果胶酶对芦荟凝胶汁澄清效果的研究.pdf

果胶酶对芦荟凝胶汁澄清效果的研究 励建 荣 ， ( 浙江工商大学食品生物与环境工程学院 周李婷 浙江 省食 品安全重 点实验 室 ，杭卅f 3 1 O 0 3 5) 摘 要 ：芦荟凝胶 中因含有果胶物质 制得的原汁易产生浑浊、沉淀等现象，严重影响 产品的稳定化 ，澄清是芦荟凝胶稳定化关键技术之一。利 用果胶酶澄清芦荟凝胶汁有快速 、 简便、效果好等特点，在生产 中有重要的应用价值。该文用果胶酶对芦荟原汁进行了单因 素试验及最佳澄清工艺条件的研 究。结果表 明，果胶酶用量为 6 0 8 0 mg L，温度为 4 0 5 0 ， 反应 时间在 l h左右 ，透 光度 可达 到 9 7 以上 ，芦荟凝胶汁 中的多糖含量基本不 变 ；在单 因素试验 的基础上 ，通过正交试验 ，得到果胶酶用量为 6 0 mg L，反应温度为 5 0 ，反应时 间为4 5 mi n的果胶酶对芦荟凝胶 汁澄清的优化工艺条件 。 关键词 ：果胶 酶 ；芦荟凝胶 ；澄清 ；优化工 艺条件 l 刖百 ， 占荟 ( A l o e ) ，其英文名来源于阿拉伯义是苦味 的 意 思 ， 芦 荟 是 多 年 生 单 子 叶 植 物 纲 ( 1 l o e h Mo n o c t y l e d o n e a e )百 合 日 ( L i l i a l e s )百 合科 ( L i l i a c e a e )中的一个属。经研究得 ，芦荟原汁 中的化学成分已达 1 6 0种之多，其有效成分达 7 2 种 以上。芦荟中的生物活性物质虽然复杂 ，但就其功 效而 苦，可将其分为两类 ： 是存在于芦荟叶片 底部及表皮附近的蒽醌类化 物 ( 简称芦荟苷 ) ，另 一 类是从新鲜芦荟叶薄壁组织 J 分离出来的芦荟凝 胶 ， 其巾含水量约为 9 8 5 - 9 9 2 ( 质量百分比) ， 全 部 同形物的 6 0 以上是 荟 多糖 ，其余 固体 成分是 蛋 白质、有机酸 、无机 盐等 。 荟具有杀 菌、消炎 、 健 胃、缓泻、抗癌、美容等功效 l 3 圳 ，并且芦荟 f 1 类化合物对中抠神经具有抑制作用 ，n r 以镇痛、 镇 静和 降血压 l 5 _ 。 芦荟原汁在加 j 过程中极易产生浑浊与变色现 象 ，严重影响芦荟原汁的进一步加 I 。因此，芦荟 凝胶原汁稳定化 艺是芦荟深加工必须的途径。由 于新鲜的芦荟凝胶是一种高粘度的汁液，必须经过 适当的处理 r 能进行稳定化的后续工 艺，而且导致 芦荟凝胶液高粘度的果胶分子 ，也是 引起芦荟原汁 浑浊的原 因之一 ，所 以稳 定化 ： 艺的关键技 术之 一 就是 芦 荟原 汁 的澄 清上 艺 。 果胶酶处理占荟凝胶原汁，是利用果胶酶水解 原汁中能够 引起浑浊的果胶物质l 6 _ ， 使原汁变得清 澈透亮，具有快速、简便、高效等特点 ，存生产中 有重 要 的应 用价 值 。此 法 存苹 、草 莓 、猕 猴桃 、 橄榄等汁中 成功得到应用 。 此 ，本研究利 用果 胶酶对 荟凝 胶原 汁进行 澄清处 理 ，试 图为芦 荟凝胶稳定化工 艺提供有益的参考。 2 材料与方法 2 1 材料 芦荟 ：采用库拉索芦荟，杭州保灵养泰禾生物 科技 有 限 公 刮 ( 海 盐基地 )提供 。 果 胶酶： 采用P e c fi e x X X L ， 购 于北京NO V O公 司。 9 5 的乙醇 ，葡萄糖，苯酚等。 2 2 方法 2 2 1芦荟原汁提取工艺 原 料 一清 洗 消 毒 一 去 皮 破 碎 一榨 汁 一 离心 ( 4 0 0 O f ra i n ，1 5 m i n ) 真空抽滤一原汁 2 2 、 2测定方法 原 汁澄 清度 的测 定， ：采 用分 尤光度法 。以 蒸馏 水作 参比 ，比色杯厚 l c m，仟 6 8 0 n m处 ，测原 汁的透光率 ，用透 光率 T ( )表示原汁 的澄清 度。 收稿日期 ： 2 0 0 7 - 0 4 -1 3 项目基金：浙江省科技厅重点项 目2 0 0 4 C 2 2 0 3 4 。 通讯作者 ：励建荣 ( 1 9 6 4一) ，男 ，浙江宁波人 ，教授、博士 、博士生导师，国家百千万人才 。主要研 究方向 “ 食品加工与安全” ：( 1)果蔬 、水产品加工及安全控制 ；( 2)传统食品现代化 ：( 3)功能因子 和保健食 品 ：( 4 )食品非热加工 ：( 5 )食品生物 技术 。E ma i I ：I i j i a n r o n g z j g s u e d u c a ，0 5 7 1 8 8 0 5 6 6 5 6 。 5 冈 维普资讯 用 7 2 1 分 光光度计测 定。 果胶物质定性检测【 ” ， l 2 I采用酒精法。用9 5 的 乙醇与芦荟凝胶液按 l ： l比例混合 ，装入 3 0 m L的试 管 ，用手紧握试管，大拇指按紧试管 口，翻转轻摇 ， 静置 1 5 mi n 后观察。若没有凝胶状物质出现，表明 原液中的果胶物质已基本被分解 ，说明原液中已无 果胶物质存在 ，用 “ 一”表示 ；若有凝胶状物质出 现，表明原液中的果胶还没有被彻底分解，说明原 液中有果胶物质存在，用 “ +”表示。原液中果胶 物质越多，其“ +”也越多。 出汁率的测定 ：出汁率 =酶解后芦荟凝胶汁质 量 酶解前芦荟凝胶汁质量 1 0 0 芦荟凝胶 原汁中的主要 固形物芦荟多糖的测 定：采用改进过的苯酚硫酸法f 1 ” 。准确吸取样品 液 2 0 0 m L， 再加入2 0 0 m L 6 苯酚和浓硫酸5 0 0 m L， 静置5 mi n ，沸水浴 1 5 mi n ，沸水浴结束后，马上将试 管置于冷水 中，使其迅速冷却。冷却后进行 比色。 用蒸馏水作空白，于 4 9 0 n m测吸光值，根据吸光值 计算芦荟凝胶汁中的多糖含量。 2 2 3 果胶酶处理芦荟凝胶原汁的方法 原 汁 一加 果胶 酶进 行处理 一过滤 一清 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。在原汁澄清中，用果胶酶 法澄清芦荟原汁，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 ，确定芦荟的 p H值不改变，即 单因素试验和多因素试验都是在 p H值为4 5 的前提 下进 行的 【 】 。 果胶酶澄清芦荟凝胶液的单因素实验 ：分别研 究果胶酶加入量 ( 温度 5 0 C，作用时间为 3 0 ra i n下) 对澄清效果的影响 ；反应温度 ( 果胶酶加入量为上 述实验最佳结果 ，作用时 间为 3 0 mi n下)对澄清效 果的影响；反应时间 ( 果胶酶加入量，温度为上述 实验最佳结果下 )对澄清效果的影响。 果胶酶澄清芦荟凝胶原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 3因素 3 水平 ，按L 。( 3 )表布置试验，以确定果胶 酶对芦荟凝胶液澄清的最适工艺条件。 2 3 仪器和设备 电热恒温水浴锅：D K一 $ 2 2 型，上海精宏实验设 备有限公司。电子称： F A1 0 0 4 ， 上海精科。 药物天平： B P - 型 ，上海 医用激光仪 器 。离心机 ： T DL 一 4 0 B， 上海安亭科学仪器厂。多功能食品搅拌机： MR - 5 0 1 0 ， 宁锐 电器。7 2 1 分光光度计：上海第三分析仪器厂 。 6 3 结果与分析 3 1 苯酚 一硫酸法标准曲线的制作 精密称取干燥 的葡萄糖 1 0 0 0 0 mg，定容至 1 0 0 mL，配成 1 mg mL的标准溶液。精确吸取标准 溶液0 mL， 0 2 5 mL， 0 5 0 m L， 1 0 0 m L， 1 5 0 mL， 2 0 0 m L， 2 5 0 m L分别置于 5 0 m L的容量瓶中，加水定量。然 后吸取上述溶液各 2 0 0 m L， 再加入 2 0 0 mL 6 苯酚 和浓硫 酸 5 0 0 mL， 摇 匀 ， 静置 5 rai n ， 沸水浴 1 5 mi n ， 沸水浴结束后 ，马上将试管置于冷水 中，使其迅 速冷却 。冷却后进行 比色。最后所得标准曲线见 图 1 。 嗳光值 一蛙性咂 光值 ) 0 4 0 3s 0 3 趔 0 2 5 0 2 0 1 5 0 1 0 05 0 0 0 01 0 02 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 葡萄持标准浓度 6 T Ig m r ) 图 1 苯酚 一硫酸法标准曲线 3 2 果胶酶用量对芦荟凝胶液澄清效果的影响 用果胶酶澄清芦荟凝胶液时，其用量对澄清效 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 ；用量过多时 ，酶蛋白又会使芦 荟凝胶液产生混浊 ，而且澄清成本增加。 表 1果胶酶用量与芦荟凝胶液中果胶含量程度的关系 果胶酶添加量 ( mg L) 2 O 4 O 6 O 8 0 1 0 0 果胶含量程 度 + 一 一 + 从表 l 中可以看出，当酶剂量为2 0 mg L时 ，有 少量絮凝状物质出现 ，表示果胶物质还没有完全被 分解 ；当酶剂量为 4 0 6 0 mg L时，无絮凝状物质出 现 ，表示果胶物质 已经完全分解 ；而当酶剂量为 8 0 mg L时 ，又 出现 了少量絮凝状物 质 ，这是 由于果 胶酶作为一种蛋白质物 质，使凝胶液产生 了混浊 。 表 2 果胶酶用量与出汁率的关系 果胶酶添加量 ( mg L) 2 O 4 O 6 O 8 0 1 0 0 出汁率 f ) 9 6 9 6 9 7 9 6 9 6 从表 2中可以看出，出汁率在酶剂量为 6 0 mg L 时稍稍高于其他几种果胶酶加入量。 维普资讯 以上结 果分析表 明 ：果 胶酶用量 为 6 0 8 0 mg L 左右时 ，澄清的效果较好。考虑到澄清的成本，尽 可能取果胶酶用量的低值 。 o 5 0 l O O 1 5 0 酶剂量 ( m g L ) 图 2 果胶 酶 用量 与透 光 率 的关 系 从图2中可以看出，当酶剂量为 6 0 mg L时 ，透 光率明显高于其他几种用量 ，酶剂量大干 8 0 mg L 时 ，透光率有下降的趋势。 3 、 3 反应温度对芦荟凝胶液澄清效果的影响 反应温度对果胶酶的活性影响很大，因而影响 到 果胶 酶对 芦 荟凝 胶液 的 澄清 效果 。 o 2 0 4 0 6 0 8 o 温度( ) 图 3 反应 温度 与透 光率 的关 系 从 图 3 可 以看 ，当反应温 度低于 5 0 时 ，透 光 率随 着温 度 的 升高 而 增 火 ；反 应 温 度大 干 5 0 时 ，透 光率 呈下 降趋 势 。 表 3反应温度与芦荟凝胶液中果胶含量程度的关系 温度 ( ) 3 0 4 0 5 0 6 0 果胶 含量程 度 一 一 一 一 从表 3可以看 ，随 着温 度的 变化 ，芦荟 凝胶 液都没有产生絮凝状的物质，这说明了果胶物质经 基本被分解。 表 4反应温度与 出汁率的关系 温度 ( ) 3 0 4 0 5 0 6 0 出汁率 ( ) 9 6 9 7 9 8 9 7 d 从表 4 可以看出，出汁率在 5 0 时要高于其他 几 个温 度 。 以上 结果分析表 明：随着温度的增加 ，果胶 酶所达到的澄清效果并非呈逐 渐上升趋势 ，从酶 反应动 力学上考虑 ，这是 因为 ，温 度对 酶反应的 影响是双重 的 ：随着温度的上升 ，反应速度也增 加 ，直到最大速度为止 ；在高温时 ，酶反应速度 减小 ，这是 酶本身变性所致。在 定条件 卜，每 一 种酶存某一温度下才表现 出最大活 力，这个温 度为最适温度 。因此 ，在此条件下 ，该酶的最适 温 度为 4 0 5 0 。 3 4 反应时间对芦荟凝胶液澄清效果的影响 反 应 时 间 也 是 影 响 果 胶 酶 作 用 的 主 要 因 素 ，所 以 也 会 影 响 果 胶 酶 对 芦 荟 凝 胶 液 的 澄 清 效 果 。 从 图 4町以看 ，前 1 h ，透光 率随着时 间的延 长而增大，1 h后 ，随着酶解时间的延长 ，透光率呈 下降趋势。 0 0 5 1 15 2 2b 时间 h 图 4 反应 时 间与 透 光率 的关 系 从表 5可以看出，芦荟凝胶液都没有产生絮凝 状的物质 ，这说 明 _r 果胶物质 已经基本被分解。 表 5 反 应时 间 与芦 荟 凝胶 液 中 果胶 含 量程 度 的 关系 果胶 含量程 度 一 一 一 从表 6可以看 出，各个时 间的 出汁率 基本 相 同 ，说 明反应时 间对 出汁率 的影 响不大 以上 结 果 分 析 表 明 ：反应 时 间为 1 h左 右 时 ，澄 清 效 果 最 佳 。 表 6反应时 间与出汁率 的关系 7 阳 叫 鲍 ； 8鲋 鲍 他 虬 船 盯 g ： 盯 g ：g ：g ： 盯 卯 盯 盯 阳 维普资讯 3 5 果胶酶对芦荟凝胶液澄清的多因素正交 试验 表 7 正交试验因素水平表 3 5 1正交试验因素水平设计 根据以上果胶酶对芦荟凝胶液澄清的单因素试 验的结果 ，正交试验设计成 3 因素 3 水平进行试验 ， 见表 7 。 3 5 2正交试验结果及分析 通过 对正 交试 验结果 ( 见表 8 )的直观分析 ，对 芦荟凝胶原汁酶解后的透光率起主导作用的因素首 先是 B温度，其次为 A酶加入量，作用最小的为 C 酶解时间。水平选取时，要求透光率越大越好。由 正交试验表可知，对 A因素取水平 A 为优 ，即酶加 表 8 L ( 3 4 ) 正交试验表 入量为7 0 mr ： ， 对B因素取B 。 最佳， 即温度为 5 0 C， 对 C因素取 C 较好，即酶解时间为4 5 m i n 。因此 ， 最 佳 因子组 合为 A B， C 。 正交试验结果表明，对芦荟凝胶原汁酶解后的 多糖含量起主导作用的因素首先是 B温度，其次为 A酶加入量 ，作用最小的为 C酶解时间。水平选取 时，要求多糖含量越高越好。由正交试验表可知 ， 对 A因素取水平 A ， 为优，即酶加入量为6 0 mg L，对 B因素取B ， 最佳，即温度为 5 0 C，对 C因素取 C 较 好，即酶解时间为 4 5 mi n 。因此 ，最佳因子组合为 A2 B2 Cl 。 以上结果分析表明：最佳透光率因素组合与最高 多糖含量因素组合不同。果胶酶加入量大于6 O m g m时， 多糖含量有下降的趋势，考虑到经济和多糖含量两个 因素，加酶量选择为6 0 m g 较为适宜。因此，选择的 最佳果胶酶处理工艺组合应为 A ， B ， C ， ，即果胶酶加 入量为 6 0 mg L、 反应温度为5 0 C、 反应时 间为 4 5 m i n 。 4结 论 8 通过果 胶酶对 芦荟凝胶液 处理的 单 因素试验表 明 ，果胶酶的用量为 6 0 - 8 0 m g L， 温度为4 0 - 5 0 C， 反应时间 在 1 h 左右，透光度达到 9 7 以上，芦 荟原汁中的多糖含量基本不变。在此 基 础上 ，采 用正 交试 验 ，得出果胶 酶 对芦荟 原汁澄 清处理 的最佳 = 【 艺条件 为 ：果胶酶的用量为 6 0 mg L，反应温 度为 5 0 ，反应 时间为 4 5 mi n 。 参考文献 【 l l A l v a r o M ， Vi lj o e n ， B e n - E r i k v a n W y k A c h e mo t a x o n mi can dmo r ph o l o g i c a l a p p r a i s a l o f Al o e s e r i e s Pu r p u r a s c e n t e s ， Al o e s e c t i o n An g u i a l o e a n d t h e i r h y b r i d， Al oe b r o o mi i J Bi o c h e mi c a l S y s t e ma t i c s a n dEc o l o g y ， 2 0 01 ， 2 9 ： 6 21 - 63 1 【 2 1 I 长虹， 钱 和 芦荟中的生物活 性物质及其稳定化生产技术【 J 1 食品研 究与开发， 2 0 0 1 ， 2 2 ( 5 ) ： 2 5 2 8 【 3 】 齐绍武， 青志新， 杜中华 芦荟的历 史及功能【 J 】 湖南农业科学， 2 0 0 1 ， ( 1 ) ： 5 3 5 4 【 4 】 谢绍明 中国的芦荟产业开发势 在必行 J 1 中国科技产业， 1 9 9 8 ， ( 9 ) ： 8 1 1 【 5 Al b e r t o E s t e b a n C a r r a s c o ， Ma t i a s Lo pe z S e r r ano ， J os e M i gue l Za pa t a ， ( 下转第 1 6页) 维普资讯 程技术， 2 0 0 5 ， 2 6 ( 1 ) ： 3 0 - 3 3 f 6 】 宋 慧， 李 勇 黄酮类化合物的营养保健作用【 J 】 营养保健， 2 0 0 4 ( 1 1 ) ： 4 5 - 4 7 【 7 】 一 利君， 吴振辉， 蔡刨海， 等 菊花中黄酮类物质 提取方法的研究【 J 】 研究与探讨 2 0 0 2 ， 2 3 ( 1 ) ： 2 0 - 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5 2 7 6 1 S a k a i T ， S a k a m o t o T ， I l l a e r t J , e t a 1 P e c t i l L ， a n d p r o t o p e c t i n a s e ： p r o d u c t i o n， p r o pe r t i e s ， a nd a p p h c a ti o n s f J 】 Ad v a n c e s i nAp p li e d Mi c r o b i o l o g y , 1 9 9 3 ， 3 9 ： 2 1 3 - 2 9 4 【 7 I s h i i S ， Yo k o t s u k a T S u s c e p ti b i l i t y o f f r u i t j u i c e t o e n z y ma tic c l a r i fic a t i o nb yl y a s ea n di t sr e l a tio nt op e c tini n f r u i t j u i c e 【 J 】 J o u r n a l o f A g ri c u l t u r a l a n d F o o d C h e m i s t r y ， 1 9 7 3 ， 2 1 ( 2 ) ： 2 6 9 - 2 7 2 【 8 Mc L e l l a n M R ， Ki me R W， L i n d L R A p p l e j u i c e c l a r i fi c a t i o n 谢m t h e u s e o f h o n e y a n d p e c t i n a s e 【 J 】 - J F o o d S c i ， 1 9 8 4 ， 5 0 ( 1 ) ： 2 0 6 - 2 0 8 【 9 】 王成荣， 扬增军， 张华云， 等 苹果汁加工技术研 究【 J 】 农业工程学报， 1 9 9 7 ， 1 3 ( 1 ) ： 2 2 0 - 2 2 2 【 1 0 】 夏文水 酶法生产橄榄混浊汁【 J 】 饮料工业， 2 0 0 4 ， 7 ( 6 ) ： 8 - 1 1 【 1 1 】 王鸿飞， 李和生， 马海乐， 等 果胶酶对草莓果汁 澄清效果 的研究f J 农业工程学报， 2 0 0 3 ， 】 9 ( 3 ) ： 1 6 1 - 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