酶解法制备胡柚汁的响应面优化

常山胡柚(Citrus grandis (L.) Changshan-huyou) 是浙江省常山县独有的柑橘品种, 是橙子与柚子 的天然杂交品种,胡柚果实营养价值高, 含 8种 人体必需的氨基酸, 维生素 C 质量分数高达 1.10 g·kg-1, 富含葡萄糖、果糖和蔗糖, 含有 Ca、P、K、 Mg、Zn、Fe 等无机元素与其他柑橘类果实相 比, 胡柚中含有更高的类黄酮化合物、柠檬苦素和 α、β-胡萝卜素等对人体健康有益的功能性组分。

利用胡柚原料制备益生菌发酵用果汁时发现 果实中果胶与可食性纤维含量较高, 出汁率较低, 影响其果实中营养及功能性成分的得率. 胡柚细 胞壁是由纤维素、半纤维素、亲水性果胶和少量结 构蛋白构成的复杂网状结构. 利用酶法处理能有 效提高果蔬出汁率. 果胶酶作用于果胶半乳糖 醛酸残基间的糖苷键, 可将原果胶分解为小分子 的半乳糖醛酸和小分子可溶性果胶. 纤维素酶 的不同组成部分协同作用于纤维素, 使其降解为 葡萄糖和可溶性寡聚葡萄糖. Macedo 等研究 发现果胶酶和纤维素酶在酶解腰果果渣时具有协 同作用. 由于胡柚组分的复杂性及其不同酶作用 的特异性, 本试验以常山胡柚为原料, 采用果胶酶 和纤维素酶复配后处理胡柚浆液, 运用响应面法 对酶解条件进行优化, 提高胡柚汁制备效率, 也为胡柚汁发酵饮料的工业化生产提供参考依据。

胡柚: 产自浙江省常山县, 单果重约350 g; 果胶酶: 上海源叶生物科技有限公司, 2 000 U·g-1 ; 纤维素酶: 北京索莱宝科技有限公司, 3 000 U·g-1。

DK-S22型电热恒温水浴锅: 上海精宏实验设备有限公司; MX-GX1011 型打浆机: 厦门建松电 器有限公司; HUZK24WNM 型多功能榨汁机: 余 姚惠人电器有限公司; 电子天平: 德国赛多利斯; PHS-3C 型 pH 计: 上海仪电科学仪器股份有限公司; LDZX-40B 型立式蒸汽灭菌器: 上海申安医疗器械厂; RHB-50ATC 型 手持折光仪: 上海垒固仪器有限公司。

胡柚(验收)→清洗→去皮、去囊衣、去籽→打 浆→酶处理→过滤→胡柚汁. 选取新鲜、成熟充分、无霉变虫害的胡柚果实, 清洗表面杂质, 晾干后去皮、去囊衣、去籽, 得胡 柚果肉, 按料液比 2:1 加水打浆, 称取 100 g 果浆酶解条件酶解处理. 处理过程中用保鲜膜对反应 容器进行密封以防止水分蒸发. 酶解后冷却至室 温, 进行过滤处理. 过滤共经过 2 次, 第 1 次将原 汁通过 100 目筛, 第 2 次将第 1 次过滤的胡柚汁通 过 200 目筛, 测定胡柚出汁率。

酶用量的确定: 在果汁自然 pH 3.65±0.01, 酶 解温度为 50 ℃, 酶解时间 90 min, 复合酶比例(果 胶酶:纤维素酶)为 3:1 条件下, 分别选取复合酶添 加量0.03%, 0.04%, 0.05%, 0.06%和0.07%进行单因 素试验, 分别测定胡柚出汁率和可溶性固形物含 量, 确定最佳复合酶添加量. 复合酶比例的确定: 在果汁自然 pH, 酶解温 度为 50 ℃, 酶解时间 90 min, 酶添加量 0.05%条件 下, 分别选取复合酶比例 2:3, 1:1, 3:2, 2:1, 3:1 和 4:1 进行单因素试验, 分别测定胡柚出汁率和可溶 性固形物含量, 确定最佳复合酶比例. 酶解温度的确定: 在果汁自然 pH, 酶解时间 90 min, 酶添加量 0.05%, 复合酶比例为 3:1 条件下, 根据酶的催化动力学特性及果胶酶和纤维素酶的 温度作用范围, 分别选取酶解温度 35, 40, 45, 50, 55, 60 和 65 ℃进行单因素试验, 分别测定胡柚 出汁率和可溶性固形物含量, 确定最佳酶解温度. 酶解时间的确定: 在果汁自然 pH, 酶解温度 为 50 ℃, 酶添加量 0.05%, 复合酶比例为 3:1 条件 下, 分别选取酶解时间为 30, 60, 90, 120 和 150 min 进行单因素试验, 分别测定胡柚出汁率和可溶性 固形物含量, 确定最佳酶解时间。

复合酶用量、酶比例、酶解温度、酶解时间对 胡柚出汁率及可溶性固形物含量的影响结果如下图所示. 由下图可知, 当果胶酶和纤维素酶用量在 0.02%~0.05%时, 胡柚出汁率和可溶性固形物含量 随酶添加量的增加而增加, 酶解未进行完全. 当 2 种酶用量大于 0.05%时, 酶用量增加, 出汁率不再 增加, 趋于稳定, 可溶性固形物含量也增长缓慢, 酶解进行彻底. 结合生产成本考虑, 选择酶用量为 0.05%. 当果胶酶与纤维素酶的比例为3:1时, 胡柚 出汁率最高, 达到 65.31%, 可溶性固形物含量也 达最高, 故选择酶比例为3:1. 随酶解温度升高, 胡 柚出汁率呈现先上升后下降趋势. 酶解温度为 50 ℃时, 胡柚果肉出汁率最高为 65.29%. 超过最 适温度后, 果胶酶和纤维素酶的催化活性降低, 胡 柚汁水分蒸发也较快, 导致胡柚出汁率急剧下降, 可溶性固形物含量升高, 故选择酶解温度为 50 ℃. 当酶解时间小于 90 min 时, 随酶解时间增加, 胡柚 出汁率增幅显著. 90 min 时, 出汁率为 65.34%. 随 着酶解时间的继续增加, 胡柚出汁率略有升高, 但 增幅不大, 可溶性固形物含量随酶解时间延长缓 慢增加, 考虑长时间酶解会加深果汁褐变程度, 故选择酶解时间为 90 min。