張興龍，王維琴，余丹丹，余 芳，邱紫云，陸 浩，邵興鋒，*

（1.寧波大學(xué)食品科學(xué)與工程系，浙江寧波315211；2.上海海通環(huán)宇投資發(fā)展有限公司，上海200336）

枇杷（Eriobotrya japonica Lindl.）是我國(guó)亞熱帶珍稀特產(chǎn)水果，其中按果肉顏色分為紅沙枇杷和白沙枇杷?！皩幒０住辫凌耸菍儆诎咨宠凌?，其品質(zhì)優(yōu)良，果實(shí)含糖量高、酸甜適口、風(fēng)味濃郁，市場(chǎng)價(jià)值較高[1]。隨著種植面積的增加，其產(chǎn)量迅速上升，而其貯運(yùn)難的問(wèn)題也一時(shí)難以解決，因此進(jìn)行深加工具有重要意義。目前，用果膠酶提高出汁率已在蘋(píng)果、葡萄果汁或果酒的加工中得到應(yīng)用[2-3]。我國(guó)對(duì)紅沙枇杷果汁出汁率的研究已有相關(guān)報(bào)道[4]，對(duì)白沙枇杷果汁出汁率的研究還未見(jiàn)報(bào)道。但由于白沙枇杷和紅沙枇杷品種不同，本身營(yíng)養(yǎng)成分、含糖量和果膠含量等都有很大區(qū)別。因此本研究以“寧海白”為原料，采用果膠酶對(duì)果漿進(jìn)行處理，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)確定果膠酶添加量、酶解溫度和酶解時(shí)間三個(gè)因素的取值，并利用響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)對(duì)枇杷果漿的酶解條件進(jìn)行優(yōu)化，以為“寧海白”枇杷果汁飲料的生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

枇杷 在商業(yè)成熟時(shí)，采摘自浙江省寧?？h一市鎮(zhèn)，挑選無(wú)損傷、無(wú)害蟲(chóng)的枇杷作為實(shí)驗(yàn)樣品；果膠酶（10000U/mg） 諾維信公司。

HR2003型勻漿機(jī) 飛利浦家庭電器有限公司；JY6002型電子天平 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋 國(guó)華電器有限公司；TDZ4-WS型臺(tái)式低速離心機(jī) 湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開(kāi)發(fā)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 寧海白枇杷果漿的制備 寧海白枇杷，剝皮去核，用勻漿機(jī)打漿10s得到枇杷果漿，備用。

1.2.2 出汁率 參照曹輝等方法[5]，計(jì)算如下：

1.2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.3.1 單因素實(shí)驗(yàn) 加酶量：以不加酶為對(duì)照，共分6組，分別在36g果漿中加入0.36、0.72、1.08、1.44、1.80g/L的果膠酶4mL并充分混勻，使酶添加量為0.04、0.08、0.12、0.16、0.20g/kg，在35℃下酶解2h，酶解后，在100℃下滅酶5min；酶解時(shí)間：以不加酶為對(duì)照，共分6組，各在36g果漿中加入0.72g/L的果膠酶，即酶添加量為0.08g/kg，分別在35℃下酶解0、1、2、3、4h，酶解后，在100℃下滅酶5min；酶解溫度：以不加酶為對(duì)照，共分6組，各在36g果漿中加入0.72g/L的果膠酶，即酶添加量為0.08g/kg，分別在20、30、40、50、60℃下酶解2h，酶解后，在100℃下滅酶5min。

1.2.3.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以酶添加量、酶解時(shí)間、酶解溫度3個(gè)因素與出汁率進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì)，各因素水平見(jiàn)表1。采用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，優(yōu)化枇杷果漿的酶解工藝。在分析得到的最佳工藝條件下，做3組平行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證響應(yīng)面分析的可靠性。

表1 枇杷果漿酶解工藝Box-Behnken設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)因素水平及編碼Table 1 Variables and their coded values used in the Box-Behnken design for optimizing the hydrolysis conditions of loquat pulp

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 酶解時(shí)間對(duì)出汁率的影響 由圖1可以看出，在2h之內(nèi)，枇杷果漿的出汁率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而迅速增加，而2h之后，出汁率的增加明顯趨于平緩。主要是因?yàn)樵?h內(nèi)果漿中的果膠物質(zhì)含量很高，在果膠酶的作用下，果膠大量分解使出汁率迅速提高。2h之后果膠物質(zhì)基本分解完全，因此出汁率的增加趨于平緩。所以優(yōu)化實(shí)驗(yàn)選擇最佳值2h。

圖1 酶解時(shí)間對(duì)出汁率的影響Fig.1 Effect of hydrolysis time on juice yield

2.1.2 酶解溫度對(duì)出汁率的影響 由圖2可以看出枇杷果漿出汁率在40℃以內(nèi)，隨溫度的上升而增加；而在40℃之后，果漿出汁率迅速下降。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是果膠酶是蛋白物質(zhì)，而溫度的變化會(huì)影響蛋白的活性[7-8]，在40℃以內(nèi)，果膠酶的活性隨著溫度的上升而增大，出汁率也因此而增大；當(dāng)溫度大于40℃時(shí)，果膠酶的活性隨著溫度的上升而迅速下降，出汁率也因此而迅速降低。由圖2可知當(dāng)酶解溫度為40℃時(shí)，枇杷果漿的出汁率最大。所以優(yōu)化實(shí)驗(yàn)選擇最佳值40℃。

圖2 酶解溫度對(duì)出汁率的影響Fig.2 Effect of hydrolysis temperature on juice yield

2.1.3 酶添加量對(duì)出汁率的影響 由圖3可知，對(duì)照組的出汁率為61.71%，而實(shí)驗(yàn)組出汁率都大于75%，這是因?yàn)楣z酶可以有效的裂解果漿中的果膠物質(zhì)，降低果膠物質(zhì)的含量，提高出汁率[9-11]。由圖3可以看出，酶添加量在0.04～0.12g/kg時(shí)，出汁率小幅度增加，當(dāng)酶添加量在0.12～0.20g/kg時(shí)，隨著酶量的增加出汁率小幅度下降。酶添加量對(duì)出汁率的影響不顯著，這與邵勤等[12]研究結(jié)果酶添加量不是影響出汁率的主要因素相同。所以優(yōu)化實(shí)驗(yàn)選擇0.12g/kg。

圖3 酶添加量對(duì)出汁率的影響Fig.3 Effect of enzyme concentration on juice yield

2.1.4 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

2.1.4.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Benhnken的中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，并用Design-Expert 8.0.6對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

2.1.4.2 模型方差分析及顯著性檢驗(yàn) 對(duì)表2中以出汁率為響應(yīng)值，通過(guò)Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)響應(yīng)值與各因素的編碼值進(jìn)行回歸擬合后，得到如下回歸方程：Y=76.23-0.026A+0.78B+0.71C+0.28AB-0.16AC-0.37BC-0.27A2-0.36B2-0.54C2。

表2 Box-Behnken設(shè)計(jì)方案及枇杷果漿出汁率的測(cè)定結(jié)果Table 2 Box-Behnken design and response values of juice yield

從表3的結(jié)果可以看出，所得的Y回歸模型高度顯著（p=0.0062），且失擬檢驗(yàn)不顯著（p=0.0577），說(shuō)明此回歸模型很理想，用方程Y擬合3個(gè)因素與出汁率之間的關(guān)系是可行的。模型的R2=0.9105，說(shuō)明該模型擬合度較好。RSN=9.983大于4，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)精度較高。綜合以上分析得知，該模型與實(shí)際情況擬合較好，可用于預(yù)測(cè)出汁率的變化情況。

表3 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表Table 3 Significance test of regression equation module

從3因素（A、B、C）對(duì)出汁率的影響來(lái)看，一次項(xiàng)B（酶解時(shí)間）和C（酶解溫度）對(duì)出汁率有顯著的影響，一次項(xiàng)A（酶添加量）對(duì)出汁率沒(méi)有顯著影響；交互項(xiàng)中的AB、AC和BC對(duì)結(jié)果也沒(méi)顯著影響，影響的順序依次是BC＞AB＞AC；二次項(xiàng)C2對(duì)結(jié)果有顯著的影響，A2和B2無(wú)顯著影響。

2.1.5 交互作用對(duì)響應(yīng)值影響分析 由圖4可知，酶解溫度和酶解時(shí)間不存在交互作用，酶解溫度為40℃，在酶添加量不變時(shí)，隨著時(shí)間的增加，出汁率增高，但是當(dāng)酶解時(shí)間超過(guò)2h之后，果漿出汁率的增長(zhǎng)幅度逐漸下降。但是在酶解時(shí)間不變的情況下，隨著酶添加量的增加，出汁率增長(zhǎng)緩慢，當(dāng)酶添加量達(dá)到0.10g/kg時(shí)，隨著酶添加量的增加出汁率緩慢下降。得出酶解時(shí)間在交互作用中占主導(dǎo)地位。

圖4 酶添加量和酶解時(shí)間對(duì)出汁率影響的響應(yīng)面圖Fig.4 Response surface for yield as a function of pectinase concentration and time

由圖5可知，酶解時(shí)間為2h時(shí)，在酶添加量不變時(shí)，隨著酶解溫度的增加，出汁率增高，但是當(dāng)酶解溫度超過(guò)40℃之后，果漿出汁率的增長(zhǎng)幅度逐漸下降。但是在酶解溫度不變的情況下，酶添加量對(duì)出汁率的影響不顯著。得出酶解溫度在交互作用中占主導(dǎo)地位。

圖5 酶添加量和酶解溫度對(duì)出汁率影響的響應(yīng)面圖Fig.5 Response surface for yield as a function of pectinase concentration and temperature

圖6 酶解時(shí)間和酶解溫度對(duì)出汁率影響的響應(yīng)面圖Fig.6 Response surface for yield as a function of time and temperature

由圖6可知，酶添加量、酶解時(shí)間的交互作用對(duì)出汁率的影響非常顯著。酶添加量為0.12g/kg時(shí)，在酶解時(shí)間不變時(shí)，隨著酶解溫度的增加，出汁率增高；但是當(dāng)酶解溫度超過(guò)40℃之后，果漿出汁率的增長(zhǎng)幅度逐漸下降。在酶解溫度不變的情況下，出汁率隨著酶解時(shí)間的增加而增加。

2.1.6 最佳工藝參數(shù)及驗(yàn)證 通過(guò)計(jì)算分析，得到的最終優(yōu)化出的實(shí)驗(yàn)條件為酶添加量0.11g/kg、酶解時(shí)間3.2h、酶解溫度為41.68℃，考慮實(shí)際生產(chǎn)條件，工藝調(diào)整為酶添加量0.11g/kg、酶解時(shí)間3.2h、酶解溫度為41.7℃，調(diào)整后模型預(yù)測(cè)出汁率為80.15%。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到出汁率平均值為78.94%，與預(yù)測(cè)值接近。

3 結(jié)論

本研究選擇了酶添加量、酶解時(shí)間、酶解溫度為酶解的主要影響因素，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)，以出汁率為指標(biāo)，確定了最適的酶添加量、酶解時(shí)間和酶解溫度。采用響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)對(duì)果膠酶的酶解工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，獲得的最佳工藝參數(shù)為酶添加量0.11g/kg、酶解時(shí)間3.2h、酶解溫度為41.7℃。經(jīng)回歸分析和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得出優(yōu)化后的出汁率與預(yù)測(cè)值接近。

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