孟秀梅，李明華，張?zhí)m，李西騰，胡飛宇

1. 江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院（淮安 223005）；2. 江蘇食品加工工程技術(shù)研究開發(fā)中心（淮安 223005）

荸薺為莎草科植物，形狀扁圓形，表面光滑有光澤，顏色為紫紅色或者黑褐色，生長(zhǎng)在池沼中，因外形像馬蹄，所以也被稱為馬蹄[1]。荸薺外皮紫黑，而肉質(zhì)潔白，味美多汁，清脆可口，有“地下雪梨”之美譽(yù)，既可做水果生吃，又可做蔬菜食用，是受人喜愛的時(shí)令果蔬[2]。在中國(guó)主要分布于廣西、江蘇、安徽、浙江、廣東、湖南、湖北等低洼地區(qū)[3]。荸薺中營(yíng)養(yǎng)非常豐富，每100 g含碳水化合物14.2 g、脂肪0.2 g、蛋白質(zhì)1.2 g、膳食纖維1.1 g、磷和鉀分別為44和306 mg[4]，還含有豐富的胡蘿卜素、B族維生素、維生素C、鐵和鈣等營(yíng)養(yǎng)素。荸薺性寒，具有清熱解毒、涼血生津、利尿通便、化濕祛痰、消食除脹功效，還具有降壓作用、滋養(yǎng)胃陰、治食道癌、治咽喉腫、預(yù)防流感、通腸利便等保健與藥用價(jià)值[5]。荸薺種植面廣泛，產(chǎn)量豐富，價(jià)格低廉，以鮮食為主，加工產(chǎn)品不多[6]，荸薺飲料制品的發(fā)展受到原料制約，其主要原因是荸薺富含淀粉，淀粉經(jīng)加熱后大多以糊化狀態(tài)存在，糊化淀粉易老化產(chǎn)生混濁或分層沉淀，且不易過濾，制成飲料后穩(wěn)定性差。而采用淀粉酶酶解可以增加荸薺中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶出[7]，經(jīng)酶解后分子變小更有利于人體吸收，因此對(duì)荸薺的酶解條件進(jìn)行優(yōu)化，以獲得營(yíng)養(yǎng)更豐富、穩(wěn)定性更好的荸薺汁。

1 材料與方法

1.1 材料

荸薺（市售）；純凈水（飲料車間自制）；α-淀粉酶（酶活100 000 IU/g）；檸檬酸、蔗糖、異抗壞血酸鈉、抗壞血酸（均為食用級(jí)）。

1.2 設(shè)備與儀器

JYL-CI6T榨汁機(jī)（九陽股份有限公司）；HH-2恒溫水浴鍋（常州國(guó)華電器有限公司）；AL204電子分析天平（梅特勒-托利多（上海）有限公司）；WZ110手持折光儀（北京九合儀器儀表有限公司）；TGL-18C-C高速臺(tái)式離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠）；JZH50-80均質(zhì)機(jī)（昆山錦竹機(jī)械設(shè)備有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點(diǎn)

選用新鮮、成熟、無機(jī)械損傷的荸薺為原料，用清水反復(fù)清洗，去除表面殘留的泥土、塵埃以及附著物，不易清理處用毛刷輕輕刷洗。將荸薺置于沸水中熱燙3～5 s，取出置于純凈水中冷卻后稱質(zhì)量，按照荸薺與水質(zhì)量比1︰2加純凈水，榨汁機(jī)打漿進(jìn)行粗濾，得到荸薺漿液。荸薺漿液置于水浴鍋中，待溫度升至酶解溫度后，加入適量α-淀粉酶，酶解完畢后升至75 ℃保溫8 min，將其置于高速離心機(jī)中，以4 500 r/min離心15 min，上清液即為荸薺汁液，稱質(zhì)量后進(jìn)行可溶性固形物測(cè)定和出汁率計(jì)算。將荸薺汁液、蔗糖、抗壞血酸和異抗壞血酸鈉按照配方進(jìn)行調(diào)配，調(diào)配完畢后進(jìn)行均質(zhì)，壓力20～25 MPa，溫度50 ℃，均質(zhì)2次，將荸薺汁加熱至85 ℃保溫10～15 min，趁熱灌入已滅菌的耐高溫塑料瓶中，置于水浴鍋中95 ℃保溫20～30 min，取出后流水冷卻，即得荸薺飲品。

1.3.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.3.1 α-淀粉酶對(duì)荸薺酶解的影響

荸薺汁中的淀粉主要是直鏈淀粉，選用弱酸性的α-淀粉酶，在pH 6.5～6.8時(shí)酶活較好，采用檸檬酸進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)檸檬酸0.15%時(shí)，酶解效果較好。酶解效果隨著淀粉酶用量增加而增加[8]，而后達(dá)到平衡。綜合考慮成本與酶解效果，設(shè)計(jì)α-淀粉酶為0.05%，0.10%，0.15%，0.20%和0.25%，酶解溫度50℃，酶解時(shí)間2 h，優(yōu)化α-淀粉酶用量。

1.3.3.2 酶解溫度對(duì)荸薺酶解的影響

溫度對(duì)酶的活性影響很大，高溫可使酶鈍化，低溫可以抑制酶活性，適宜的酶解溫度可使淀粉在一定條件下獲得最佳酶解效果[8]。設(shè)計(jì)酶解溫度為40，45，50，55和60 ℃，α-淀粉酶0.15%，酶解時(shí)間2 h，優(yōu)化酶解溫度。

1.3.3.3 酶解時(shí)間對(duì)荸薺酶解的影響

時(shí)間對(duì)荸薺淀粉的酶解起到關(guān)鍵作用，酶解時(shí)間會(huì)直接影響荸薺汁中的可溶性固形物含量及荸薺汁的出汁率[8]?？扇苄怨绦挝锛俺鲋孰S酶解時(shí)間延長(zhǎng)逐漸遞增達(dá)峰值后趨于恒定。設(shè)計(jì)酶解時(shí)間1.0，1.5，2.0，2.5和3.0，酶解溫度50 ℃，α-淀粉酶添加量0.15%，優(yōu)化酶解時(shí)間。

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

依據(jù)單因素所獲得的α-淀粉酶添加量，酶解溫度和酶解時(shí)間對(duì)荸薺酶解液中可溶性固形物及出汁率較高的3個(gè)水平進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化。

1.3.5 測(cè)定方法

1.3.5.1 可溶性固形物（SSC）

采用GB/T 12143規(guī)定的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。

1.3.5.2 出汁率

荸薺酶解液經(jīng)離心分離后，稱量上清液質(zhì)量，即荸薺汁質(zhì)量。采用式（1）計(jì)算出汁率。

2 結(jié)果與分析

2.1 荸薺淀粉酶解的單因素試驗(yàn)

2.1.1 α-淀粉酶用量對(duì)荸薺酶解的影響

由圖1可知，隨著淀粉酶用量增加，可溶性固形物含量與出汁率均呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，α-淀粉酶添加量0.15%時(shí)，可溶性固形物與出汁率上升至接近峰值，這時(shí)荸薺淀粉充分酶解；α-淀粉酶添加量超過0.15%時(shí)，可溶性固形物與出汁率趨于平穩(wěn)，α-淀粉酶添加量0.15%時(shí)，充分酶解荸薺汁中淀粉，使可溶性固形物及出汁率增值趨于穩(wěn)定的拐點(diǎn)，因此選擇0.10%，0.15%和0.20%進(jìn)行優(yōu)化。

圖1 α-淀粉酶用量對(duì)荸薺酶解的影響

2.1.2 酶解溫度對(duì)荸薺酶解的影響

由圖2可知，酶解溫度在40～50 ℃，可溶性固形物與出汁率呈現(xiàn)逐漸升高趨勢(shì)，酶解溫度50 ℃時(shí)，可溶性固形物與出汁率均達(dá)到峰值，荸薺中淀粉充分酶解；但酶解溫度超過50 ℃時(shí)，可溶性固形物與出汁率又出現(xiàn)下降，可能是因?yàn)榈矸勖冈诔^50 ℃時(shí)淀粉酶活性逐漸降低，致使可溶性固形物含量降低。綜合考慮選擇酶解溫度45，50和55 ℃進(jìn)行優(yōu)化。

圖2 酶解溫度對(duì)荸薺酶解的影響

2.1.3 酶解時(shí)間對(duì)荸薺酶解的影響

由圖3可知，酶解時(shí)間1～2 h時(shí)，可溶性固形物與出汁率呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì)，酶解時(shí)間2 h后，可溶性固形物與出汁率增長(zhǎng)緩慢，荸薺中淀粉基本被酶解完畢，隨著時(shí)間延長(zhǎng)幾乎變化不大，因此酶解時(shí)間選擇1.5，2.0和2.5 h進(jìn)行優(yōu)化。

圖3 酶解時(shí)間對(duì)荸薺酶解的影響

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

2.2.1 數(shù)學(xué)模型的建立與顯著性分析

單因素試驗(yàn)結(jié)果表明，α-淀粉酶、酶解溫度和酶解時(shí)間對(duì)荸薺酶解液的出汁率和可溶性固形物均有明顯的影響，出汁率和可溶性固形物呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)，尤其以可溶性固形物的變化率相對(duì)較高，因此選擇可溶性固形物作為指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。將3個(gè)因素作為變量，以可溶性固形物（Y）為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)三因素三水平（表1）響應(yīng)面試驗(yàn)[10]，優(yōu)化荸薺的酶解條件。試驗(yàn)結(jié)果和方差分析分別見表2和表3。

應(yīng)用Design Expert 8.0軟件對(duì)表2中結(jié)果進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合，即得如二次多項(xiàng)回歸方程：可溶性固形物含量（%）=1.85+0.12A+0.081B-0.03C+0.025AB+0.038AC+0.087BC-0.20A2-0.15B2-0.038C2。

表1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素和水平表

表2 酶解條件的響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

表3 回歸分析結(jié)果

由響應(yīng)面軟件結(jié)果分析得到，復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=0.952 0，校正后R2=0.890 2。對(duì)回歸方程進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)，得到二次回歸模型方差分析表3，說明該模型與試驗(yàn)值擬合較好，說明該模型適合于荸薺淀粉酶解理論?；貧w分析結(jié)果表明，A、B、BC、A2、B2是顯著項(xiàng)，α-淀粉酶影響最大，其次是酶解溫度，酶解時(shí)間的影響最小。

2.2.2 響應(yīng)面分析

響應(yīng)面曲面越陡峭表示該試驗(yàn)因素對(duì)響應(yīng)值的影響越顯著，響應(yīng)面中等高線隨響應(yīng)面變化而變化，其曲線越接近中心對(duì)應(yīng)的響應(yīng)值越大[11]。由圖4可以看出，當(dāng)酶解時(shí)間固定時(shí)，隨著α-淀粉酶用量的增加與酶解溫度提升，可溶性固形物呈現(xiàn)先有上升后下降趨勢(shì)。從響應(yīng)面的陡峭程度可見，α-淀粉酶用量和酶解溫度有一定交互作用，但對(duì)酶解的影響不太顯著。

圖4 α-淀粉酶用量與酶解溫度對(duì)荸薺酶解效果影響的響應(yīng)面圖

由圖5可以看出，酶解溫度固定時(shí)，隨著酶解時(shí)間延長(zhǎng)，可溶性固形物變化趨勢(shì)平緩，而α-淀粉酶用量對(duì)可溶性固形物的影響呈現(xiàn)上升后略有下降趨勢(shì)，α-淀粉酶與酶解時(shí)間有一定交互作用，但影響不顯著。

圖5 α-淀粉酶用量與酶解時(shí)間對(duì)荸薺酶解效果影響的響應(yīng)面圖

由圖6可以看出，α-淀粉酶用量固定時(shí)，酶解溫度與酶解時(shí)間有交互作用隨著酶解時(shí)間延長(zhǎng)，可溶性固形物略有下降趨勢(shì)，而隨著酶解溫度升高，可溶性固形物呈現(xiàn)緩慢升高后略有下降趨勢(shì)，從響應(yīng)面的陡峭程度分析，酶解溫度與酶解時(shí)間有交互作用且對(duì)荸薺酶解的條件影響顯著。

圖6 酶解溫度與酶解時(shí)間對(duì)荸薺酶解效果影響的響應(yīng)面圖

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

響應(yīng)面優(yōu)化的預(yù)測(cè)值為：酶解溫度52.34 ℃，解時(shí)間2.29 h、α-淀粉酶添加量0.169%。此時(shí)獲得最好的酶解效果，可溶性固形物1.888%。為驗(yàn)證預(yù)測(cè)值與真實(shí)值之間的擬合程度及方程合適性、有效性，采用綜合評(píng)分最大響應(yīng)值對(duì)應(yīng)響應(yīng)因素值進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證[12]?？紤]到實(shí)際操作的方便及工藝實(shí)際情況，對(duì)響應(yīng)因素值進(jìn)行修正，淀粉酶添加量（A）為0.17%，酶解溫度（B）為52 ℃，酶解時(shí)間（C）為2.29 h，3組平行試驗(yàn)，可溶性固形物含量為1.88%，真實(shí)值與預(yù)測(cè)結(jié)果非常的相近，此時(shí)出汁率達(dá)到91.23%，與果膠酶酶解工藝相比[13]，出汁率更高，因此，響應(yīng)面試驗(yàn)建立的模型合適、有效，可用于荸薺淀粉酶解，具有一定實(shí)踐指導(dǎo)意義。

3 結(jié)論

采用新鮮的荸薺進(jìn)行酶解條件研究，通過響應(yīng)面試驗(yàn)獲得最佳酶解條件：檸檬酸0.15%、α-淀粉酶0.17%、酶解溫度52 ℃、酶解2.29 h。此時(shí)，可溶性固形物含量達(dá)到1.88%，出汁率達(dá)到91.23%。荸薺營(yíng)養(yǎng)豐富，經(jīng)淀粉酶酶解后，不僅可以提高荸薺利用率，同時(shí)有利于人體吸收，所制備的荸薺飲料長(zhǎng)時(shí)間放置無淀粉沉淀生成，荸薺酶解液還可與其他果蔬復(fù)合，制備復(fù)合飲料。