果胶酶澄清香梨汁的工艺优化

陈振昊，白羽嘉，韩海霞，马德秀，萨吾提·尼斯普，冯作山

1. 新疆农业大学食品科学与药学学院（乌鲁木齐 830052）；2. 新疆果品采后科学与技术重点实验室（乌鲁木齐 830052）

库尔勒香梨是新疆特有梨种，具有色泽悦目、香气浓郁、皮薄肉细、营养丰富等特点，被誉为“梨中珍品”“果中王子”，深受消费者的喜爱[1-2]。库尔勒香梨含有80%以上的水分，除此糖含量均在8%以上，主要含有葡萄糖，蔗糖及果糖。梨在中药中作为生津、润燥、清热、降火、解毒和化痰的良药[3]。为了延长香梨的食用期，香梨除了鲜食以外，还可以将香梨制成梨汁产品，同时又增加新疆特色产品的类别。

果汁产品不仅能够科学地减少水果中营养及生物活性物质损失，同时也可以保留原有的风味，并且口感较好，因此果汁深受消费者的喜爱[4]。将库尔勒香梨加工成香梨汁，不仅保留了原有风味，减少了营养成分的损失，同时解决了香梨贮藏期短的问题[5]，降低了资源的浪费。但由于梨汁中含有果胶物质，在香梨加工过程中，很容易发生浑浊现象[6]，对梨汁品质有所影响。因此，开展库尔勒香梨汁的澄清研究，可以提高库尔勒香梨深加工产品的附加值，对保持其营养价值和商品品质具有重要的经济意义和社会效益[7]。常用的澄清剂有果胶酶、壳聚糖、聚乙烯聚吡咯烷酮（PPVP）等[8-12]。果汁中的果胶物质被果胶酶酶解，形成沉淀物质，使果汁的黏性降低，果汁变得澄清透亮[13]，酶解法与其他澄清方法相比较具有高效、简单、效果好等特点，在果汁生产加工过程中有重要的应用价值[14]。

此次试验旨在优化果胶酶对香梨汁的澄清工艺。以透光率为指标，通过对果胶酶添加量、酶解温度、酶解时间的单因素试验，结合响应面试验进行分析，确定果胶酶对香梨汁澄清工艺最佳优化条件，并且进行工艺验证，以期为香梨汁产品开发提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

库尔勒香梨，采购于库尔勒市，果实成熟，无破损及病变，可溶性固形物为12 °Brix。

碳酸氢钠、没食子酸、盐酸、无水乙醇、草酸（分析纯，天津市致远化学试剂有限公司）；无水碳酸钠（分析纯，天津市北联精细化学品开发有限公司）；福林酚、2, 6-二氯靛酚（北京索莱宝科技有限公司）；果胶酶（天津诺维信（中国）生物技术有限公司）。

YP2002型电子天平（上海越平科学仪器有限公司）；TGL-16G型离心机（上海安亭科学仪器厂）；紫外线分光光计（北京普析通用仪器有限责任公司）；DZKW-S-4电热恒温水浴锅（北京市永光明医疗仪器有限公司）；手动榨汁机（临沂麦苗商贸有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 测定方法

1.2.2.1 透光率的测定[15]

以蒸馏水为参比，在625 nm处测定香梨汁的透光率。

1.2.2.2 可溶性固形物的测定

采用手持折光仪进行测定

1.2.2.3 维生素C含量的测定

采用GB 5009.86—2016[16]中2, 6-二氯靛酚滴定法进行测定。

1.2.2.4 总酚的测定

采用福林-肖卡比色法[17]，以没食子酸为标准物质，得到回归方程y=0.001 5x+0.003 1，相关系数R2= 0.998 8。

1.2.2.5 果胶定性的测定

采用GB/T 18963—2012《浓缩苹果汁》[15]进行测定。

1.2.3 单因素试验

1.2.3.1 最佳酶添加量的确定

取5份100 mL香梨汁，分别加入0.04%，0.05%，0.06%，0.07%和0.08%的果胶酶充分混匀，在40 ℃下酶解120 min，同时进行3组平行试验，以透光率为指标确定最佳酶添加量。

1.2.3.2 最佳酶解温度的确定

1.2.3.3 最佳酶解时间的确定

取5份100 mL香梨汁，加入0.06%的果胶酶充分混匀，在40 ℃下分别酶解80，100，120，140和160 min。同时进行3组平行试验，以透光率为指标确定最佳酶解时间。

1.2.4 果胶酶对香梨汁澄清优化试验

在单因素试验的基础上，应用Design Expert.V 8.0.6.1软件的Box-Behnken设计原理，以酶添加量、酶解温度、酶解时间为自变量，以透光率为响应值，进行响应面因素水平表设计，对酶法澄清工艺进行优化，以得到最佳酶解技术条件。因素水平见表1。

表1 澄清香梨汁响应面因素水平表

1.2.5 数据统计与分析

巴志鹏认为，中国共产党的生态文明建设思想是对中国古代朴素的人与自然和谐观“天人合一”及朴素的自然伦理“仁民爱物”论等传统生态文化的扬弃和对马克思恩格斯的人与自然协调发展观的传承［19］。而荣开明则认为，生态文明建设思想的主要渊源，包括马克思主义生态文明理论，党的三代领导集体探索中国社会主义建设的论述和前期经验，国外有关生态文明建设的理念和经验，中华文明中的生态文明智慧［20］。

数据的处理与分析采用Excel系统和SPSS 23.0统计分析软件。用Duncan多重比较法方法进行显著性差异分析，p＜0.05表示差异显著。使用Origin Pro 8绘制数据图。

2 结果与分析

2.1 果胶酶澄清香梨汁单因素试验结果与分析

2.1.1 不同酶添加量对香梨汁透光率及果胶含量的影响

从图1可以看出，随着果胶酶用量的增加，透光率呈先增加后下降的趋势。当果胶酶添加量为0.06%时，透光率达到最大值95.7%；当果胶酶添加量＜ 0.06%时，酶添加量少，不能将香梨汁中的果胶物质分解完全，澄清效果差，透光率低；当果胶酶添加量＞0.06%时，由于酶添加量过多，在果汁中产生酶蛋白沉淀[18]，影响果汁的透光率。试验表明，果胶酶的添加量对香梨汁澄清效果有较大影响。

图1 不同酶添加量对香梨汁透光率的影响

从表2可以看出，当果胶酶添加量＜0.06%时，香梨汁中的果胶反应呈阳性，说明香梨汁中含有大量的果胶物质，未能得到完全分解；当果胶酶添加量＞0.06%时，香梨汁中的果胶反应呈阴性，说明在此条件下，香梨汁中的果胶类物质得到完全分解。通过分析表明：果胶酶添加量在0.06%～0.08%时，澄清香梨汁的效果较好。

表2 果胶酶添加量与香梨汁中果胶含量的关系

2.1.2 不同酶解时间对香梨汁透光率及果胶含量的影响

从图2可以看出，当酶解时间＜120 min时，香梨汁的透光率随着时间的增加而迅速增加；当酶解时间＞120 min时，透光率增加缓慢且趋于平衡（p＞0.05）。主要原因是在酶解时间120 min内香梨汁中果胶物质的含量相对较高，在果胶酶的作用下，大量的果胶被酶解，使香梨汁的透光率迅速提高；120 min后透光率的变化趋于平缓[19]，说明香梨汁中的果胶物质基本酶解完全。

图2 不同酶解时间对香梨汁透光率的影响

从表3可以看出，当果胶酶酶解时间＜120 min时，香梨汁中的果胶反应呈阳性，说明果胶酶没有将香梨汁中的果胶物质完全分解；当果胶酶酶解时间≥120 min时，香梨汁中的果胶反应呈阴性，说明果胶酶能够将香梨汁中的果胶物质分解完全。通过分析表明：酶解时间在120～160 min时，果胶酶对香梨汁具有较好的澄清效果。

表3 酶解时间与香梨汁中果胶含量的关系

2.1.3 不同酶解温度对香梨汁透光率及果胶含量的影响

从图3可以看出，随着酶解处理温度的升高，香梨汁的透光率呈先上升后下降的趋势。当温度为40 ℃时，香梨汁的透光率达到最高，透光率为95.34%，效果最好，这时果胶酶的酶解速率高，果胶得到充分分解；当温度高于40 ℃时，果胶酶酶活力逐渐降低，这是因为温度的升高，发生热凝作用，导致果胶的絮凝产生沉淀，使透光率降低[20]。因此果胶酶酶解最适温度为40 ℃。

图3 不同酶解温度对香梨汁透光率的影响

从表4可以看出，当果胶酶酶解温度为35 ℃或者高于45 ℃时，香梨汁中的果胶反应呈阳性，说明温度对果胶酶的活性有一定的影响，在低温条件下果胶酶的活性较低，果胶类物质未得到完全分解，在高温条件下果胶酶失去活性导致果胶类物质未能得到完全分解；当果胶酶酶解温度在40～45 ℃时，香梨汁中的果胶反应呈阴性，说明果胶酶能够将香梨汁中的果胶物质分解完全。通过分析表明：酶解温度在40～45 ℃时，果胶酶对香梨汁具有较好的澄清效果。

表4 酶解温度与香梨汁中果胶含量的关系

2.2 香梨汁澄清响应面试验结果与分析

2.2.1 香梨汁澄清回归模型的显著性检验与方差分析

响应面试验设计及测定结果见表5。利用软件对表5中的透光率进行回归分析，建立回归模型，得到以透光率（Y）为响应值的回归方程：Y=94.35+8.32A+ 1.90B+1.94C-1.63AB+1.79AC-0.52BC-7.38A2-2.92B2-5.29C2。

表5 Box-Behnken试验设计与透光率测定结果

从表6可以看出，所建立的透光率回归模型F= 73.37，p＜0.000 1，达极显著水平，表明该试验所得拟合方程回归模型具有高度显著性。失拟项（p=0.207 2）不显著，说明回归模型有较好的稳定性。调整决定系数R2=0.989 5，表明透光率约98.95%是由独立变量决定的；决定系数R2Adj=0.976 0，变异系数C.V.= 1.46%，表明该模型的相关性高，拟合度较好，能够较好地反映响应值的变化。模型的一次项A（酶添加量）、B（酶解温度）、C（酶解时间）影响极显著（p＜0.01）；二次项A2、B2、C2影响极显著（p＜ 0.01）；交互项AB、AC影响显著（p＜0.05），BC影响不显著（p＞0.05）；由此可知三因素对透光率影响的顺序为A（酶添加量）＞C（酶解时间）＞B（酶解温度）。

表6 香梨汁透光率回归模型方差分析

2.2.2 香梨汁澄清响应面分析

响应面图可直观地反映各自变量对响应值的影响，根据等高线图可观察交互作用强弱，形状越圆交互作用越弱，椭圆形则交互作用越强[21]。从图4可以看出，等高线图呈椭圆，说明酶添加量和酶解温度之间的交互作用显著。当酶解时间与酶添加量为确定值时，透光率变化趋势呈随着温度的增加先增大后平衡，整体变化不大；当酶解时间与酶解温度不变时，透光率随着添加量的增加而增大。

图4 酶添加量及酶解温度对香梨汁澄清效果的影响

从图5可以看出，等高线图呈圆形，说明酶解时间和酶解温度之间的交互作用不显著。当酶添加量与酶解温度不变时，透光率随着酶解时间的增加呈平缓的曲线，所以最优参数趋向0（120 min）水平；在酶添加量与酶解时间不变的情况下，梨汁的透光率随温度的增加而增大，最优参数向1.00（45 ℃）水平移动。

图5 酶解时间及酶解温度对香梨汁澄清效果的影响

从图6可以看出，等高线图呈椭圆形，说明酶添加量和酶解时间之间的交互作用显著。当酶解温度和酶添加量不变时，透光率随着酶解时间的增加而增大；在酶解温度和酶解时间不变的情况下，梨汁的透光率随酶添加量的增加而增大。

图6 酶添加量及酶解时间对香梨汁澄清效果的影响

2.2.3 最佳工艺参数及验证

根据Box-Behnken试验设计和响应面分析法得出，当酶添加量为0.06%，酶解温度为41.22 ℃，酶解时间为119.11 min时，澄清香梨汁透光率预测值为96.58%。结合实际生产过程，将工艺条件调整为酶添加量0.06%、酶解温度40 ℃、酶解时间120 min。在此工艺条件下进行3组重复试验，透光率的平均值为95.27%，与理论值的相对误差仅为0.01%，基本与预测值接近。并通过表7可以看出，部分营养物质含量与对照组没有区别，从而验证了模型的正确性。

3 结论

此次试验试验通过单因素试验和响应面分析，结合实际生产，得到最佳酶解澄清工艺：酶添加量0.06%，酶解温度40 ℃，酶解时间120 min。在此条件下，透光率平均值为95.27%。经验证试验可知，优化后的澄清度与预测值接近，说明模型正确可靠；经优化组与对照组的部分营养物质含量比较，结果显示无明显差异。因此，果胶酶可以达到理想的澄清效果，且能够很好地保留香梨汁原有的营养成分。此次试验能够为香梨汁产品开发提供理论依据和技术支持。