張容鵠,竇志浩,謝 輝,何 艾(海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工設(shè)計(jì)研究所,海南???71100)
胡椒酶法攪拌脫皮的工藝優(yōu)化
張容鵠,竇志浩*,謝輝,何艾
(海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工設(shè)計(jì)研究所,海南???71100)
采用果膠裂解酶和植物水解酶對(duì)新鮮胡椒脫皮處理,研究?jī)?yōu)化的脫皮工藝條件。以脫皮率為參考指標(biāo),進(jìn)行兩種酶液的復(fù)配實(shí)驗(yàn),在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過正交實(shí)驗(yàn)對(duì)酶法攪拌脫皮工藝進(jìn)行了優(yōu)化,比較了酶法攪拌得到的白胡椒與其他浸泡方式得到的白胡椒品質(zhì)。結(jié)果顯示果膠裂解酶和植物水解酶以體積比3∶2脫皮效果最好,優(yōu)化后的酶處理工藝為:酶液濃度為2.0%,溫度為45℃,轉(zhuǎn)速為150 r/min,燙漂時(shí)間為5 min。經(jīng)驗(yàn)證,酶法攪拌3 h,脫皮率為97.6%。與傳統(tǒng)水漚法和生物酶法浸泡得到的白胡椒相比,脫皮時(shí)間明顯縮短,白胡椒香味濃,色澤灰白,無異臭味。關(guān)鍵詞:胡椒脫皮,復(fù)合酶,攪拌,優(yōu)化
胡椒屬胡椒科胡椒屬熱帶香辛料作物,被譽(yù)為“香料之王”[1]。胡椒可防腐,作調(diào)味品,亦可入藥,有鎮(zhèn)靜、驅(qū)寒、止痛、消炎、解毒等功效[2-4]。胡椒的初加工產(chǎn)品主要為白胡椒和黑胡椒,白胡椒具有更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[5]。2013年我國胡椒種植面積為32.2萬畝,產(chǎn)量為3.65萬噸,98%以上是白胡椒[6-7]。胡椒出口量少,僅占世界總胡椒出口量的1.58%,制約胡椒出口和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要因素是白胡椒具有異臭味,異臭味是采用水漚法浸泡脫皮,浸泡時(shí)間長(7~15 d)、產(chǎn)生了3-甲基吲哚、4-甲酚、3-甲酚和丁酸等類似臭味的物質(zhì),這一類物質(zhì)明顯降低了白胡椒的香味,不利于品質(zhì)的提升[8-9]。生物酶法脫皮主要是利用微生物生產(chǎn)的酶降解果皮中原果膠、果膠和纖維素等物質(zhì)達(dá)到脫皮的目的,具有“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、低污染”等特點(diǎn),成為脫皮工藝的發(fā)展方向[10-11],已被用于苧麻[12]、芝麻[13]、黃桃[14]和柑橘[15]等作物脫皮中。Gopinathan[16]用酶法攪拌對(duì)黑胡椒進(jìn)行脫皮,脫皮時(shí)間24h左右,但得到白胡椒色澤不佳,應(yīng)用受限。近年來國內(nèi)對(duì)胡椒生物酶法脫皮開展了初步研究[17-18],研究的重點(diǎn)主要放在胡椒脫皮微生物的篩選、鑒定及脫皮效果的分析上,脫皮時(shí)間最短也在44 h內(nèi),對(duì)于胡椒生物酶法結(jié)合機(jī)械攪拌脫皮工藝研究較少,尚沒有對(duì)鮮胡椒進(jìn)行生物酶法攪拌脫皮的報(bào)道。復(fù)合酶制劑較單一果膠酶和纖維素水解酶對(duì)胡椒果皮的效果更明顯,是酶法應(yīng)用脫皮的新領(lǐng)域[19]。本研究采用果膠裂解酶和植物水解酶的復(fù)合液,輔助機(jī)械攪拌脫皮方法,進(jìn)行新鮮胡椒脫皮實(shí)驗(yàn),以期更進(jìn)一步縮短脫皮時(shí)間,為胡椒脫皮工業(yè)化生產(chǎn)提供科學(xué)參考。
1.1材料與儀器
新鮮胡椒采自海南省文昌市南陽農(nóng)場(chǎng),開始實(shí)驗(yàn)前一天采集,采后分裝,每包2 kg,儲(chǔ)藏于4℃冷庫備用;諾維信果膠裂解酶液(活性≥22500PECTU/ mL)廣州明曜商貿(mào)有限公司;諾維信植物水解酶液(活性100FEB/g) 廣州明曜商貿(mào)有限公司;檸檬酸等其他試劑均為國產(chǎn)分析純。
HJ-5型多功能攪拌器金壇市富華儀器有限公司;XMTA-6000型數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱上海葉拓儀器儀表有限公司;PL203型梅特勒-托利多電子天平梅特勒-托利多有限公司;Jasco PU2080高效液相色譜儀日本分光公司;WSC-S測(cè)色色差計(jì)上海精科科學(xué)儀器有限公司。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1新鮮胡椒酶法攪拌脫皮工藝流程及操作要點(diǎn)
新鮮胡椒→燙漂→水冷卻→攪拌→洗滌除渣→干燥→白胡椒。
參考竇志浩等[17],并做改動(dòng),取0.5 kg新鮮胡椒,加入0.45 L脫皮輔液(預(yù)先加熱到設(shè)定溫度)和一定量的復(fù)合酶液,脫皮輔液是pH為3.0~3.5的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液,酶液濃度按照1 kg新鮮胡椒加入復(fù)合酶液的總體積數(shù)(L)計(jì)算。攪拌一段時(shí)間,然后通過浮選的方法分離脫掉的皮渣。將分離去皮渣的白胡椒置烘箱,55℃鼓風(fēng)干燥,即得脫皮白胡椒。
1.2.2鮮胡椒傳統(tǒng)水漚法浸泡水漚法脫皮:取新鮮胡椒,浸泡在自來水中,10 d后,手搓脫皮,除渣,55℃干燥,得到白胡椒。
1.2.3脫皮率計(jì)算將干燥過的白胡椒充分混合,稱取約100 g樣品(M2),挑出完全脫皮(無粘皮)的白胡椒,稱取其質(zhì)量(M1),重復(fù)取樣3次,分別計(jì)算脫皮率(R),脫皮率計(jì)算公式如下:
式中,R為脫皮率,M1為完全脫皮白胡椒質(zhì)量(g),M2為取樣總質(zhì)量(g)。
1.2.4白胡椒色澤評(píng)價(jià)亮度L值的測(cè)定:參照祝美云[20],采用色差儀測(cè)定,以儀器白板亮度L為標(biāo)準(zhǔn),依CIELAB表色系統(tǒng)測(cè)量樣品的亮度值L(light)。L值≥4,色澤正常;2.5≤L值<4,色澤稍暗,可接受;L值<2.5,色澤發(fā)暗,不能接受。取脫皮后干燥胡椒粒,于色差儀中測(cè)L值,L值越大,白胡椒色澤越好。
1.2.5胡椒堿含量測(cè)定按照GB/T 17528-2009進(jìn)行檢測(cè)。
1.2.6果膠裂解酶液和植物水解酶液配比實(shí)驗(yàn)以果膠裂解酶液和植物水解酶液的復(fù)合酶液總濃度為2.0%,酶液濃度按照1 kg新鮮胡椒加入復(fù)合酶液的體積數(shù)(L)計(jì)算。兩種酶液配比(v∶v)為5∶0、4∶1、3∶2、2.5∶2.5、2∶3、1∶4、0∶5進(jìn)行浸泡3d,手搓脫皮,55℃干燥,計(jì)算脫皮率。
1.2.7單因素實(shí)驗(yàn)
1.2.7.1燙漂時(shí)間對(duì)新鮮胡椒脫皮效果的影響新鮮胡椒分別燙漂0、1、2、3、4、5、6、7和8 min后,水冷后,各稱取0.5 kg,加入0.45 L脫皮輔液和1.5%復(fù)合酶液,攪拌轉(zhuǎn)速150 r/min,攪拌3 h,以新鮮胡椒不經(jīng)預(yù)處理燙漂,常溫下直接酶法攪拌脫皮為對(duì)照,測(cè)定脫皮率和L值。
1.2.7.2復(fù)合酶液濃度對(duì)新鮮胡椒脫皮效果的影響稱取新鮮胡椒,燙漂5 min,水冷后,分別稱取0.5 kg多組,各加入0.45 L脫皮輔液,分別加入0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%的復(fù)合酶液,攪拌轉(zhuǎn)速150 r/min,攪拌3 h,以新鮮胡椒經(jīng)預(yù)處理燙漂后,常溫下不加酶液攪拌脫皮為對(duì)照,分別計(jì)算新鮮胡椒的脫皮率。
1.2.7.3溫度對(duì)新鮮胡椒脫皮效果的影響稱取新鮮胡椒,燙漂5 min,水冷后,分別稱取0.5 kg多組,加入0.45 L脫皮輔液和濃度為1.5%的復(fù)合酶液,分別于30、35、40、45、50和55℃條件下攪拌脫皮,攪拌轉(zhuǎn)速為150 r/min,攪拌3 h,計(jì)算脫皮率。
1.2.7.4攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)新鮮胡椒脫皮效果的影響稱取新鮮胡椒,燙漂5 min,水冷后,分別稱取0.5 kg多組,加入0.45 L脫皮輔液和濃度為1.5%的復(fù)合酶液,在45℃下,分別以0、50、100、150、200和250 r/min,攪拌脫皮3 h,計(jì)算脫皮率。
1.2.8酶法攪拌脫皮工藝的正交實(shí)驗(yàn)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在脫皮輔液pH為3~3.5,酶液配比為3∶2條件下進(jìn)行酶法攪拌脫皮,燙漂時(shí)間、復(fù)合酶液濃度、脫皮溫度和攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)脫皮率都有明顯影響。因此,以胡椒脫皮率為指標(biāo),采用四因素三水平的L9(34)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)復(fù)合酶液濃度、脫皮溫度、攪拌轉(zhuǎn)速和燙漂時(shí)間四個(gè)條件進(jìn)行優(yōu)化,選取因素、水平見表1。
表1 因素水平表L9(34)Table 1 The design table of factors and levers L9(34)
1.2.9白胡椒品質(zhì)比較按照正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后的條件進(jìn)行酶法攪拌脫皮,得到的白胡椒與1.2.2水漚法浸泡10 d和1.2.6酶法浸泡72 h得到的白胡椒進(jìn)行脫皮率、色澤、香味、胡椒堿含量比較,每組進(jìn)行3次,取平均值。
1.3數(shù)據(jù)分析
使用Origin 6.0進(jìn)行作圖,使用SPSS 17.0進(jìn)行差異性顯著性檢驗(yàn)(α=0.05)。
2.1酶液配比實(shí)驗(yàn)結(jié)果
兩種酶液復(fù)配后,經(jīng)過72 h的浸泡對(duì)胡椒脫皮的效果見表2,由表2可以看出,兩種酶液復(fù)配后的脫皮效果明顯優(yōu)于單獨(dú)使用的脫皮效果,有較好的協(xié)同作用。果膠裂解酶又稱為果膠酸反式消除酶,其主要功能是在果實(shí)成熟過程中參與果膠結(jié)構(gòu)的裂解,以達(dá)到果實(shí)軟化的目的[21]。植物水解酶主要是β-葡聚糖酶、半纖維素酶等降解細(xì)胞壁纖維素的一類酶。兩種酶復(fù)合使用,既能夠降解胡椒果皮內(nèi)的果膠,降低果膠分子之間的交聯(lián)度,又對(duì)其細(xì)胞壁的部分纖維素成分有明顯的水解作用,因此對(duì)果皮的軟化作用顯著。表2顯示當(dāng)果膠裂解酶與植物水解酶液的配比以3∶2時(shí),脫皮率最高,因此,選用果膠裂解酶與植物水解酶液的配比為3∶2。
表2 復(fù)合酶液配比實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of proportioning for the compound Pectate lyase and the plant hydrolyzed-enzyme solutions
2.2燙漂時(shí)間對(duì)新鮮胡椒脫皮效果的影響
燙漂對(duì)胡椒脫皮的效果見圖1,從圖1可以看出,燙漂時(shí)間對(duì)新鮮胡椒脫皮效果和色澤有較大影響,燙漂時(shí)間越長,脫皮率明顯增加,3 min后增加平緩;L值先是逐步增加,由暗淡變?yōu)槊髁?,后又急劇變暗?~7 min內(nèi)L值變化緩慢,7 min后急劇降低。賴曉霞[22]對(duì)鮮胡椒經(jīng)過50℃熱水浸泡20 min后,進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵脫皮,較不預(yù)處理明顯提高了脫皮效果,脫皮時(shí)間縮短至60 h,色澤好,其不足是脫皮時(shí)間長。燙漂可以破壞果皮的結(jié)構(gòu),讓果皮之間的連接變得松散,一方面可以加快果皮的軟化,促進(jìn)酶液更好滲透,另一方面可以讓果皮的多酚氧化酶鈍化失活,抑制褐變反應(yīng)發(fā)生,保持白胡椒的色澤。燙漂處理3 min以下,脫皮率低,色澤暗而黑,原因可能是燙漂時(shí)間短,果皮下組織細(xì)胞之間的連接破壞程度小,也沒有達(dá)到鈍化酶的目的,攪拌過程中,果皮內(nèi)的多酚氧化物和多酚氧化酶充分接觸,褐變反應(yīng)明顯,而燙漂3 min后大部分多酚氧化酶已經(jīng)失活,抑制了褐變反應(yīng)發(fā)生,白胡椒色澤顯得灰白而明亮,當(dāng)燙漂5 min時(shí),L值最大。燙漂8 min變暗的原因可能是由于燙漂時(shí)間過長,胡椒淀粉糊化,而使白胡椒內(nèi)部成分發(fā)生了明顯的改變。因此,綜合脫皮率和L值效果,新鮮胡椒燙漂預(yù)處理時(shí)間以5 min為最優(yōu)。
圖1 燙漂時(shí)間對(duì)胡椒脫皮效果的影響Fig.1 Influence of blanching time on decortication efficiency
2.3復(fù)合酶液濃度對(duì)新鮮胡椒脫皮效果的影響
復(fù)合酶液的濃度對(duì)新鮮胡椒的脫皮效果見圖2。從圖2可以看出,不加復(fù)合酶液,新鮮胡椒脫皮效率最低,脫皮率僅13.8%;而隨著復(fù)合酶液濃度添加,脫皮率急劇增加,酶液濃度高于1.5%以上,脫皮率均在92.7%以上,當(dāng)復(fù)合酶液濃度繼續(xù)增加時(shí),新鮮胡椒脫皮脫皮效率增加不明顯,而隨著酶液濃度上升,復(fù)合酶液經(jīng)濟(jì)成本也增加,綜合考慮實(shí)際情況,選擇復(fù)合酶液濃度以1.5%為宜。
圖2 復(fù)合酶液濃度對(duì)胡椒脫皮效果的影響Fig.2 Influence of enzyme concentrationon on decortication efficiency
2.4溫度對(duì)新鮮胡椒脫皮效果的影響
溫度對(duì)新鮮胡椒脫皮效果見圖3,從圖3可以看出,隨著溫度上升,脫皮率逐步提高,當(dāng)溫度達(dá)到45℃時(shí),脫皮率達(dá)到最高值96.3%,而當(dāng)脫皮溫度超過45℃后,脫皮率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。生物酶活力受溫度影響明顯,宋國輝[13]應(yīng)用酶法進(jìn)行芝麻脫皮時(shí),50℃為酶活力最佳溫度。胡椒脫皮效果圖3顯示45℃為復(fù)合酶液活力最佳溫度,低于45℃,酶的活力沒有充分激活,高于45℃時(shí),則抑制了復(fù)合酶液的活性,都會(huì)降低胡椒的脫皮率,因此酶法攪拌脫皮溫度以45℃為宜。
圖3 溫度對(duì)胡椒脫皮效果的影響Fig.3 Influence of temperature on decortication efficiency
2.5攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)新鮮胡椒脫皮效果的影響
攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)新鮮胡椒的脫皮效果見圖4,從圖4可以看出,靜置不攪拌3 h時(shí),完全不脫皮,增加轉(zhuǎn)速有助于提高脫皮率,當(dāng)轉(zhuǎn)速超過100 r/min時(shí),脫皮率增加優(yōu)勢(shì)不明顯。當(dāng)由100 r/min升高到250 r/min時(shí),脫皮率由92%增加為97.2%,脫皮率增加的幅度小。在實(shí)際脫皮過程中,轉(zhuǎn)速越快,振動(dòng)幅度大,耗能越高,電機(jī)極易發(fā)熱,因此考慮到實(shí)際需要及安全因素,攪拌轉(zhuǎn)速以100 r/min為宜。
圖4 攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)胡椒脫皮效果的影響Fig.4 Influence of agitation speed on decortication efficiency
2.6正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化
表3為正交實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果,由表3可知,最佳組合條件為A3B2C3D2,即復(fù)合酶液濃度為2.0%,燙漂時(shí)間為5 min、溫度為45℃,轉(zhuǎn)速為150 r/min。表4為正交實(shí)驗(yàn)方差分析結(jié)果,可以看出,A、B、C和D因素對(duì)胡椒脫皮率都有顯著性影響(p<0.05),影響脫皮率的主次因素依次是復(fù)合酶液濃度>燙漂時(shí)間>脫皮溫度>攪拌轉(zhuǎn)速,這與表4方差分析結(jié)果一致。經(jīng)驗(yàn)證,由表5知脫皮率為97.6%,高于正交實(shí)驗(yàn)各組脫皮率結(jié)果。
表3 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Orthogonal array design for the optimization of pepper decortication
表4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal test results
2.7不同方式脫皮后白胡椒品質(zhì)比較結(jié)果
表5是三種不同脫皮方式得到白胡椒的品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果,通過比較得出,酶法攪拌脫皮不僅脫皮時(shí)間短,脫皮率高,而且白胡椒的L值最大,色澤最明亮,香味濃郁,無異臭味,酶法攪拌與浸泡法相比,快速脫皮胡椒堿含量為5.1%,略高于傳統(tǒng)浸泡法胡椒堿4.7%含量??梢娒阜〝嚢韫に嚥粌H脫皮時(shí)間短,保持白胡椒的香味,而且不影響胡椒堿的含量。
表5 三種脫皮方式的白胡椒品質(zhì)比較Table 5 Comparation on quality of white pepper by three kinds of decortication ways
采用果膠裂解酶和植物水解酶液復(fù)配,輔助攪拌方法,脫皮輔液pH調(diào)節(jié)為3.0~3.5,對(duì)新鮮胡椒進(jìn)行脫皮,果膠裂解酶和植物水解酶以體積比3∶2復(fù)配最優(yōu)。以胡椒脫皮率和白胡椒L值作為考察指標(biāo),在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過正交實(shí)驗(yàn)對(duì)酶法攪拌脫皮工藝進(jìn)行優(yōu)化,最終得到鮮胡椒酶法攪拌脫皮的工藝為:新鮮胡椒燙漂5 min后,放入pH為3.0~3.5的脫皮輔液中,溫度調(diào)節(jié)至45℃后,添加復(fù)合酶液的體積(L)為新鮮胡椒質(zhì)量(kg)的2.0%,調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為150 r/min,攪拌3 h,經(jīng)浮選去渣,55℃干燥后得到白胡椒。經(jīng)驗(yàn)證該優(yōu)化工藝所得胡椒脫皮率為97.6%,明顯高于酶液浸泡和水漚法的脫皮率,脫皮時(shí)間明顯縮短,且香味濃郁,色澤亮白,不具有水漚法的異臭味,對(duì)胡椒堿的含量沒有影響,可以大幅度提高胡椒脫皮效率,便于工業(yè)化生產(chǎn)。
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Optimization of technology for enzymatic decortication of green pepper by stirring
ZHANG Rong-hu,DOU Zhi-hao*,XIE Hui,HE Ai
(Institute of Processing&Design of Agroproducts,Hainan Academy of Agricultural Sciences,Haikou 571100,China)
Pectate lyase and the plant hydrolyzed-enzyme were used for decortication of the green pepper in order to gain optimizational decortication technology.The decortication efficiency was used as evaluation index,proportioning experiment of two kinds of enzymatic solutions was carried out firstly,then enzymatic peeling technology of pepper was optimized with the help of the stirring by orthogonal experiment on the basis of singlefactor tests,in the end,the quality of white pepper decorticated by the different ways was compared.Results showed the best proportion of pectate lyase and the plant hydrolyzed-enzyme was 3∶2,the optimum conditions were as follows:mixed enzymes concentration 2.0%,the treating temperature 45℃,stirring rate 150 r/min,and the blanching time 5 min.Under the optimum conditions,the decortication efficiency of pepper could reach 97.6%in 3 hours by enzymatic stirring method.Compared with the traditional water retting method,decortication time was shortened significantly,white pepper smelt fragrance thick and odourless,color was grey and light.
pepper peeling;mixed enzymes;stirring;optimization
TS201.1
A
1002-0306(2015)18-0214-05
10.13386/j.issn1002-0306.2015.18.034
2015-01-04
張容鵠(1970-),女,碩士研究生,副研究員,研究方向:農(nóng)產(chǎn)品加工與保鮮貯藏,E-mail:zrh0912@126.com。
竇志浩(1961-),男,本科,研究員,研究方向:農(nóng)產(chǎn)品加工與儲(chǔ)藏,E-mail:513408658@qq.com。
海南省科學(xué)事業(yè)費(fèi)(kyys-2013-11);海南省應(yīng)用技術(shù)研發(fā)與示范推廣專項(xiàng)(ZDXM2014137);海南省產(chǎn)學(xué)研一體化專項(xiàng)資金(cxy20130038)。