响应面法在番茄汁酶解工艺中的应用

徐曼++唐瑞华++龚军

摘 要：选取果胶酶添加量、酶解温度和酶解时间三个因素进行中心组合设计，利用响应面法对其提取工艺进行优化研究。利用DesignExpert软件分析，结果表明最佳工艺条件为果胶酶用量0.18%，酶解时间91.9 min，酶解温度52℃。在此条件下，出汁率达到77.38%。

关键词：番茄汁 响应面法 果胶酶

中图分类号：R284.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（b）-0112-02

番茄（tomato）[1]，又名西红柿，一年生或多年生茄科草本植物；原产南美洲，我国各地均普遍栽培，夏秋季收获较多。番茄含有的很多营养成分，它们可以很好额治疗和预防许多的疾病，例如：烟酸含有可降低毛细血管的通透性能，同时还可以防止毛细血管的硬化与破裂，并且防止高血压发生，而烟酸不仅可以增强抗坏血算的生理作用，还可以调节甲状腺功能的作用；番茄红素对肾脏病患者很有益处，主要是因为它有助消化与利尿的作用。番茄所含纤维素，对促进肠道中腐败食物的排泄和降低胆固醇以及预防肠癌有着不可低估的作用；番茄中所含的糖类多半是果糖和葡萄糖，易消化吸收，具有养心保肝的作用，因此具有很高的经济利用价值，将其制成果汁具有一定的市场潜力。

果胶酶是一种复合酶，其作用机理是果胶酶在一定温度和时间内作用于果胶中D-半乳糖醛酸残基之间的糖苷键，从而打破果胶质分子，软化果肉组织中的果胶质，使高分子的半乳糖醛酸降解为半乳糖醛酸、果胶酸等小分子物质[2]，从而降低果浆的年度，提高果汁的澄清度和出汁率。目前，我国对用果胶酶酶解番茄汁的研究虽有报道，但对其酶解工艺参数的研究仅停留在单因子或简单正交试验[3]方面，忽略了酶解过程中各因素之间的交互作用。本文应用响应面法[4]优化研究了果胶酶在番茄出汁过程的工艺条件，以提高番茄汁出汁率和澄清度。

1 材料与方法

1.1 材料

番茄：市售；果胶酶（酶活30000 U/g）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 果汁的制备

1.2.1 工艺流程[5]：番茄→分选→清洗 酶解→灭酶→离心→过滤→番茄汁

1.2.2 出汁率计算

出汁率（%）=离心过滤后所得番茄汁的质量/酶解前番茄浆的质量×100%

1.3 单因素试验

考察果胶酶用量、酶反应主要条件对出汁率的影响。取果胶酶用量0～0.21%精选原料，酶解时间15～120 min，温度40 ℃～60 ℃，进行单因素试验。

1.4 响应面法试验

对单因素所获得的工艺参量，通过响应面试验确定效率因子和交互作用状况，最后以方差分析做出判断和参数优化。响应面试验采取3因素3水平组合，通过Design Expert软件对试验数据进行分析，预测最优工艺参数。试验因素及水平设计见表1。

2 结果与分析

2.1 响应面试验

在单因素试验的基础上，依据Box-Be-hnken中心组合试验设计原则，对果胶酶加入量（X1）、酶解时间（X2）、酶解温度（X3）3个因素的3个水平进行响应面试验分析，已获得最佳工艺条件。试验组合及结果见表2。

2.2 方差分析

经方差分析，发现X12、X2和X22即酶添加量和酶解温度对试验结果的影响在0.01水平显著，X1X3即酶用量×酶解时间（交互作用）对试验结果的影响在0.07水平显著。

2.3 响应面分析

将表2经Design Expert分析软件处理，绘制其响应面曲线图及等值线图，见图1～3。

从图1可知，加酶量和酶解温度之间不存在显著地交互作用。温度较低时，酶用量对出汁率并无显著影响，之后随着加酶量逐渐提高，酶解温度成为影响番茄汁出汁率的限制因素，适当增加酶解温度可使得出汁率显著增加，而当酶解温度超过55 ℃以后，出汁率略有下降。当酶解温度一定时，酶添加量超过0.2%时以后增幅有所趋缓，甚至出现轻微的下降。

根据图2结果显示，酶解时间和酶添加量对番茄汁出汁率的交互作用较为显著。当酶解时间和酶添加量逐渐增加时，番茄汁出汁率也逐渐提高，但当酶添加量达到0.2%和酶解时间超过1 h时，番茄出汁率反而有所下降，这可能是由于长时间的加热蒸发水分，从而降低了出汁率。

随着酶解时间的延长，出汁率没有明显变化，而随着酶解温度的升高，出汁率呈现先上升后下降的趋势（图3）。这表明适当增加酶解温度有利于提高出汁率。

2.4 二次回归方程的建立及最佳条件的确定

求解，可得：

将结果代入回归方程，结果为У=77.38，即理论出汁率为77.38%。经换算，可知酶处理的理论工艺条件为：果胶酶用量0.18%，酶解时间91.9 min，酶解温度52 ℃。据上述理论结果进行验证性试验，可得出汁率为77.2%，基本符合理论得率。

3 结论

试验结果表明，在酶用量、酶添加时间和酶解温度为最佳配合的工艺条件下，番茄汁出汁率可以达到77.38%。该结果处于较高水平。

参考文献

[1]李金玉.番茄汁饮料稳定性研究[D].北京：中国农业大学，2007.

[2] 陈娟，阚健全，杜木英等.果胶酶制剂及其在果浆出汁和果汁澄清方面的应用[J].中国食品添加剂，2006（3）：12.

[3] 付莉，顾英.果胶酶提高番茄出汁率的工艺研究[J].中国酿造，2009，207（6）.

[4] 周广麒，韩政泉，王培忠，等.响应面法提高巨峰葡萄汁率的研究[J].安徽农业科学，2011，39（1）：250-251，257.

[5] 吴文龙，王小敏，李维林，等.不同加工工艺对黑莓浆果出汁率及果汁品质的影响[J].食品科学，2008，29（3）：172-175.endprint

摘 要：选取果胶酶添加量、酶解温度和酶解时间三个因素进行中心组合设计，利用响应面法对其提取工艺进行优化研究。利用DesignExpert软件分析，结果表明最佳工艺条件为果胶酶用量0.18%，酶解时间91.9 min，酶解温度52℃。在此条件下，出汁率达到77.38%。

关键词：番茄汁 响应面法 果胶酶

中图分类号：R284.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（b）-0112-02

番茄（tomato）[1]，又名西红柿，一年生或多年生茄科草本植物；原产南美洲，我国各地均普遍栽培，夏秋季收获较多。番茄含有的很多营养成分，它们可以很好额治疗和预防许多的疾病，例如：烟酸含有可降低毛细血管的通透性能，同时还可以防止毛细血管的硬化与破裂，并且防止高血压发生，而烟酸不仅可以增强抗坏血算的生理作用，还可以调节甲状腺功能的作用；番茄红素对肾脏病患者很有益处，主要是因为它有助消化与利尿的作用。番茄所含纤维素，对促进肠道中腐败食物的排泄和降低胆固醇以及预防肠癌有着不可低估的作用；番茄中所含的糖类多半是果糖和葡萄糖，易消化吸收，具有养心保肝的作用，因此具有很高的经济利用价值，将其制成果汁具有一定的市场潜力。

果胶酶是一种复合酶，其作用机理是果胶酶在一定温度和时间内作用于果胶中D-半乳糖醛酸残基之间的糖苷键，从而打破果胶质分子，软化果肉组织中的果胶质，使高分子的半乳糖醛酸降解为半乳糖醛酸、果胶酸等小分子物质[2]，从而降低果浆的年度，提高果汁的澄清度和出汁率。目前，我国对用果胶酶酶解番茄汁的研究虽有报道，但对其酶解工艺参数的研究仅停留在单因子或简单正交试验[3]方面，忽略了酶解过程中各因素之间的交互作用。本文应用响应面法[4]优化研究了果胶酶在番茄出汁过程的工艺条件，以提高番茄汁出汁率和澄清度。

1 材料与方法

1.1 材料

番茄：市售；果胶酶（酶活30000 U/g）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 果汁的制备

1.2.1 工艺流程[5]：番茄→分选→清洗 酶解→灭酶→离心→过滤→番茄汁

1.2.2 出汁率计算

出汁率（%）=离心过滤后所得番茄汁的质量/酶解前番茄浆的质量×100%

1.3 单因素试验

考察果胶酶用量、酶反应主要条件对出汁率的影响。取果胶酶用量0～0.21%精选原料，酶解时间15～120 min，温度40 ℃～60 ℃，进行单因素试验。

1.4 响应面法试验

对单因素所获得的工艺参量，通过响应面试验确定效率因子和交互作用状况，最后以方差分析做出判断和参数优化。响应面试验采取3因素3水平组合，通过Design Expert软件对试验数据进行分析，预测最优工艺参数。试验因素及水平设计见表1。

2 结果与分析

2.1 响应面试验

在单因素试验的基础上，依据Box-Be-hnken中心组合试验设计原则，对果胶酶加入量（X1）、酶解时间（X2）、酶解温度（X3）3个因素的3个水平进行响应面试验分析，已获得最佳工艺条件。试验组合及结果见表2。

2.2 方差分析

经方差分析，发现X12、X2和X22即酶添加量和酶解温度对试验结果的影响在0.01水平显著，X1X3即酶用量×酶解时间（交互作用）对试验结果的影响在0.07水平显著。

2.3 响应面分析

将表2经Design Expert分析软件处理，绘制其响应面曲线图及等值线图，见图1～3。

从图1可知，加酶量和酶解温度之间不存在显著地交互作用。温度较低时，酶用量对出汁率并无显著影响，之后随着加酶量逐渐提高，酶解温度成为影响番茄汁出汁率的限制因素，适当增加酶解温度可使得出汁率显著增加，而当酶解温度超过55 ℃以后，出汁率略有下降。当酶解温度一定时，酶添加量超过0.2%时以后增幅有所趋缓，甚至出现轻微的下降。

根据图2结果显示，酶解时间和酶添加量对番茄汁出汁率的交互作用较为显著。当酶解时间和酶添加量逐渐增加时，番茄汁出汁率也逐渐提高，但当酶添加量达到0.2%和酶解时间超过1 h时，番茄出汁率反而有所下降，这可能是由于长时间的加热蒸发水分，从而降低了出汁率。

随着酶解时间的延长，出汁率没有明显变化，而随着酶解温度的升高，出汁率呈现先上升后下降的趋势（图3）。这表明适当增加酶解温度有利于提高出汁率。

2.4 二次回归方程的建立及最佳条件的确定

求解，可得：

将结果代入回归方程，结果为У=77.38，即理论出汁率为77.38%。经换算，可知酶处理的理论工艺条件为：果胶酶用量0.18%，酶解时间91.9 min，酶解温度52 ℃。据上述理论结果进行验证性试验，可得出汁率为77.2%，基本符合理论得率。

3 结论

试验结果表明，在酶用量、酶添加时间和酶解温度为最佳配合的工艺条件下，番茄汁出汁率可以达到77.38%。该结果处于较高水平。

参考文献

[1]李金玉.番茄汁饮料稳定性研究[D].北京：中国农业大学，2007.

[2] 陈娟，阚健全，杜木英等.果胶酶制剂及其在果浆出汁和果汁澄清方面的应用[J].中国食品添加剂，2006（3）：12.

[3] 付莉，顾英.果胶酶提高番茄出汁率的工艺研究[J].中国酿造，2009，207（6）.

[4] 周广麒，韩政泉，王培忠，等.响应面法提高巨峰葡萄汁率的研究[J].安徽农业科学，2011，39（1）：250-251，257.

[5] 吴文龙，王小敏，李维林，等.不同加工工艺对黑莓浆果出汁率及果汁品质的影响[J].食品科学，2008，29（3）：172-175.endprint

摘 要：选取果胶酶添加量、酶解温度和酶解时间三个因素进行中心组合设计，利用响应面法对其提取工艺进行优化研究。利用DesignExpert软件分析，结果表明最佳工艺条件为果胶酶用量0.18%，酶解时间91.9 min，酶解温度52℃。在此条件下，出汁率达到77.38%。

关键词：番茄汁 响应面法 果胶酶

中图分类号：R284.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（b）-0112-02

番茄（tomato）[1]，又名西红柿，一年生或多年生茄科草本植物；原产南美洲，我国各地均普遍栽培，夏秋季收获较多。番茄含有的很多营养成分，它们可以很好额治疗和预防许多的疾病，例如：烟酸含有可降低毛细血管的通透性能，同时还可以防止毛细血管的硬化与破裂，并且防止高血压发生，而烟酸不仅可以增强抗坏血算的生理作用，还可以调节甲状腺功能的作用；番茄红素对肾脏病患者很有益处，主要是因为它有助消化与利尿的作用。番茄所含纤维素，对促进肠道中腐败食物的排泄和降低胆固醇以及预防肠癌有着不可低估的作用；番茄中所含的糖类多半是果糖和葡萄糖，易消化吸收，具有养心保肝的作用，因此具有很高的经济利用价值，将其制成果汁具有一定的市场潜力。

果胶酶是一种复合酶，其作用机理是果胶酶在一定温度和时间内作用于果胶中D-半乳糖醛酸残基之间的糖苷键，从而打破果胶质分子，软化果肉组织中的果胶质，使高分子的半乳糖醛酸降解为半乳糖醛酸、果胶酸等小分子物质[2]，从而降低果浆的年度，提高果汁的澄清度和出汁率。目前，我国对用果胶酶酶解番茄汁的研究虽有报道，但对其酶解工艺参数的研究仅停留在单因子或简单正交试验[3]方面，忽略了酶解过程中各因素之间的交互作用。本文应用响应面法[4]优化研究了果胶酶在番茄出汁过程的工艺条件，以提高番茄汁出汁率和澄清度。

1 材料与方法

1.1 材料

番茄：市售；果胶酶（酶活30000 U/g）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 果汁的制备

1.2.1 工艺流程[5]：番茄→分选→清洗 酶解→灭酶→离心→过滤→番茄汁

1.2.2 出汁率计算

出汁率（%）=离心过滤后所得番茄汁的质量/酶解前番茄浆的质量×100%

1.3 单因素试验

考察果胶酶用量、酶反应主要条件对出汁率的影响。取果胶酶用量0～0.21%精选原料，酶解时间15～120 min，温度40 ℃～60 ℃，进行单因素试验。

1.4 响应面法试验

对单因素所获得的工艺参量，通过响应面试验确定效率因子和交互作用状况，最后以方差分析做出判断和参数优化。响应面试验采取3因素3水平组合，通过Design Expert软件对试验数据进行分析，预测最优工艺参数。试验因素及水平设计见表1。

2 结果与分析

2.1 响应面试验

在单因素试验的基础上，依据Box-Be-hnken中心组合试验设计原则，对果胶酶加入量（X1）、酶解时间（X2）、酶解温度（X3）3个因素的3个水平进行响应面试验分析，已获得最佳工艺条件。试验组合及结果见表2。

2.2 方差分析

经方差分析，发现X12、X2和X22即酶添加量和酶解温度对试验结果的影响在0.01水平显著，X1X3即酶用量×酶解时间（交互作用）对试验结果的影响在0.07水平显著。

2.3 响应面分析

将表2经Design Expert分析软件处理，绘制其响应面曲线图及等值线图，见图1～3。

从图1可知，加酶量和酶解温度之间不存在显著地交互作用。温度较低时，酶用量对出汁率并无显著影响，之后随着加酶量逐渐提高，酶解温度成为影响番茄汁出汁率的限制因素，适当增加酶解温度可使得出汁率显著增加，而当酶解温度超过55 ℃以后，出汁率略有下降。当酶解温度一定时，酶添加量超过0.2%时以后增幅有所趋缓，甚至出现轻微的下降。

根据图2结果显示，酶解时间和酶添加量对番茄汁出汁率的交互作用较为显著。当酶解时间和酶添加量逐渐增加时，番茄汁出汁率也逐渐提高，但当酶添加量达到0.2%和酶解时间超过1 h时，番茄出汁率反而有所下降，这可能是由于长时间的加热蒸发水分，从而降低了出汁率。

随着酶解时间的延长，出汁率没有明显变化，而随着酶解温度的升高，出汁率呈现先上升后下降的趋势（图3）。这表明适当增加酶解温度有利于提高出汁率。

2.4 二次回归方程的建立及最佳条件的确定

求解，可得：

将结果代入回归方程，结果为У=77.38，即理论出汁率为77.38%。经换算，可知酶处理的理论工艺条件为：果胶酶用量0.18%，酶解时间91.9 min，酶解温度52 ℃。据上述理论结果进行验证性试验，可得出汁率为77.2%，基本符合理论得率。

3 结论

试验结果表明，在酶用量、酶添加时间和酶解温度为最佳配合的工艺条件下，番茄汁出汁率可以达到77.38%。该结果处于较高水平。

参考文献

[1]李金玉.番茄汁饮料稳定性研究[D].北京：中国农业大学，2007.

[2] 陈娟，阚健全，杜木英等.果胶酶制剂及其在果浆出汁和果汁澄清方面的应用[J].中国食品添加剂，2006（3）：12.

[3] 付莉，顾英.果胶酶提高番茄出汁率的工艺研究[J].中国酿造，2009，207（6）.

[4] 周广麒，韩政泉，王培忠，等.响应面法提高巨峰葡萄汁率的研究[J].安徽农业科学，2011，39（1）：250-251，257.

[5] 吴文龙，王小敏，李维林，等.不同加工工艺对黑莓浆果出汁率及果汁品质的影响[J].食品科学，2008，29（3）：172-175.endprint