響應(yīng)面法優(yōu)化百香果的酶解工藝

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(1.賀州學(xué)院食品科學(xué)與工程技術(shù)研究院,廣西賀州 542899; 2.賀州學(xué)院食品與生物工程學(xué)院,廣西賀州542899)

響應(yīng)面法優(yōu)化百香果的酶解工藝

康超1,2,楊玉霞2,劉俐俐2,謝有強(qiáng)2,伍淑婕1,2,段振華1,2

(1.賀州學(xué)院食品科學(xué)與工程技術(shù)研究院,廣西賀州 542899; 2.賀州學(xué)院食品與生物工程學(xué)院,廣西賀州542899)

以百香果為原料，響應(yīng)面法優(yōu)化果膠酶、纖維素酶酶解百香果全果的最佳酶解工藝。單因素實(shí)驗(yàn)研究料液比、pH、酶解時(shí)間、酶解溫度、酶添加量對(duì)百香果出汁率的影響，利用Box-Behnken設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)響應(yīng)面法優(yōu)化三個(gè)因素對(duì)酶解全果百香果果汁工藝。響應(yīng)面法優(yōu)化結(jié)果表明，百香果酶解最佳工藝參數(shù)為溫度38.8 ℃，果膠酶添加量0.06‰，纖維素酶添加量0.09‰，在此條件下酶解百香果全果果汁60 min，出汁率為94.21%，和理論值94.237%模擬較好。本研究建立百香果酶解工藝二次線性回歸模型準(zhǔn)確有效，優(yōu)化百香果酶解工藝參數(shù)是可行的，有一定的實(shí)用價(jià)值，可為百香果果汁、果酒及果醋等進(jìn)一步研究提供理論依據(jù)。

百香果,酶解工藝,出汁率,響應(yīng)面法

百香果(passifloraceae),學(xué)名西番蓮,又稱巴西果、雞蛋果,是西番蓮科多年生木質(zhì)藤本植物果實(shí)的通稱,因其香氣濃郁,可散發(fā)出菠蘿、香蕉等多種水果香味,故得名百香果[1-2]。它是世界上已知最香的水果之一,被國(guó)內(nèi)外譽(yù)為“果汁之王”[3-4]。研究表明,百香果富含天然活性成分類黃酮是減除煩躁和緩減壓力的基本元素,能生津止渴,提神醒腦,食用后能增進(jìn)食欲,促進(jìn)消化腺分泌,有助消化。果實(shí)中含有多種維生素,能降低血脂,防治動(dòng)脈硬化,降低血壓,其果汁需求量在國(guó)際市場(chǎng)上呈供不應(yīng)求的趨勢(shì)[5-7]。

百香果細(xì)胞壁是由果膠、纖維素、半纖維素等物質(zhì)組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),其阻止細(xì)胞內(nèi)容物流出,使百香果打漿后的果漿粘稠,果渣含量高,出汁率低,生產(chǎn)效率低[8-9]。目前百香果酶解工藝研究中多以單一的果膠酶酶解工藝優(yōu)化為主,然而,僅使用果膠酶無(wú)法徹底水解細(xì)胞壁的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),為進(jìn)一步提高出汁率,徹底水解果膠、纖維素等物質(zhì),采用混合酶是關(guān)鍵[10-11],楊峰、張佳艷等發(fā)現(xiàn)采用酶解技術(shù)可以降低百香果鮮榨果汁不溶性固形物含量,提高西番蓮果渣的出汁率[12-13];黃國(guó)清等[14]采用正交實(shí)驗(yàn)得到果膠酶提高西番蓮出汁率的酶解工藝:果膠酶0.25%,溫度45 ℃,時(shí)間2.5 h;MugwizaTelesphore[15]利用果膠酶與淀粉酶提高西番蓮出汁率。目前,常規(guī)方法制備的百香果果汁普遍存在出汁率低、渾濁的缺點(diǎn),即使采用酶解工藝,也是果皮與果汁分離后再混合進(jìn)行酶解,不僅工藝繁瑣,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,酶解效果不能達(dá)到最佳,且飲用時(shí)口感黏滯,不夠清爽,直接影響了果汁的品質(zhì)和外觀。因此,本研究以百香果全果為原料,采用雙酶解技術(shù)及響應(yīng)面法優(yōu)化百香果果汁的酶解工藝,旨在為我國(guó)及省市百香果資源的綜合利用提供參考。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

新鮮百香果 賀州本地市售紫果種;白砂糖 市售;氫氧化鈉、檸檬酸等 均為食品級(jí);果膠酶、纖維素酶 諾維信生物技術(shù)有限公司(果膠酶10000 u/g,纖維素酶100 FBG/g)。

HU-600WN多功能榨汁機(jī) 韓國(guó)Hurom;ZQZY-VC恒溫振蕩培養(yǎng)箱 上海知楚分析儀器制造有限公司;BSA124S電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;HH-8數(shù)顯恒溫水浴鍋 江蘇金壇市環(huán)宇科學(xué)儀器廠。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

挑選清洗:選擇顏色均勻、大小差異不大的新鮮百香果。流動(dòng)水沖洗,將表面泥沙、蟲(chóng)卵、微生物、農(nóng)藥殘留等雜質(zhì)洗凈;將清洗好的鮮果稱量,切塊,置于打漿機(jī)中,按照預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,綜合考慮可溶性固形物、果汁含量、口感等因素,確定料液比為1∶3加水混合打漿1 min左右,得百香果漿;酶解:取100 g漿汁置于250 mL三角瓶中,酶制劑加入后要攪拌均勻,并用保鮮膜封口,分別進(jìn)行單因素及響應(yīng)面實(shí)驗(yàn);過(guò)濾:使用抽濾裝置進(jìn)行過(guò)濾,得到百香果汁及濾渣,稱量計(jì)算出汁率,每次實(shí)驗(yàn)平行測(cè)定3次。

1.2.2 酶解技術(shù)對(duì)百香果出汁率的影響

1.2.2.1 單一果膠酶添加量對(duì)百香果出汁率的影響 設(shè)定果膠酶添加量分別為0、0.02‰、0.03‰、0.04‰、0.05‰、0.06‰,料液比1∶3,酶解時(shí)間60 min,酶解溫度40 ℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn),測(cè)定百香果出汁率,以確定最適果膠酶添加量。

1.2.2.2 單一纖維素酶添加量對(duì)百香果出汁率的影響 設(shè)定纖維素酶添加量分別為0、0.05‰、0.06‰、0.07‰、0.08‰、0.09‰,料液比1∶3,酶解時(shí)間60 min,酶解溫度40 ℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn),測(cè)定百香果出汁率,以確定最優(yōu)纖維素酶添加量。

1.2.2.3 酶解時(shí)間對(duì)百香果出汁率的影響 設(shè)定酶解時(shí)間分別為15、30、45、60、75 min,果膠酶添加量為0.05‰(或纖維素酶0.08‰),料液比1∶3,酶解溫度40 ℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn),測(cè)定百香果出汁率,考察酶解時(shí)間對(duì)百香果出汁率的影響。

1.2.2.4 酶解溫度對(duì)百香果出汁率的影響 設(shè)定酶解溫度分別為30、35、40、45、50、55 ℃,料液比1∶3,酶解時(shí)間60 min,果膠酶添加量為0.05‰(或纖維素酶0.08‰),測(cè)定百香果出汁率,考察溫度對(duì)百香果出汁率的影響。

1.2.2.5 pH對(duì)百香果出汁率的影響 設(shè)定pH分別為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0,酶解時(shí)間60 min,料液比1∶3,果膠酶添加量為0.05‰(或纖維素酶0.08‰),測(cè)定百香果出汁率,考察pH對(duì)百香果出汁率的影響。

1.2.2.6 酶解工藝的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化 綜合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,以果膠酶添加量、纖維素酶添加量、酶解溫度3 個(gè)因素為自變量,以出汁率為響應(yīng)值設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),根據(jù)Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理,在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用3因素3水平的響應(yīng)面分析方法,實(shí)驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

二是由評(píng)價(jià)實(shí)踐主體具備的“技巧、技能”等處在的狀態(tài)、水平發(fā)展成為對(duì)實(shí)踐主體及事物所處狀態(tài)、層次的評(píng)價(jià)。如《天問(wèn)》：“穆王巧挴，夫何為周流。”洪興祖補(bǔ)注：“巧挴，言巧于貪求也?！盵15]由此，“巧”有了“擅長(zhǎng)、善于”義。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels table of response surface analysis

1.2.3 出汁率的計(jì)算 將酶解后的百香果漿至于最后獲得濾汁。每次實(shí)驗(yàn)取汁操作相同,按式(1)計(jì)算出汁率:

出汁率(%)=m1/m2×100

式(1)

式中:m1為百香果汁質(zhì)量,g;m2為百香果原料質(zhì)量,g。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)均為3 次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的平均值,并表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,單因素實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用Origin 9.0軟件繪制趨勢(shì)曲線圖;響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)采用Design-Expert 8.0.6 軟件進(jìn)行方差分析,以顯著性為研究指標(biāo)(p<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1單因素酶解工藝確定

2.1.1 果膠酶添加量對(duì)百香果出汁率的影響 不同果膠酶添加量對(duì)百香果出汁率的影響見(jiàn)圖1,添加果膠酶可以提高百香果出汁率,并且隨著酶添加量的增加(0.04‰～0.06‰),出汁率增大速度變得緩慢,綜合考慮,后期優(yōu)化實(shí)驗(yàn)選擇果膠酶添加量0.04‰～0.06‰作為響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)水平。

圖1 果膠酶添加量對(duì)出汁率的影響Fig.1 Effect of pectinase in different dosage on the yield of passifloraceae juice

2.1.2 纖維素酶添加量對(duì)百香果出汁率的影響 纖維素酶添加量對(duì)百香果出汁率的影響見(jiàn)圖2,添加纖維素可以提高百香果出汁率,并且隨著酶添加量的增加(0.07‰～0.09‰),出汁率增加不大,綜合考慮,后期優(yōu)化實(shí)驗(yàn)選擇纖維素酶添加量為0.07‰～0.09‰。

圖2 纖維素酶添加量對(duì)出汁率的影響Fig.2 Effect of cellulase in different dosage on the yield of passifloraceae juice

2.1.3 酶解時(shí)間對(duì)百香果出汁率的影響 由圖3可知,百香果出汁率隨酶解時(shí)間延長(zhǎng)而提高,當(dāng)酶解0～45 min區(qū)間內(nèi)出汁率增加迅速,差異較顯著,45 min后增加速率相對(duì)放緩,酶解至60 min以后出汁率基本不再變化。

圖3 酶解時(shí)間對(duì)出汁率的影響Fig.3 Effect of enzymatic hydrolysis time on the yield of passifloraceae juice

2.1.4 酶解溫度對(duì)百香果出汁率的影響 由圖4可知,35～45 ℃溫度區(qū)間內(nèi),百香果出汁率均較30 ℃有所提高,出汁率隨著溫度升高呈先增加后減小的趨勢(shì),酶解溫度在35～45 ℃時(shí),出汁率相對(duì)較高,因此,最佳酶解溫度應(yīng)在40 ℃附近。

圖4 酶解溫度對(duì)出汁率的影響Fig.4 Effect of enzymatic hydrolysis temperature on the yield of passifloraceae juice

2.1.5 pH對(duì)百香果出汁率的影響 實(shí)驗(yàn)表明,pH分別為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5,酶解時(shí)間60 min、果膠酶添加量0.05‰(或纖維素酶0.08‰),百香果出汁率變化均不大(見(jiàn)圖5),分析原因可能是所用商品酶果膠酶和纖維素酶的pH均在pH3.0～7.0范圍內(nèi),故pH不作為后續(xù)優(yōu)化因素。

圖5 pH對(duì)出汁率的影響Fig.5 Effect of enzymatic hydrolysis pH on the yield of passifloraceae juice

2.2百香果酶解工藝響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化

2.2.1 響應(yīng)面優(yōu)化模型建立分析 應(yīng)用Box-Behnken對(duì)百香果酶解工藝進(jìn)行響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn),用Design-Expert V8.0.6軟件對(duì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表2)進(jìn)行回歸分析,以酶解后百香果出汁率(%)為Y值(響應(yīng)值),獲得出汁率對(duì)果膠酶添加量、纖維素酶添加量和酶解溫度3個(gè)因素的二次多項(xiàng)回歸模型:

出汁率(%)=92.38+0.80A+0.27B+0.086C+0.25AB+0.10AC-0.44BC+0.44A2+0.054B2-0.014C2。

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Experimental design and corresponding results for response surface analysis

表3 響應(yīng)面二次回歸方程模型方差分析結(jié)果Table 3 ANOVA results of quadratic regression model for response surface

圖6 果膠酶添加量與纖維素酶添加量 交互影響出汁率的響應(yīng)面圖Fig.6 Response surface and contour of effects of pectinase and cellulase in different dosage amount on the yield of passifloraceae juice

圖7 果膠酶添加量與酶解溫度交互影響出汁率的響應(yīng)面圖Fig.7 Response surface and contour of effects pectinase in different dosage and temperature amount on the yield of passifloraceae juice

圖8 纖維素酶添加量與酶解溫度交互影響出汁率的響應(yīng)面圖Fig.8 Response surface and contour of effects cellulase in different dosage and temperature amount on the yield of passifloraceae juice

注：*表示差異顯著(p<0.05),**表示差異極顯著(p<0.01)。

2.2.2 響應(yīng)面結(jié)果分析與優(yōu)化 根據(jù)回歸方程做響應(yīng)面圖及其等高線圖,考察所擬合的響應(yīng)面的形狀,分析果膠酶添加量、纖維素酶添加量及酶解溫度對(duì)出汁率的影響,相應(yīng)的響應(yīng)面見(jiàn)圖6～圖8。由圖可知,該結(jié)果與之前的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,并且單因素值增加,響應(yīng)值隨之增加,但是當(dāng)響應(yīng)值達(dá)到某一程度后,會(huì)出現(xiàn)下降趨勢(shì)。綜合表3與圖6～圖8,并進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸模型線性擬合后可知,百香果酶解工藝的最佳條件是:果膠酶添加量0.06‰,纖維素酶添加量0.09‰,酶解溫度38.75 ℃,在此工藝條件下,百香果出汁率的理論值為94.237%。為驗(yàn)證響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)法獲得結(jié)果的可信度,根據(jù)工藝(果膠酶添加量0.06‰,纖維素酶添加量0.09‰,酶解溫度38.8 ℃)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),重復(fù)3次,平均出汁率為94.21%,所得實(shí)驗(yàn)值與理論值相對(duì)誤差小,說(shuō)明經(jīng)響應(yīng)面分析方法優(yōu)化獲得的工藝參數(shù)是可信的,具有較好的實(shí)用價(jià)值。

3 結(jié)論與討論

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Optimizationofenzymolysistechnologyofpassifloraceaebyresponsesurfacemethodology

KANGChao1,2,YANGYu-xia2,LIULi-li2,XIEYou-qiang2,WUShu-Jie1,2,DUANZhen-hua1,2

(1.Research Institute of Food Science & Engineering Technology,Hezhou University,Hezhou 542899,China; 2.College of Food and Biological Engineering,Hezhou University,Hezhou 542899,China)

Passifloraceae was utilized as raw material to brew fruit juice via enzymatic hydrolysis of passifloraceae with pectinase and cellulose by response surface methodology(RSM). The one-factor-at-a-time method was adopted to investigate the effect of the ratio of material,cellulase to pectinase ratio,pH,hydrolysis temperature and time on juice yield. The interactions of the three independent variables were analyzed using Box-Behnken design and response surface analysis. The optimal hydrolysis conditions for producing passifloraceae juice were found to be enzymatic hydrolysis with a mixture of pectinase(0.06‰)and cellulose(0.09‰)for 60 min at 38.8 ℃. Under these conditions,juice yield of 94.21% was agreeing with the predicted value(94.237%).Response surface methodology to optimize enzymatic hydrolysis of passifloraceae with pectinase and cellulase for increasing juice yield was viable,which would provide the theoretical basis for the further research of passifloraceae juice,wine and vinegar.

passifloraceae;enzymolysis technology;juice yield;response surface methodology

2017-05-08

康超(1985-)，女，博士，講師，研究方向：酶工程與發(fā)酵工程，E-mail:kangchao8529@163.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金(21365011)；廣西特色果蔬深加工與保鮮技術(shù)研究(YS201601) ；賀州學(xué)院博士啟動(dòng)基金(HZUBS201515)；廣西特聘專家專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)(廳發(fā)[2016]21號(hào))；廣西大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目(201711838021)。

TS255

B

1002-0306(2017)21-0157-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.21.032