正交试验优化四川三台米枣汁澄清工艺

黄 彭1，蒲有能2，秦 文1,*，李传桂2

(1.四川农业大学食品学院，四川 雅安 625014；2.三台县科学技术局，四川 三台 621100)

摘 要：以米枣为原料，探讨米枣热烫、果胶酶澄清主要加工工艺参数。采用单因素试验、组合试验和正交试验确定热热烫最佳条件95℃、3min，在此条件下米枣汁褐变指数为0.124，出汁率为56.0%；果胶酶澄清的最适条件为果胶酶用量0.12g/100mL、酶解温度45℃、酶解时间2.5h、酶解pH3.5。在此条件下所得米枣汁澄清度为93.24%，浊度为78.32，果胶试验为“－”。

关键词：热烫；果胶酶；澄清；米枣

Optimization by Orthogonal Array Design of Clarification of Jujube Juice from Ziziphus jujuba Mill ‘Mi Zao’ Growing in Santai, Sichuan

HUANG Peng1，PU You-neng2，QIN Wen1,*，LI Chuan-gui2

(1. College of Food Science, Sichuan Agricultural University, Ya’an 625014, China；

2. Santai Science and Technology Bureau, Santai 621100, China)

Abstract：The clarification of ‘Mi Zao’ jujube juice was investigated using blanching followed by pectin treatment. The optimum blanching conditions were determined as 95 ℃ and 3 min, and the browning index of the jujube juice blanched under the optimized conditions was 0.124 and juice yield was 56.0%. The optimum enzymatic treatment conditions were found to be an enzyme dosage of 0.12 g/100 mL, 55 ℃, 2.5 h and pH 3.5. After the optimized treatment, the clarity and turbidity were 93.24% and 78.32, respectively, and pectin test was negative.

Key words：blanching；pectinase；clarification；‘Mi Zao’ jujube

中图分类号：TS255.44 文献标志码：A 文章编号：1002-6630(2013)18-0109-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201318022

四川省三台县被誉之为“中国米枣之乡”[1]。 2009年，崭山米枣(Ziziphus jujuba Mill ‘Mi Zao’)被中国绿色食品发展中心认定为绿色食品A级产品。崭山米枣皮薄肉嫩，入口化渣，酸甜适中，滋阴补肾，健脾开胃等特点更是成为了享誉川内外的名优水果[2]。枣果具有很高的食用和药用价值，特别是所含抗坏血酸(VC)、多酚、黄酮和环磷酸腺苷等功能性营养成分的含量较高[3]，并含有大量人体需要的各种矿质营养元素，这些物质具有很高的营养保健功效，可起到消炎止咳、降血压、降血脂、增进冠状动脉血流量和防治冠心病、心绞痛等作用，经常食用有增进人体健康的功效[4]。因此，为了充分利用米枣果实的价值，解决米枣的采摘时间集中、不耐储藏，米枣深加工技术不够成熟这两大米枣发展瓶颈。王大鹏等[5]以三台米枣为原料，采用不同的保鲜剂研究表明，复合保鲜剂(compound preservative)、壳聚糖和1-甲基环丙烯(1-MCP)处理结合低温能在一定程度上保持米枣的品质，缓解米枣成熟期相对集中、保鲜时间短、延长销售时间等问题。枣果实的精深加工研究主要集中在蜜饯、果汁、果泥、果浆、果醋、果酒、复合保健茶以及功能性成分的研究[6-7]，但对三台米枣汁饮料加工还没有。因此本实验以米枣为原料，初步探究米枣澄清汁热烫、澄清加工工艺条件，以期为米枣果汁加工提供技术支持和依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

以米枣为原料，2011年8月下旬采摘于四川三台县。挑选黄熟期、无病虫害和机械伤、大小均匀的果实，运至实验室冷藏库4℃贮藏。

果胶酶固态制剂(100000U/g) 泰安信得利生物工程有限公司；其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

TCP2色差仪 北京奥依克光电仪器有限公司；智能浊度仪 无锡优量仪表公司；Multifuge X1冷冻高速离心机 美国Thermo公司；UV-3200紫外-可见分光光度计 上海美谱仪器有限公司；WYF-4手持测糖仪 上海帅宁仪器有限公司；pHS-3C＋酸度计 成都世纪方舟科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 米枣汁生产技术工艺流程及操作要点

米枣→挑选→清洗→去核→护色→热烫→榨汁→取汁→指标(褐变指数、出汁率)

↓

澄清→过滤→取汁→指标(澄清度、浊度、果胶试验)

操作要点：1)选料、清洗 选择符合原料品质要求的米枣鲜果，剔除霉烂、虫蛀和机械损伤果实。用流动水反复搓洗，除去附着在米枣表面的泥沙等杂质；2)去核、护色：用小刀，纵向破开，尽量保留果肉，去除枣核后，立即放入复合护色剂中护色10min[8]；3)热烫、榨汁：在适宜的温度热烫一定时间后的枣果温度降至40℃，添加适量的水榨汁；4)过滤：4层纱布过滤，尽量挤干滤渣，取滤液；5)澄清、离心：先将适量的果胶酶用少量滤液溶解后加入到原果汁中，在适宜的条件下澄清处理后，6000r/min处理10min，取上清液[9]；6)保存：将汁液放入4℃冰箱保存备用。

1.3.2 热烫条件选择

取5g去核米枣，在90℃水浴条件下，分别烫漂1、2、3、4、5min，榨浆机榨汁，用纱布挤压出果汁后测定不同处理的出汁率[10]和褐变指数[11]；再取等量去核米枣的分别在80、85、90、95、100℃热漂处理3min后，测定指标同上；根据单因素试验结果再进行双因素全组试验。

褐变指数为取5mL护色后的米枣汁，加等量丙酮振荡，7500r/min，离心10min，经滤纸过滤取上清液在420mn波长处测吸光度。

1.3.3 果胶酶澄清条件优化

取米枣原果汁5mL，果胶酶添加量0.04g/100mL、米栆汁pH3.5、温度50℃、澄清2h，固定其他条件，分别考察果胶酶的添加量、酶解pH值、作用时间和温度对米栆澄清汁工艺的影响，对各单因素试验结果测定果胶试验、澄清度和浊度[12-13]；根据单因素试验结果，以果胶酶有量(g/100mL)、澄清温度(T)和澄清时间(t)为因素，设计L9(34)正交试验如表1所示，澄清结果测定指标同上。澄清度为以蒸馏水为参比在680nm波长处测定OD值；果胶试验为2mL 澄清汁＋4mL酸化乙醇(95%乙醇溶液:1% HCl溶液=99:1)振荡均匀，10min后观察果胶状态，以“＋、－”表示有无果胶存在，＋越多果胶含量越高[14]。

表 1 果胶酶酶解正交试验因素水平表

Table 1 Factors and levels used in the orthogonal array design for optimizing hydrolysis conditions

1.4 数据处理

所有测定指标的数据平行测定3次后取平均值，应用Excel和DPS软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 热烫工艺条件的优化

热烫将影响果汁褐变和品质下降的多酚氧化酶(PPO)活性丧失，热烫时间短，PPO不能完全被灭活，果汁贮藏期间色泽会发生变化；热烫时间过长，果汁的出汁率下降，不利于花色苷和总酚等物质的保持[15]。

2.1.1 热烫单因素试验对米枣汁的影响

2.1.1.1 热烫时间对米枣汁的影响

图 1 热烫时间对米枣汁的影响

Fig.1 Effect of blanching time on the browning index and yield of

‘Mi Zao’ jujube juice

从图1可知，热烫时间影响米枣汁的出汁率和褐变指数。随着热烫时间的延长，褐变指数不断地减少，在2～4min无明显变化，可能因为热烫到2min米枣中的PPO活性基本丧失；4min后，吸光度开始下降可能是米枣中的花色苷和总酚的溶出导致测定米枣汁褐变指数下降，根据褐变指数热烫时间应控制在2～4min较好。出汁率先随热烫时间的延长而增大，到第3分钟达到出汁率达到最大；3min后开始降低，可能由于细胞的破坏，米枣果实中有效成分溶出出汁率下降，根据出汁率热烫时间应选择3min较好。结合出汁率和褐变指数热烫时间应控制3min综合效果较好，此时出汁率为53.7%，褐变指数为0.132。

2.1.1.2 热烫温度对米枣汁的影响

从图2可知，热烫温度影响米枣汁的褐变指数和出汁率。随着温度升高褐变指数随之减小，当达到85℃以后基本不发生明显变化，热烫温度应该选择不低于85℃；出汁率先随温度升高而增大，在90～95℃热烫处理出汁率基本没有明显变化，超过95℃时，随热烫温度的升高出汁率随之减小，可能此时虽PPO基本被灭活，但温度升高，导致营养物质VC、花色苷和多酚等物质溶出，出汁率下降，因此热烫温度应控制在90～95℃。综合考虑褐变指数和出汁率，防止米枣果汁贮藏变色等问题，因此热烫温度95℃时效果较好，此时出汁率为45.1%，褐变指数为0.241。

图 2 热烫温度对米枣汁的影响

Fig.2 Effect of blanching temperature on the browning index and yield of ‘Mi Zao’ jujube juice

2.1.2 热烫全组合试验对米枣汁的影响

根据热烫单因素试验结果，设计6组两因素三水平试验。从图3可知，95℃、3min组在6个组中出汁率最大为56.0% ，褐变指数最小为0.124。此时PPO等氧化酶完全灭活，而且还有效保留了果汁中营养成分。因此，选择此为热烫条件。

图 3 热烫全组合试验对米枣汁的影响

Fig.3 Effect of different combinations of blanching time and temperature on the browning index and yield of ‘Mi Zao’ jujube juice

2.2 果胶酶澄清条件的优化

果胶酶制剂能够水解引起果汁贮藏混浊的果胶、多糖等物质，使果胶失去保护蛋白质的作用而产生沉淀，从而达到澄清提高出汁率的目的[16]。不需要专业的设备就可以达到澄清目的，但需要适应的条件才能发挥作用。单因素试验中，米枣汁的浊度、澄清度和果胶量都比未加酶处理有明显变化，但考虑原果汁澄清后在制备米枣汁时需进一步稀释，澄清效果以澄清度作为最主要的考虑指标因素。正交试验设计中在选用因素时，由于单因素试验中果胶酶作用米枣计最佳pH值为3.5，pH值对酶活影响较大，加之正交试验设计留空列便于方差分析，因此正交设计将果胶酶作用所有的pH值均调为3.5，只考虑果胶酶量、作用时间和温度3因素。

2.2.1 果胶酶澄清的单因素试验

2.2.1.1 果胶酶用量对米枣汁澄清效果的影响

表 2 果胶酶用量对米枣汁澄清效果的影响

Table 2 Effect of pectinase dose on the clarification of ‘Mi Zao’ jujube juice

从表2可知，果胶酶的加入明显影响米枣汁的浊度、澄清度和果胶量。浊度随果胶酶用量增加而不断减小；澄清度随果胶酶用量增加而不断增加，说明米枣汁在不断的澄清，但果胶酶用量超过0.08g/100mL时，澄清度基本不发生变化；果胶试验随果胶酶用量增加而果胶量不断减小，当果胶酶用量不小于0.04g/100mL时，果胶试验均为“－”，此时果胶、多糖等物质基本分解完全。结合3个指标综合考虑，果胶酶用量0.08g/100mL 时效果较好，此时浊度为93.20，澄清度为85.31%，果胶试验为“－”。

2.2.1.2 pH值对米枣汁澄清效果的影响

表 3 pH值对米枣汁澄清效果的影响

Table 3 Effect of treatment pH on the clarification of ‘Mi Zao’ jujube juice

从表3分析可知，随着pH值的增大，米枣汁浊度先随pH值的增大先减小后增大，在pH3.5时浊度最小，澄清效果较好；澄清度先随pH值的增大先增大后减小，在pH值为3.5时澄清度最大，澄清效果较好；果胶试验在pH3.5时为“－”，其余都为“＋”或“＋＋”说明在pH值为3.5时果胶、多糖等物质分解比较完全。结合3个指标综合选择果胶酶在最适pH值以外，果胶酶没有发挥出最佳活性，澄清效果较差。当pH3.5，果胶分解较彻底，能有效防止米枣汁在贮藏期间因果胶与蛋白质结合而产生沉淀，此时浊度为86.35，澄清度为91.61%，果胶试验为“－”。

2.2.1.3 澄清时间对米枣汁的影响

从表4可知，随着作用时间的延长，米枣汁浊度不断减小，而澄清度随之增大，但浊度和澄清度随之变化的趋势越来越小；作用时间不短于2h时，果胶基本别分解完全。为了节约时间和生产成本，结合3个指标综合考虑，果胶酶的作用时间2h就能取得良好澄清效果，此时浊度为96.52，澄清度为88.90%，果胶试验为“－”。

表 4 澄清时间对米枣汁的影响

Table 4 Effect of treatment time on the clarification of ‘Mi Zao’ jujube juice

2.2.1.4 澄清温度对米枣汁的影响

表 5 澄清温度对米枣汁的影响

Table 5 Effect of treatment temperature on clarification of ‘Mi Zao’ jujube juice

从表5可知，随着果胶酶澄清作用温度的升高，米枣汁中果胶等物质含量逐渐减少；澄清度值先随温度升高先增大后减小，当温度不低于40℃时，澄清度基本没有较大的变化；浊度随温度的升高而减小，但减小趋势越来越小；果胶试验随温度升高明显越来越澄清，果胶、多糖等物质别分解得越来越彻底，当温度高于50℃时，果胶试验均为“－”。但在30℃时，浊度反而比室温时大，澄清度比室温时小，可能由于此时温度过低，果胶酶与果胶物质结合而果胶物质还没有被分解，结合物比单一果胶等物质大，测量时会浊度和澄清度而反常。因此，结合3个指标综合选择，果胶酶澄清时作用温度50℃时，效果较好，此时浊度为90.12，澄清度为82.52%，果胶试验为“－”。

2.2.2 果胶酶澄清正交试验对米枣汁的影响

根据表6可知，果胶酶澄清工艺中影响米枣汁澄清度的主次因素依次为A＞B＞C，即果胶酶用量＞澄清温度＞澄清时间。果胶酶酶解澄清最佳工艺组合为A3B1C3，即果胶酶用量0.12g/100mL、酶解澄清温度45℃、酶解澄清时间2.5h；果胶酶澄清工艺中影响米枣汁浊度的主次因素依次为C＞A＞B，酶解时间＞果胶酶用量＞酶解温度。但由于浊度极差的变化很小，空白列的极差都达1.433与最主要因素酶解时间极差1.933非常接近，因此浊度在本试验中不是澄清效果好坏的最主要参考指标。正交试验数据只对澄清度指标进行分析方差分析，从表7对方差分析可以看出，果胶酶量对米枣汁澄清工艺澄清度影响极为显著，而果胶酶澄清时间和澄清温度对米枣汁澄清度不显著。在此条件下进行3次验证实验，测得澄清后的米栆汁果胶试验为“－”，澄清度为93.24%，浊度为78.32。果汁淡黄色，有米枣特有的香气。

表 6 果胶酶澄清正交试验设计及结果

Table 6 Orthogonal array design and results for optimizing pectinase clarification condition

表 7 果胶酶澄清正交试验方差分析表

Table 7 Analysis of variance for juice yield with various pectinase clarification conditions

3 结 论

热烫灭酶的最适条件95℃、3min能够有效的灭活PPO等酶的活性，防止米枣汁在加工贮藏中的色泽变化；出汁率达到最大。果胶酶澄清的最适条件为0.12g/100mL、温度45℃、时间2.5h、pH3.5。在此条件下米枣汁果胶试验为“－”，澄清度为93.24%，浊度为78.32，能够比较彻底地分解果胶、多糖等物质，防止米枣汁在后期加工贮藏中分层、沉淀等影响品质，还可增加果汁透明度和汁液清澈透明、色泽自然。

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