纤维素酶酶解山楂浆工艺研究

2022-08-15刘华玲王跃强

现代食品 2022年13期

◎ 刘华玲，王跃强

（1.鹤壁职业技术学院食品工程学院，河南鹤壁 458000；2.鹤壁市绿色食品深加工重点实验室，河南鹤壁 458000）

山楂为蔷薇科山楂属植物，具有各种生理功能，包括降血压、助消化、抗肿瘤等作用，是原卫生部批准的药食两用中药，广泛应用于普通食品和保健食品中[1]。山楂中含有丰富的营养物质，如维生素C、多糖、黄酮、维生素和有机酸等[2]。其中，黄酮是强抗氧化剂，可以有效清除体内的氧自由基[3]。目前山楂加工产品以糖葫芦、山楂糕、山楂片和山楂酒等传统食品居多[4]。山楂用于食品企业加工的数量不足产量的一半，加工复合山楂粉可以做饮料冲调饮品，开发前景良好[5]。

山楂具有很高的医用价值和营养价值，但由于其纤维素含量较高，阻碍了山楂的深加工，纤维素酶可以使山楂软化膨松，提高山楂的口感[6-7]。纤维素酶酶解山楂浆，山楂浆中的纤维素分子水解成葡萄糖分子，再进行喷雾干燥时，不易出现黏壁现象[8]。

本文主要通过纤维素酶催化酶解山楂浆中的纤维素，达到喷雾干燥快速制备山楂粉的目的。将山楂浆沉淀质量以及离心后上清液体积作为参考指标，采用纤维素酶对山楂浆进行酶解处理，研究纤维素酶添加量、反应时间、料液比3个因素对山楂浆酶解反应的影响，通过正交实验，优化酶解条件，为山楂精深加工预处理提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

山楂，河南郑州山楂优果；纤维素酶，酶活力30 000 U·g-1，宁夏和氏璧生物技术有限公司；碳酸钠，天津市瑞金特化学品有限公司。

1.2 仪器与设备

电子天平，上海光正医疗仪器有限公司；Satorius BSA223S精密天平，赛多利斯科学仪器有限公司；DF-101SZ集热式恒温加热磁力搅拌器，巩义市予华仪器有限责任公司；IKA C-MAGHS7磁力搅拌器，德国IKA公司；LG10-2.4A高速离心机，北京医用离心机厂；搅拌机，广东美的生活电器制造有限公司；DHG-9123A型电热恒温鼓风干燥箱、PHS-3E型酸度计，上海精宏实验设备有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品制备

挑选新鲜山楂后进行清洗、去核、漂烫处理，在室温下冷却后储存于-18 ℃的冰箱中，备用。

按照一定的比例将山楂与水混合打浆，调节pH至4.0。取山楂浆20 g与一定量的纤维素酶加入离心管中，磁力搅拌器中搅拌一定时间后4 000 r·min-1离心15 min，将上清液倒出量其体积，沉淀烘干后称其质量，记录数据。

1.3.2 实验设计与方案

纤维素酶添加量对山楂浆酶解反应的影响：固定反应时间为4 h，山楂与水的比例为2∶8，纤维素酶添加比例分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%。

反应时间对山楂浆酶解反应的影响：固定纤维素酶的添加比例为0.3%，山楂和水的比例为2∶8，反应时间分别为2 h、3 h、4 h、5 h和6 h。

料液比对山楂浆酶解反应的影响：固定反应时间为4 h，纤维素酶的添加量为0.3%，山楂和水的比例分别为2∶4、2∶5、2∶6、2∶7和2∶8。

在单因素实验的基础之上，进行正交实验，以沉淀质量为评价指标，得出最佳酶解条件。

1.4 数据处理

利用Origin 8.1软件进行数据处理，所有实验重复3次，取中间值进行绘图。

2 结果与分析

2.1 纤维素酶酶解山楂浆条件的优化

2.1.1 纤维素酶添加量对山楂浆酶解反应的影响

纤维素酶添加量对山楂浆酶解反应的影响如图1所示。由图1可知，当反应时间和料液比一定时，不同纤维素酶添加量对山楂浆酶解有着显著的影响。当纤维素酶添加量从0.1%增加到0.2%时，山楂浆沉淀质量从0.380 g降低到0.373 g，继续增加纤维素酶至0.4%时，山楂浆沉淀质量从0.373 g降低到0.303 g，增加纤维素酶至0.5%时，山楂浆沉淀质量继续降低至0.293 g。说明纤维素酶的添加量较少时，纤维素酶对山楂浆酶解反应不彻底。当纤维素酶添加量达到一定量时，继续添加纤维素酶，对山楂浆进行酶解反应影响不显著。这是由于纤维素酶酶解了山楂浆中的纤维素，使山楂浆中沉淀质量不断减少[9-10]。而继续增加纤维素酶的量，山楂浆中沉淀的质量降低较慢。当纤维素酶添加量从0.1%增加到0.5%时，山楂浆上清液的体积从13.00 mL增加到了16.08 mL，与山楂浆沉淀质量相反。因此，选择纤维素酶添加量为0.4%时，酶解效果最好。

2.1.2 反应时间对山楂浆酶解反应的影响

反应时间对山楂浆酶解反应的影响如图2所示。由图2可知，当纤维素酶的量和料液比一定时，随着反应时间的延长，山楂浆沉淀的质量先降低后趋于稳定，上清液的体积先升高后趋于稳定。当反应时间从2 h增加到3 h时，山楂浆沉淀质量从0.43 g降低到0.35 g，山楂浆上清液的体积从13.69 mL增加到了15.00 mL，继续增加反应时间至6 h，山楂浆沉淀的质量基本稳定，保持在0.36 g，山楂浆上清液的体积维持在15.69 mL左右。说明当反应时间达到3 h时，纤维素酶对山楂浆酶解作用基本完成，再增加酶解反应时间也不会降低山楂浆沉淀的质量，说明反应时间达到3 h以后，再增加反应时间对山楂浆酶解反应的影响不大[11]。因此，反应时间为3 h时，酶解效果最好。

2.1.3 料液比对山楂浆酶解反应的影响

料液比对山楂浆酶解反应的影响如图3所示。由图3可知，当纤维素酶的量和反应时间一定时，山楂浆浓度越高，纤维素酶酶解山楂浆的效果越好。

随着料液比的增加，山楂浆沉淀的质量总体上呈降低趋势，当料液比为2∶7和2∶8时，山楂浆沉淀质量维持在0.21 g左右；随着料液比的增加，山楂浆上清液的体积总体上呈上升趋势，当料液比为2∶7和2∶8时，山楂浆上清液的体积维持在15.50 mL左右。说明当山楂浆料液比增加到一定值时，再增加山楂浆料液比，对山楂浆酶解反应的影响不大。因此当料液比达到2∶7时，酶解效果最好。

2.2 纤维素酶酶解山楂浆工艺优化

在单因素实验结果的基础上，以沉淀质量为考察指标，对纤维素酶添加量、反应时间、料液比进行3因素3水平的正交实验优化。确定纤维素酶的添加量为0.3%、0.4%、0.5%，反应时间为3 h、4 h、5 h，料液比为2∶6、2∶7、2∶8，单因素水平设计见表1。

表1 正交实验因素水平表

由表2可知，各因素对实验指标影响的主次顺序为C＞B＞A，即料液比＞反应时间＞纤维素酶添加量；因素最优水平组合为A1B1C1，即纤维素酶添加量为0.3%、酶解时间为3 h、料液比为2∶6，效果达到最优。对表2中最佳因素水平组合进行3次重复实验，山楂浆沉淀质量为0.51 g，表明所选因素水平组合的酶解效果最好。