁率无明显的变化，当pH大于5.0时，随pH增加出汁率反而下降。考虑到pH过低可能会影响荸荠汁的口感和风味[9]，我们选取在pH为4.5～5.5的条件下优化酶解工艺。

2.3 酶解温度对荸荠出汁率的影响

图3 酶解温度对荸荠出汁率的影响

温度对酶解反应的影响是双重的[10]：低温时会抑制酶活性，高温时会导致酶失活。由图3可以看出，随酶解温度升高，荸荠出汁率先增加后减少，在40 ℃左右时，出汁率较高。因此，荸荠汁酶解试验的最适温度选择35～45 ℃。

2.4 酶解时间对荸荠出汁率的影响

图4 酶解时间对荸荠出汁率的影响

随着酶解时间的延长，荸荠出汁率逐渐增加，当酶解时间超过60 min，出汁率增加的幅度不高。结合工业生产和成本控制，选择荸荠汁酶解处理时间在50 min～70 min范围内。

2.5 正交试验结果

表2 荸荠汁酶解正交试验结果

荸荠汁酶解正交试验的结果见表2。由表可知，这四个单因素对试验影响的大小程度为B>A>D>C。即：酶解pH值>果胶酶用量>酶解时间>酶解温度。果胶酶处理的最佳条件组合是：A3B2C1D1，即果胶酶用量0.025%，pH5.0，酶解温度30℃，酶解时间50 min，在此工艺条件下测定荸荠的出汁率达到90.7%。

3 结论

(1)采用果胶酶酶解荸荠浆，以出汁率为指标，通过单因素试验与正交试验研究，优化了荸荠汁的酶解工艺，得出了最佳工艺条件为：果胶酶用量0.025%，pH5.0，酶解温度30 ℃，酶解时间50 min，此工艺条件下荸荠出汁率达到90.7%。

(2)针对荸荠的出汁率，结合酶解方法优化工艺，得到出汁率较高的工艺，为后续荸荠功能饮料的开发奠定了基础。