果胶酶对草莓汁澄清效果的研究

果胶酶对草莓汁澄清效果的研究摘要：澄清是果汁加工中的关键技术环节之一，利用果胶酶澄清果汁，有快速、简便、效果好等特点，在生产中有重要的 应用价值。草莓中因含有果胶物质，制得的果汁易产生浑浊、沉淀等现象，严重影响产品的质量。用果胶酶对草莓果汁进行了单因素澄清试验及最适澄清工艺条件的研究， 结果表明：果胶酶用量为0.150.20g/L ，温度 3540，pH值3.54.5，澄清时间6090min的条件下澄清草莓果汁透光率较高，澄清效果显著，果汁中的可溶性固形物含量基本不变。在 单因素试验的基础 上通过正交试验，果胶 酶对草莓果汁澄清的最佳工艺条件是：果胶酶用量为0.20g/L，温度为45， pH值为4.0，澄清 时间为70min。关键词：果胶酶；草莓果汁；澄清；工艺参数Clarification Effects of Pectinase on Strawberry JuiceAbstract: Clarification is one of the key technologies in juice processing. The technology which clarifies juice by using pectinase has some advantages: it is fast, simple, effective and has an important application in production. However, because of the pectins in strawberries, the juice is cloudy and has some precipitates. For this reason, the single-factor test and the technology of the Clarification of strawberry fruit juice by using pectinase was studied. The result showed that the pectinase usage was0.15 0.20g/L, the temperature was3540, the other condition had a pH value of 3.54.5 and the time of pectinase was 6090min. The transmittance of clarified strawberry fruit juice was higher and the soluble solid content changed little. Through orthogonal test, the optimum conditions of clarification of pectinase on strawberry fruit juice are as follow: pectinase usage of 0.20g/L, temperature of 45, pH value of 4.0 and the time of pectinase of 70min.Key words: pectinase; strawberry juice; clarification; technological parameters目 录1.前言 .11.1 草莓的介绍 .11.2 果胶 .11.3 果胶酶的组成及作用机理 .11.4 果胶酶研究应用现状 .21.4.1 果胶酶能提高果蔬汁的出汁率 .21.4.2 果胶酶在果蔬汁澄清中的作用 .21.4.3 果胶酶在果蔬汁超滤工艺中的作用 .31.4.4 果胶酶对果蔬汁营养成分的影响 .31.4.5 果胶酶在果实脱皮中的应用 .31.5 实验目的及意义 .32.材料与方法 .42.1 实验材料 .42.2 实验设备与仪器 .42.2.1 实验设备 .42.2.2 实验仪器 .42.3 果汁提取工艺流程 .42.4 测定指标及方法 .52.4.1 果汁澄清度的测定 .52.4.2 果汁可溶性固形物含量的测定 .52.4.3 果胶物质定性检测 .52.4.4 Vc 含量测定 .52.4.5 果汁 pH 的测定 .52.4.6 果胶酶处理澄清草莓汁的方法 .53.结果与分析 .63.1 草莓汁最适波长的确定 .63.2 果胶酶用量对草莓汁澄清效果的影响 .63.3 果汁 PH 对草莓汁澄清效果的影响 .83.4 果汁温度对草莓汁澄清效果的影响 .93.5 澄清时间对草莓汁澄清效果的影响 .103.6 草莓汁酶解前后营养成分比较 .113.7 果胶酶对草莓汁澄清效果影响的多因素正交试验 .113.7.1 正交试验因素水平设计 .113.7.2 正交试验结果及分析 .114.讨论 .135.结论 .13参考文献 .14致谢 .151.前言1.1 草莓的介绍草莓（Fragaria ananassa Duch.）又叫红莓、洋莓、地莓等，属蔷薇科（Rosaceae） ，是一种多年生草本果树，原产于南美，我国及世界许多国家均广为栽培，资源十分丰富。草莓外观呈心形，其果实为浆果，汁液丰富，甜酸适口，色泽鲜艳，营养丰富，风味宜人，香味浓郁，有一般水果所没有的怡人芳香，是水果中的佳品 1。草莓营养价值很高，含有丰富的糖、有机酸、游离氨基酸、多种维生素及微量元素等，尤其是铁、钾的优质原料 2,3；其中 Vc 含量最高，比 苹 果 、 葡 萄高 10 倍 以 上 。 科 学 研 究 业 已 证 实 ， 维 生 素 C 能 消 除 细 胞 间 的 松 弛 与 紧 张 状态 ， 使 脑 细 胞 结 构 坚 固 ， 皮 肤 细 腻 有 弹 性 ， 对 脑 和 智 力 发 育 有 重 要 影 响 。草莓果实不仅可以巩固齿龈，清新口气，润泽喉部，还可以分解事物脂肪，具有清胃消积、促进食欲等功效。草莓果实中含有多种功能因子，在抗菌、抗肿瘤、抗 HIV 病毒等方面具有一定的生物活性，对致癌物质苯并芘、苯并芘-7,8-二氢二醇、N 亚硝基苄甲胺、黄曲霉毒素等有较好的抑制作用 4。从 草 莓 植 株 中 提 取 出 的 “草 莓 胺 “， 对 于治 疗 白 血 病 、 障 碍 性 贫 血 等 血 液 病 有 较 好 的 疗 效 。 草 莓 不 仅 仅 有 丰 富 的 营 养价 值 ， 还 有 较 高 的 药 用 和 医 疗 价 值 ，因此一直以来深受广大消费者的青睐。1.2 果胶果胶是由半乳糖醛酸、乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖醛酸等组成的高分子聚合物，在植物中作为一种细胞间隙填充物质而存在，广泛地分布于植物的果实、叶、茎、种子和根中，其基本结构是半乳糖醛酸以 -l,4-糖苷键聚合形成的聚半乳糖醛酸。1.3 果胶酶的组成及作用机理果胶酶果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，包括半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等，其颜色为灰白色或微黄色粉末，也可以棕黄色液体存在。果胶酶分布很广，可来源于动物、植物和微生物。果胶酶在工业生产领域中是一种重要的新兴酶类，在果蔬加工、饲料、纺织和造纸工业中应用非常广泛 5。果胶不仅仅会影响果汁的出汁率，还会使果汁浑浊。果胶酶可以分为 3 类:原果胶酶、解聚酶和果胶酯酶(PE)。解聚酶又可细分为果胶水解酶(PMG、PMGL) 和果胶裂解酶 (PG、PGL)。原果胶酶将不溶性的原果胶水解为水溶性果胶，根据其作用方式不同又可分为外切酶和内切酶。聚半乳糖醛酸酶(PG)是发现较早、研究最为广泛的一种果胶酶，它水解 D-半乳糖酸的 -1,4-糖苷键，也分为外切酶和内切酶。内切酶作用于聚半乳糖醛酸时，随机水解其中的半乳糖醛酸单位，可使其溶液的粘度下降，但还原力增加不大。外切酶的研究和存在比较少，它水解聚半乳糖醛酸时逐个释放出半乳糖醛酸单位。聚半乳糖醛酸裂解酶(PGL)和聚甲基半乳糖醛酸裂解酶(PMGL) 分别通过反式消去作用切断果胶酸分子和果胶分子的 -1,4-糖苷键，生成 -4,5-不饱和半乳糖醛酸。这两种裂解酶都分为外切酶和内切酶两种，一些植物软腐病菌、食品腐败菌以及霉菌均能产生外切聚半乳糖醛酸酶。果胶酯酶(PE)水解果胶中的甲酯，生成果胶酸。一些霉菌、细菌和植物在产生 PG 的同时，也能产生 PE。为使果胶完全分解，需先用 PE 作用，再加入解聚酶作用。果胶酶在果汁制作中的作用有：分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层；提高水果的出汁率；使果胶水解为半乳糖醛酸，并使果汁变得澄清 6,7。1.4 果胶酶研究应用现状果蔬汁加工时首先将植物细胞壁破坏。大多数植物细胞壁主要由纤维素、半纤维素和果胶等组成，其中果胶随成熟度的增加，酯化程度也较高，而且是影响出汁率的主要因素之一。果胶在植物中作为一种细胞间隙填充物而存在。它是由半乳糖醛酸 -1,4 键联接而成的聚合物，其羧基大部分与甲醇发生甲酯化而形成果胶酸，果胶在酸性及高浓度糖存在下形成凝胶的性质用于生产果冻、果酱，但在果蔬汁加工中却导致压榨与澄清发生困难，而采用果胶酶则解决了这个问题。果胶酶作为果蔬汁生产中最重要的酶之一，已被广泛应用于果蔬汁的工业生产，以提高生产效率和产品的质量。1.4.1 果胶酶能提高果蔬汁的出汁率浆果类水果、胡萝卜等的细胞壁和细胞膜由果胶、纤维素、淀粉、蛋白质等物质构成，破碎后的果泥十分粘稠，压榨取汁非常困难。加入果胶酶能催化果胶解聚。细胞壁降解的第一阶段，由内切型的聚半乳糖醛酸酶和裂解酶有限降解中层的可溶性果胶，使组织崩溃，细胞分离，细胞壁基本保持完整的细胞悬浮在粘度较高的介质中。在果胶酯酶的作用下进一步降解可溶性果胶和胞壁果胶，有利于压榨取汁。用果胶分解酶处理果浆可以有效降低粘度，改善压榨性能，提高出汁率、可溶性固形物含量，同时有利于后续的澄清、过滤和浓缩工序。不同的果蔬出汁率可提高 10%35%不等，因不同种类的果胶含量不同而不同，也因压榨的方法不同而不同。大量实验证明，将果胶酶应用于果蔬汁加工中能显著提高出汁率，增加饮料产量。1.4.2 果胶酶在果蔬汁澄清中的作用果胶酶作用于果蔬汁时，除降低粘度外，还可产生絮凝作用，使果蔬汁澄清。澄清机理的实质包括果胶的酶促水解和非酶的静电絮凝两部分。新加工的果蔬汁一般是稳定的胶体系统，其主要稳定因素是果胶，果胶的粘性对胶体起保护作用，也能阻止果蔬汁蛋白与带相反电荷的多酚物质或悬浮颗粒发生反应而沉降。当果蔬汁中的果胶酶作用部分水解，使体系粘度下降，胶体失去了稳定性，使原来被包裹在内部的带正电荷的蛋白质颗粒暴露出来，与其它带负电荷的粒子相撞，就导致絮凝的发生。许多商品果胶酶制剂可用于苹果汁的澄清。研究结果表明，当加入内切一聚半乳糖醛酸酶和果胶酯酶混合制剂，使果胶中30%的酯键和 5%的糖苷键被水解时，苹果汁就能达到充分澄清。1.4.3 果胶酶在果蔬汁超滤工艺中的作用利用超滤技术生产清汁及浓缩清汁在果蔬汁加工业中越来越流行。超滤比传统的过滤速度快、效果好，但它的主要缺点是由于果蔬汁中大量糖的存在，在超滤过程中会使超滤系统产生次生覆膜，降低了超滤通量。加入分解多糖物质的商品果胶酶，可减少次生覆膜的产生，提高超滤通量，增加了产量。如果果胶的残留物和一些中性聚糖分解不彻底，则在超滤时极易堵塞超滤膜，使超滤速度下降，超滤膜难以清洗。用果胶酶对超滤膜清洗与化学方法相比，其优点是能彻底地进行生物分解，它们可以在最佳的 pH、温度下作用，缩短清洗时间，增加超滤膜的通透量和使用寿命，增加产量，节省能源。因此，超滤技术与酶技术配合对超滤作用的发挥至关重要。1.4.4 果胶酶对果蔬汁营养成分的影响利用果胶酶生产果蔬汁不仅提高了出汁率，而且保留了果蔬汁中的营养成分。首先果蔬汁的可溶性固形物含量明显提高，而这些可溶性固形物由可溶性蛋白质和多糖类物质等营养成分组成，果蔬汁中的胡萝卜素的保存率也明显提高。芳香物质含量也有明显提高，经果胶酶处理后的葡萄汁，各种酯类、萜类、醇类和挥发性酚类含量提高，葡萄汁的风味更佳。由于细胞壁的崩溃，类胡萝卜素、花色苷等大量色素溶出，大大提高了果蔬汁的外观品质。K、Na 、Ca、Zn 等矿物质元素含量也有较大提高。1.4.5 果胶酶在果实脱皮中的应用含有纤维素和半纤维素的粗果胶酶制剂能够作用于果实皮层，使之细胞分离、结构破坏而脱落。如柑桔囊衣、莲子肉皮和大蒜膜层经粗果胶酶处理后，可以很快地脱落。此外，果胶酶对杏仁也有一定的脱皮作用。1.5 实验目的及意义据中国园艺学会草莓分会统计，2003年底，全国草莓总面积约7.6万h，总产量约134万吨，总面积和总产量均跃居世界第1位。草莓种植业已成为我国各地发展农村经济促进农民增收的重要经济作物 8。近年来我国草莓种植业获得了迅猛发展，草莓虽然是一种酸甜多汁及营养价值高的水果，但极易腐烂，至今尚无有效的保鲜措施，因此加工草莓果汁是一种解决的途径 9,10。各地对草莓汁的提取、清汁饮料、浓缩汁饮料、果肉饮料及混合饮料的加工工艺都进行过研究，草莓中果胶物质含量为 0.6-0.7%，其关键技术是澄清工艺，若澄清不完全，产品就会出现混浊、沉淀等现象 11,12，严重影响了产品的感官以及口感。果胶酶处理澄清果汁，是利用果胶酶水解果汁中能够引起混浊的果胶物质13,14，使得果汁变成清澈透亮的清果汁，具有快速、简便、效果好等特点 15,16，在生产中有重要的应用价值 17。此法在苹果、猕猴桃、桑椹果汁等方面已成功地得到应用 1823。目前，不同活性比例的果胶酶制剂已是降解果蔬细胞壁，改善压榨性能、降低粘度、增加出汁率，和提高营养成分不可省略的部分。在许多国家，添加果胶酶已是制造澄清或者浓缩的草莓汁、葡萄汁、苹果汁及梨汁的标准加工作业。因此，本研究利用果胶酶对草莓果汁进行了澄清处理，旨在为果胶酶澄清草莓汁加工利用方面，提供理论依据，为推动我国草莓加工和生产业的发展起到积极作用。2.材料与方法2.1 实验材料草莓：明星类品种，成熟新鲜，无病虫害果。市购，产于太谷。果胶酶：复合果胶酶，冻干粉，河南蓝宇精细化有限公司生产，包含果胶酯酶、果胶水解酶和果胶裂解酶95%乙醇， 0.1mol/L盐酸，0.1mol/L氢氧化钠，2,6-二氯靛酚2.2 实验设备与仪器2.2.1 实验设备HH-4 数显恒温水浴锅（金坛市科技仪器有限公司） ，722E 型可见分光光度计（上海光谱仪器有限公司） ，BS210S 电子天平（北京赛多利斯天平有限公司） ，TD6M 台式低速离心机（盐城市凯特实验仪器有限公司） ，手持测糖仪（广州市明睿电子科技有限公司） ，简易电动榨汁机，F-30 台式 pH/mV/测试仪。2.2.2 实验仪器烧杯，容量瓶，试管，三角瓶，微滴定管，量筒，纱布，玻璃棒2.3 果汁提取工艺流程原料 清洗 沥干 榨汁 粗过滤（纱布过滤） 离心分离（4000r/min，10min）原汁2.4 测定指标及方法2.4.1 果汁澄清度的测定采用分光光度法测定 2527。以蒸馏水做参比，比色杯厚1，在适当波长下测果汁的吸光度，用A表示。按照公式：%T=10 2-A ，用透光率T(%) 表示澄清度。用722E分光光度计测定。2.4.2 果汁可溶性固形物含量的测定采用折光法测定 2527。取果汁滴于折光棱镜面上，合上盖板，使溶液均匀分布在棱镜面上。将仪器进光窗对向光源，调节视度圈，使视场内刻度清晰可见，于视场中读取明暗分界线之读数，即为可溶性固形物含量（百分含量） 。用手持测糖仪测定。2.4.3 果胶物质定性检测果胶物质定性检测又称醇实验。采用酒精法测定 2527。取95%的乙醇与草莓澄清汁按1:1比例混合，装入试管中，用手四指紧握试管，大拇指按紧试管口，翻转轻摇（使两者混合均匀即可，切忌用力震荡，否则会破坏果胶物质，影响实验结果），静置15min后观察。若没有凝胶状物质出现，表明果汁中的果胶物质已基本被分解，说明果汁中无果胶物质存在，用“-” 表示；若有凝胶状物质出现，表明果汁中的果胶物质还没有被分解彻底，说明果汁中有果胶物质存在，用“+”表示。果汁中凝胶状物质愈多，其“+”也愈多。2.4.4 Vc含量测定采用 2,6-二氯靛酚滴定法测定。（1）将草莓样品洗净沥干，称取 50g 样品，加 50mL 的 2草酸溶液，倒入组织捣碎机中捣成匀浆，置于小烧杯中，用 1草酸溶液将匀浆移入 100mL 容量瓶中，并稀释至刻度，摇匀。（2）将样液过滤，弃去最初毫升滤液。用白陶土(应选择脱色力强但对抗坏血酸无损失的白陶土)去色，然后迅速吸取 20mL 滤液，置于 50mL 三角烧瓶中，用标定的 2.6-二氯靛酚染料溶液滴定，直至溶液呈粉红色于 15 秒内不褪色为止。（3）吸取20mL1%草酸溶液于 50mL 三角瓶中，做空白对照滴定。2.4.5 果汁 pH 的测定用 pH 测量计测定。注意每次使用前要用蒸馏水清洗电极头，之后用滤纸擦干，防止影响测定结果。2.4.6 果胶酶处理澄清草莓汁的方法草莓原汁 加入果胶酶进行处理 过滤 澄清汁根据果胶酶的作用特性，先进行单因素试验，后进行多因素正交试验。在果的澄清中，用果胶酶法澄清果汁，具有快速、简便、易操作等特点。因此，本试验在初步研究并结合果胶酶对其它果汁澄清作用的基础上，确定澄清时间为60min，即单因素试验是在澄清时间为60min的前提下进行的 28。果胶酶澄清草莓果汁的单因素试验：分别研究果胶酶剂量（在温度40,pH4.0下）对草莓果汁澄清效果的影响、草莓汁的 pH值（在果胶酶用量0.0020g，温度40下）对草莓果汁澄清效果的影响、草莓果汁的温度（在果胶酶用量0.0020g，pH4.0下）对草莓果汁澄清效果的影响以及澄清时间（在果胶酶用量0.0020g，温度40，pH4.0下）对草莓果汁澄清效果的影响。果胶酶澄清草莓果汁的多因素正交试验：在单因素试验的基础上，用正交试验的方法，采用4因素3水平按L 9（3 4）布置实验，以确定果胶酶对草莓果汁澄清的最适工艺条件。3.结果与分析3.1 草莓汁最适波长的确定以蒸馏水做参比,测定草莓澄清汁在不同波长下的透光率。其结果见图 1。图 1 果汁最适波长与透光率的关系Fig.1 Relationship between mensuration wavelength and juice transmittance由图 1 可知，当测定波长达到 625nm 后，草莓澄清汁的透光率可达到 83%以上，并且趋于稳定，故确定草莓澄清汁的最适波长为 625nm。3.2 果胶酶用量对草莓汁澄清效果的影响用果胶酶澄清草莓汁时，其用量多少对澄清效果有很大影响。果胶酶用量少时，果胶物质分解不完全，澄清效果差，甚至