菠清汁工艺优化技术研究

 康效宁，吉建邦*，李梁，符传贤

 海南省农业科学院农产品加工设计研究所（海口571100）

摘要试验研究了菠萝清汁的加工工艺，试验采用响应面法优化菠萝酶解工艺，得出菠萝清汁酶解的最佳工艺参数：果胶酶浓度0.051%，纤维素酶浓度0.080%,酶解温度51℃，酶解时间2.1 h时，菠萝出汁率可达88.51%;以色变指数和透光率为评价指标，对比树脂处理组与澄清剂处理组对菠萝汁脱色、透光效果的影响，结果表明，采用大孔阴离子交换树脂LX-200和阳离子交换树脂LX-100分两段式处理的效果较好，菠萝清汁色变指数下降到0.033,下降了77.24%;透光率达到98.36%，比对照提高了24.43%。

关键词  菠萝清汁；酶解技术：澄清技术

 菠萝（Ananas comosus）又叫凤梨，原产南美洲。继香蕉和柑橘之后，是世界第三大热带水果，也是世界第七大水果。其果实香甜可口，富含各种维生素、膳食纤维及菠萝蛋白酶，不仅营养丰富而且有助消化及肠道保健，深受人们喜爱…。中国是菠萝的主要产区，16世纪时菠萝传人中国，现有70多个品种。在20世纪70年代以后开始迅猛发展，主要栽培地区有广东、海南、广西、台湾、福建和云南等省（区）。在国际贸易中，菠萝贸易多以鲜菠萝、罐装菠萝及菠萝汁三种形式进行。虽然中国菠萝产量增长迅猛，但菠萝产品的加工业还略显不足。菠萝罐头及菠萝汁在世界进出口贸易中的影响力仍然较弱，产品的附加值亟待提升。菠萝清汁作为热带水果加工新的产品形式近年来在国际市场的贸易量呈较快递增的趋势，产业规模在增加，但工业化生产中出汁率不高、透光率差和变色严重等问题成为制约工业化生产的技术瓶颈。随着人们对水果主要成分及其结构的逐步了解，开始研究利用酶技术和膜分离技术来解决生产中出汁率低、澄清困难和产品不稳定等问题。试验针对菠萝清汁加工过程存在问题做了专题研究。

1材料与方法

1.1材料与试剂

  菠萝：市售；果胶酶（100 000 U/g）、纤维素酶（50 000 U/g）：江苏锐阳生物有限公司；大孔阳离子交换树脂（LX-100和LX-400）、大孔阴离子交换树脂（LX-200和LX-300）、大孔吸附树脂（LSA-900C和LSA-900E）：西安蓝晓科技有限公司；壳聚糖、活性炭：广州化学试剂厂。

1.2仪器与设备

  PL203电子天平：梅特勒一托利多仪器（上海）有限公司；DT1000电子天平：常熟市意欧仪表有限公司；TU-1810紫外可见光分光光度计：北京普析通用仪器有限公司；HH-6数显恒温水浴锅：金坛市鸿科仪器厂；112191型手持折光仪：泰光折光仪器有限公司；深层纸板过滤机、膜管超滤机：海南达川食品有限公司提供。

1.3试验方法

1.3.1菠萝浓缩清汁工艺流程

1.3.2菠萝酶解工艺技术优化

1.3.2.1菠萝酶解提高出汁率单因素试验

  不同浓度果胶酶对菠萝酶解出汁率的影响：称取每份1 000 g菠萝果浆，在酶解温度45℃、酶解时间2h条件下，设置果胶酶浓度0.03%，0.04%，0.05%，0.06%和0.07%5个梯度，研究不同浓度果胶酶对菠萝酶解出汁率的影响。每批次试验重复3次，求其平均值。

  不同浓度纤维素酶对菠萝酶解出汁率的影响：称取每份1 000 g菠萝果浆，在酶解温度45℃、酶解时间2h条件下，设置纤维素酶浓度0.06%，0.08%，0.10%．0.12%和0.14%5个梯度，研究不同浓度纤维素酶对菠萝酶解出汁率的影响。每批次试验重复3次，求其平均值。

  不同酶解温度对菠萝出汁率的影响：称取每份1 000 g的菠萝果浆，加入0.05%果胶酶和0.08%纤维素酶后，在酶解时间2h条件下，设置酶解温度40℃，45℃．50℃，55℃和60℃5种条件，研究不同温度条件下酶解对菠萝出汁率的影响，确定最佳酶解处理温度。每批次试验重复3次，求其平均值。

  不同酶解处理时间对菠萝出汁率的影响：称取每份1 000 g的菠萝果浆，加入0.05%果胶酶和0.08%纤维素酶后，在酶解温度50℃条件下，设置酶解时间1，1.5，2，2.5和3h5个处理，研究不同酶解处理时间对菠萝出汁率的影响，确定最佳酶解处理时间。每批次试验重复3次，求其平均值。

1.3.2.2菠萝酶解工艺优化试验

 在菠萝酶解单因素试验结果的基础上，设计Box-Benhnken试验的自变量，以菠萝出汁率为响应值，通过响应面分析( RSA)获得最佳酶解工艺参数。

1.3.3菠萝浓缩清汁澄清工艺技术优化

1.3.3.1  树脂处理对菠萝清汁色变指数和透光率的影响

 试验选择大孔阳离子交换树脂(LX-100和LX-400)、大孔阴离子交换树脂（LX-200和LX-300）和大孔吸附树脂（LSA-900C和LSA-900E）六种树脂，称取1 000 g菠萝汁，分别对其进行树脂吸附处理，测定色变指数和透光率，每组试验重复3次，取其平均值。

 在以上试验数据的基础上，选择脱色效果最好和提高透光率效果最好的两种树脂，进行两段树脂处理，每个处理1 000 g，测定其色变指数和透光率，试验重复3次，取其平均值。

1.3.3.2澄清剂处理对菠萝清汁透光率的影响

 试验选用壳聚糖及活性炭作为澄清剂对菠萝汁进行澄清，通过单因素试验筛选，设置壳聚糖0.1%+活性炭1%、壳聚糖0.4%+活性炭1%、壳聚糖0.7%+活性炭1%及壳聚糖1.0%+活性炭1%等复配澄清剂对菠萝汁进行处理，每个处理1 000 g，测定其色变指数和透光率，试验重复3次，取其平均值。

1.4指标测定方法

1)出汁率。

 2)透光率。菠萝清汁在分光光度计625 mm波长处读取其吸光度，即为其透光率。

 3)色变指数。菠萝清汁在分光光度计440 mm波长处读取其吸光度，即为其色变指数。

2结果与分析

2.1  菠萝酶解工艺技术研究

2.1.1菠萝酶解提高出汁率单因素试验分析

影响菠萝出汁率的主要原因是菠萝含有大量的果胶及纤维物质。试验使用果胶酶和纤维素酶对其进行酶解处理，分别对果胶酶浓度、纤维素酶浓度、酶解温度及酶解时间对菠萝出汁率的影进行单因素试验。

2.1.1.1不同浓度果胶酶对菠萝酶解出汁率的影响

 在酶解温度45℃，酶解时间2h条件下，不同果胶酶浓度对菠萝酶解出汁率的影响见图1。

 从图1可知，不同浓度果胶酶对菠萝出汁率影响较大，随着果胶酶浓度的不断增大，菠萝出汁率呈明显增大的趋势。当果胶酶浓度达到0.05%时趋于平缓，此时出汁率最大为81.90%。

2.1.1.2不同浓度纤维素酶对菠萝酶解出汁率的影响

 在酶解温度45℃、酶解时间2h条件下，不同浓度纤维素酶对菠萝酶解出汁率的影响见图2。

 从图2可知，随着纤维素酶浓度的不断增大，菠萝出汁率呈现先上升后略有下降的趋势。当纤维素酶浓度达到0.08%时，出汁率最大，为77.26%。

2.1.1.3不同酶解温度对菠萝出汁率的影响

 菠萝果浆中加入0.05%果胶酶和0.08%纤维素酶，酶解时间2h，不同酶解温度对菠萝出汁率的影响见图3。

 从图3可知，在35℃～55℃酶解温度条件下，菠萝出汁率总体呈现增大的趋势。50℃酶解条件下，菠萝出汁率达到最大为83.1%；55℃酶解条件下其出汁率为82.33%，较50℃略有下降。这可能是由于纤维素酶和果胶酶的最适反应温度不同，50℃为两种酶较适宜的反应温度。

2.1.1.4不同酶解处理时间对菠萝出汁率的影响

 菠萝果浆中加入0.05%果胶酶和0.08%纤维素酶，酶解温度50℃，不同酶解处理时间对菠萝出汁率的影响见图4。

 从图4可知，随着酶解时间的延长，菠萝出汁率总体呈现逐渐增大的趋势，酶解时间>2h，菠萝出汁率变化较小。从图4可以看出，在酶解3h时，出汁率达到最大为83.03%；酶解2h时，其出汁率为83%，与酶解3h的出汁率差异极小，基于能耗考虑，确定最佳酶解时间为2h。

2.1.2响应面法优化菠萝酶解取汁工艺参数试验分析

2.1.2.1菠萝酶解出汁率回归方程的建立与分析

 复合使用酶制剂可使果肉的细胞壁破碎，果浆黏度降低，细胞分解成小碎片，胞内物质溶出，出汁率得到很大的提高。根据菠萝酶解单因素试验分析结果，运用Box-Benhnken中心组合设计方法，设置果胶酶浓度、纤维素酶浓度、酶解温度和酶解时间四个因素，采用四因素三水平的响应面分析法优化菠萝复合酶解取汁工艺。Box-Benhnken试验因素水平见表1，

试验设计及结果见表2。

 以出汁率为响应值，运用Design Expert软件对出汁率进行分析，结果见表3，得到回归方程：

 由表3可知，模型p<0.0001，说明模型整体已达极显著水平；而失拟项p=0.065> 0.05，说明该模型不失拟，即回归方程与实际情况吻合得较好，模型无误；模型的相关系数R2=0.974 5，表明该模型出汁率的测定值与预测值之间拟合程度良好，试验误差小；校正系数R2Adj=0.949 0，表明模型能解释94.90%的响应值变化，只有5%不能用此模型来解释。因此可以运用该回归方程对试验进行分析和预测。

  通过分析所得回归方程，限定某一因素处于0水平，即可得到另两个因素间的相互作用，见图5。从图中可以看出果胶酶浓度和酶解时间对菠萝出汁率的影响最为显著，其响应值变化较大，曲面较陡。而纤维素酶浓度对菠萝出汁率的影响最小，曲面较平滑。综合分析可认为对菠萝出汁率影响程度从强到弱依次为：果胶酶浓度=酶解时间>酶解温度>纤维素酶浓度。

 利用Design Expert 8.6软件优化分析，得到最佳酶解条件为A( 0.051)、B(0.080)、C(51)

和D( 2.1)，即果胶酶浓度0.051%、纤维素酶浓度0.080%、酶解温度51℃和酶解时间2.1 h，菠萝酶解出汁的理论值为88.624 2%。对该工艺进行验证试验（n=3），得到菠萝酶解出汁的平均出汁率为88.51%，达到了理论值的99%，说明采用响应面法优化酶解工艺得到的结论是可靠的。

2.2菠萝清汁澄清工艺技术优化分析

2.2.1树脂处理对菠萝清汁色变指数与透光率的影响

 试验选用大孔阳离子交换树脂(LX-100和LX-400)、大孔阴离子交换树脂（LX-200和LX-300）及大孔吸附树脂（LSA-900C和LSA-900E）六种树脂对菠萝汁进行处理，测定其色变指数与透光率，试验结果见表4。

 从表4数据对比可知，六种大孔树脂处理菠萝汁的色变指数和透光率数据差异较大，其中以大孔阴离子交换树脂LX-200处理的脱色效果最好，大孔阳离子交换树脂LX-100处理提高透光率效果最好。选用上述两种树脂对菠萝汁进行两段式处理，其色变指数下降到0.033．比对照下降了77.24%；透光率提高到98.36%，比对照提高了24.43%。

2.2.2澄清剂处理对菠萝清汁透光率的影响

 壳聚糖作为澄清剂在果汁中应用其风味、营养成分不受影响，且简便快速。试验选用壳聚糖、活性炭作为澄清剂对菠萝汁进行澄清处理，通过单因素试验筛选，设置5组复配澄清剂进行试验，试验结果见表5。

 从表5发现，壳聚糖与活性炭联合对菠萝汁进行澄清是有一定效果的，随着壳聚糖浓度的增加，菠萝汁透光率逐渐上升，在壳聚糖0.7%+活性炭1%条件下，菠萝汁透光率可达到85.88%，继续增加壳聚糖浓度，即在壳聚糖1.0%+活性炭1%条件下，菠萝汁透光率略有下降，可能原因是影响菠萝汁透光率的不安定成分被彻底除去。

3讨论与结论

 1)添加0.05%的果胶酶可使菠萝出汁率提高到81.90%；添加0.08%的纤维素酶可使菠萝出汁率提高到77.26%。通过响应面分析及验证试验认为：菠萝最佳的酶解条件为使用复合酶制剂果胶酶0.051%、纤维素酶0.080%、在酶解温度51℃以及酶解时间2.1 h，其出汁率可达88.51%。

 2)利用大孔阳离子交换树脂LX-100与大孔阴离子交换树脂LX-200两段式处理菠萝汁脱色、透光效果较好，其色变指数下降到0.033，比对照下降了77.24%;透光率提高到98.36%，比对照提高了24.43%。