酶解法脱糖提升黄骅冬枣脆片贮存稳定性的研究

张亚旭,李文钊*,刘馨阳,王智珍,路晓,李玉爽,徐艳朋,阮美娟

(天津科技大学 食品科学与工程学院,天津,300457)

摘 要 黄骅冬枣糖分含量高,带给人们美味的同时也使黄骅冬枣脆片贮存期间易吸湿,出现黄骅冬枣脆片品质软化现象,明显的影响了黄骅冬枣脆片的口感。该文利用葡萄糖氧化酶作用对冬枣脆片进行部分脱糖处理,通过正交优化试验方法研究了酶解时间、酶添加量、酶解温度、料液比以及冬枣片厚度对冬枣脆片脱糖率及感官品质的影响,并通过等温吸附的方法研究了冬枣脆片的贮存稳定性。结果表明,在酶解时间为35 min,酶添加量0.15%(质量分数),酶解温度45 ℃,料液比1∶2(g∶mL),冬枣脆片厚度为10 mm条件下,冬枣脆片的脱糖率为43.30%,即还原糖含量为18.14%,与脱糖前冬枣脆片还原糖含量(32.00%)相比明显低,感官评分值为85.86分,综合评分值为98.98分。此条件下脱糖率最高,即还原糖含量降到最低,综合评分值达到了最高,冬枣脆片吸湿性能明显变弱,稳定性更好。该研究结果将为冬枣脆片相关产品的开发提供一定的理论及数据支持。

关键词 冬枣脆片;葡萄糖氧化酶;酶解;脱糖率;稳定性

冬枣(Ziziphus jujuba cv.Dongzao)又名冻枣、冰糖枣、雁来红等,是我国特有的鲜食枣品种,晚熟,被公认为品质最优的鲜食枣品种[1]。冬枣果实皮薄,汁液较多而无渣,口感脆甜,风味极佳,形状近圆形,果皮色泽鲜亮,美观诱人,在成熟时果面呈赭红色,果肉多呈绿白色[2]。冬枣主要种植于中国山东、山西和河北省,种植面积近133.000万hm2[3],在中国已有四千多年的栽培历史[4]。枣果实含有多种生物活性化合物,具有抗癌、抗肥胖、抗炎合抗氧化等生物功能[5]

冬枣脆片营养丰富,既可以作为干果直接食用,也可以用作泡茶、煮粥、煲汤等调味配料,深受消费者喜爱。冬枣脆片干燥方式主要有自然晾晒、热风干燥、真空脉动干燥及热风与红外干燥等[6]。但目前冬枣脆片加工技术的关注点多集中在干燥技术本身,在一定程度忽略了冬枣脆片贮存稳定性较差的问题,即冬枣脆片在贮存过程中会出现吸湿返潮、软化等现象从而影响口感。冬枣脆片贮存稳定性除与外界环境湿度、冬枣脆片的包装等因素有关外,根本原因在于冬枣片中存在具有吸湿性物质。冬枣脆片中广泛分布着葡萄糖、果糖和蔗糖在内的糖类[7],据黄秀清[8]测定,黄骅冬枣白熟期含糖量为32.2%,国标法测定冬枣脆片的还原糖含量为31.87%,这些糖类一方面贡献了令人愉悦的甜味,决定了大枣的风味品质,赢得很多人的喜爱;另一方面,葡萄糖和果糖易吸湿[9],从而影响冬枣脆片的贮存稳定性。要想提高冬枣脆片的贮存稳定性可采取的途径与方式有多种,如采用封闭性高的包装材料隔绝环境中水气的侵染、包装时选择稳定性好的干燥剂、水溶冬枣脆片中的吸湿物质、酶解脱糖等。

葡萄糖氧酶(glucose oxidase E.C.1.1.3.4 GOD),系统名称为β-D-葡萄糖氧化还原酶(EC1.1.3.4),是一种黄素蛋白,能够以分子氧为电子受体,将β-D-葡萄糖催化氧化为葡萄糖酸内酯与过氧化氢[10-12]。葡萄糖氧化酶具有催化效率高、无毒副作用、高度专一性等特点,并能将葡萄糖氧化成葡萄糖酸而起到去除葡萄糖、脱氧、杀菌等效果[13-14]。因而被广泛地应用于医药生产[15-16]、食品加工[17-20]、饲料添加[21-22]等方面。

本研究期望通过葡萄糖氧化酶对冬枣片进行酶解处理,适度降低冬枣脆片中的还原糖含量,在保持冬枣脆片原有的酥脆及酸甜适度的口感基础上,又能在一定程度上降低冬枣脆片的吸湿性,从而提高冬枣脆片的贮存稳定性,为冬枣脆片在食品工业中的开发提供一定的理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黄骅冬枣,黄骅市国润生态食品有限公司;葡萄糖氧化酶(酶活力为50 000 U),河南万邦实业有限公司;盐酸溶液,乙酸锌溶液,亚铁氰化钾溶液,氢氧化钠溶液等均为分析纯。

1.2 仪器与设备

YH-A10002电子天平,瑞安市英衡电器有限公司;德式果蔬脱水器,广州官发商贸有限公司;XMTD-204数显式电热恒温水浴锅,天津市欧诺仪器仪表有限公司;电热鼓风干燥箱,青岛正辰润科检测仪器有限公司;动态水蒸气吸附仪,英国Surface Measurement Systems公司。

1.3 实验方法

1.3.1 冬枣脆片的制备

挑选新鲜冬枣清洗、去核、切片。将切好的冬枣片进行酶解处理。酶解处理完成后进行脱水,脱水选用电动蔬菜脱水器进行脱水,脱水时间约为60 s。脱水后冬枣片均匀的铺在干燥盘中,将铺有冬枣片的干燥盘放入电热鼓风干燥箱,于75 ℃热风干燥至含水量小于8%,再将热风干燥的冬枣脆片从电热鼓风干燥箱中拿出,冷却至室温得到成品。

1.3.2 单因素试验

在前期酶解预实验的基础上,分别考察葡萄糖氧化酶添加量、酶解时间、酶解温度、料液比、冬枣片厚度5个因素的影响,以冬枣脆片的脱糖率和感官品质为评价指标,分别设置葡萄糖氧化酶添加量(以冬枣片的质量为标准)0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%;酶解时间25、30、35、40、45、50 min;酶解温度35、40、45、50、55、60 ℃;料液比1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5(g∶mL);冬枣脆片厚度7、8、9、10、11、12 mm,考察不同酶解条件对冬枣脆片脱糖率及感官品质的影响。此外,前期试验结果还发现酶解处理对冬枣脆片的色差、硬度及脆度等感官品质指标均无显著影响,故本实验采用主观感官评分方法评价冬枣脆片感官品质。

1.3.3 正交试验

在单因素试验基础上,固定料液比为1∶2(g∶mL)、冬枣片厚度为10 mm,采用正交法对工艺条件进行优化。分别以酶添加量(A)、酶解时间(B)、酶解温度(C)3个因素为自变量,仍选择冬枣脆片脱糖率及感官品质作为观测指标。采用L9(34)设计正交试验,优化酶解工艺参数,设计正交试验因素水平见表1。

表1 正交试验因素与水平设计
Table 1 Orthogonal test factors and horizontal design

水平A(酶解时间)/hB(酶添加量)/%C(酶解温度)/℃1350.15402400.20453450.2550

1.3.4 冬枣脆片脱糖率的测定

参照GB 5009.7—2016《食品安全国家标准 食品中还原糖的测定》第一法测定冬枣脆片的还原糖含量。冬枣脆片脱还原糖率按照公式(1)计算[23]:

(1)

式中:W,表示脱糖率,%;X1,酶解前冬枣脆片还原糖含量,%;X2,酶解后冬枣脆片还原糖含量,%。

1.3.5 冬枣脆片的感官品质评价

选取10名经过培训及筛选的具有食品专业背景的研究生组成评价小组,分别对冬枣脆片的形态、色泽、滋味与口感为指标[24]进行感官评价,总分100,取均值。具体评分标准见表2。

表2 冬枣脆片感官品质评分标准
Table 2 Winter jujube chips of composite texture protein

项目分数评分标准外观20枣片形态平整,厚度基本一致,无明显变形(16~20);枣片有轻微皱缩(11~15);表面不平整,皱缩较严重(6~10);表面弯曲,皱缩严重(1~5)色泽20色泽均匀,果肉白色(16~20);果肉呈浅黄色(11~15);果肉成黄色或者浅棕色(6~10);果肉呈褐色(1~5)滋味20具有浓厚的枣香味(16~20);带有枣香味,不浓厚(11~15);无枣香味,出现焦糊味(6~10);焦糊味明显(1~5)口感40酸甜适中,香脆可口(31~40);甜酸稍差,枣香味淡(21~30);无枣香味,过酸或过甜(11~20);口感差,酸甜失调,柔软不酥脆(1~10)

1.3.6 冬枣脆片的贮存稳定性测定

选取100 mg样品放入动态水蒸气吸附仪的样品室,设置温度为25 ℃,起始湿度为0,终止湿度为100%,水蒸气压间隔为10%,在每个湿度条件下平衡120 min,每个湿度的质量变化率为0.002%,通过数据变化观察及分析冬枣脆片的吸湿性。

1.4 数据分析

用Excel 2016进行数据处理、利用SPSS 16.0中Duncan检验对数据进行显著性分析(P<0.05),图像采用Origin 2018绘制,所得结果均采用3次重复实验的平均值和标准差表示。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 酶解时间对冬枣脆片脱糖率和感官品质的影响

由图1可知,酶解时间从25 min延长到40 min时,冬枣脆片的脱糖率明显呈现增大趋势,当酶解时间大于40 min时,冬枣脆片的脱糖率呈现降低趋势。主要是由于冬枣片表面的葡萄糖被葡萄糖氧化酶催化,使葡萄糖分解成了葡萄糖酸,从而导致溶液中pH值发生了改变,葡萄糖氧化酶的活力降低[23],冬枣脆片的脱糖率出现下降趋势,因此酶解时间大于40 min时,冬枣脆片的脱糖率随着酶解时间的延长基本不再增大。冬枣脆片的感官评分值随着酶解时间的延长而逐渐增大,当酶解时间达到40 min时,冬枣脆片的感官评分值达到了最高;当酶解时间大于40 min时,冬枣脆片的感官评分值明显降低。这是因为随着酶解时间的延长,冬枣脆片脱糖效果更好,使得冬枣脆片酸甜适中,有冬枣脆片的独特香味,感官评分值增加;当酶解时间超过40 min时,冬枣片干燥成冬枣脆片时品质明显受损,口感差、酸甜失调、枣香味弱,故感官评分值明显降低。综上所述,初选酶解时间为40 min是酶解处理冬枣片较好的条件。

图1 酶解时间对冬枣脆片脱糖率和感官评分的影响
Fig.1 Effects of enzymatic hydrolysis time on desugaring rate and sensory score of winter jujube chips

2.1.2 葡萄糖氧化酶添加量对冬枣脆片脱糖率和感官品质的影响

由图2可知,葡萄糖氧化酶添加量为0.10%时,冬枣脆片的脱糖率最低,随着葡萄糖氧化酶添加量的增加,脱糖率开始迅速增加,当葡萄糖氧化酶的添加量为0.20%时,冬枣脆片的脱糖率达到最大值;当葡萄糖氧化酶的添加量大于0.20%时,冬枣脆片的脱糖率略微减小,在考虑节约成本及经济效益的情况下,在脱糖时,葡萄糖氧化酶的添加量应选择0.20%相对比较合适。葡萄糖氧化酶添加量为0.10%~0.25%时,冬枣脆片的感官评分值随着葡萄糖氧化酶添加量的增加呈现增加的趋势,当葡萄糖氧化酶添加量达到0.20%时,其感官评分值最高,当葡萄糖氧化酶添加量大于0.20%时,感官评分值略有变化,但不明显。这是因为随着葡萄糖氧化酶添加量的增加,冬枣脆片酸甜适中、香脆可口,具有浓厚的枣香味,感官评分值增加。综上所述,初选葡萄糖氧化酶添加量为0.20%是酶解处理冬枣片较好的条件。

图2 葡萄糖氧化酶添加量对冬枣脆片脱糖率和 感官评分的影响
Fig.2 Effects of glucose oxidase addition on desugarization rate and sensory score of winter jujube chips

2.1.3 酶解温度对冬枣脆片脱糖率和感官品质的影响

由图3可知,随着酶解温度的不断升高,冬枣脆片的脱糖率先迅速增大,后缓慢减小,在酶解温度达到45 ℃时,冬枣脆片的脱糖率达到了最大值。这可能是因为酶是具有空间构象的生物活性物质,其空间构象也受到温度的影响,温度过高则会影响其空间结构,从而影响了葡萄糖氧化酶的活力,超过45 ℃时,随温度的升高,酶的稳定性越来越低,温度的升高就加剧了酶的二级结构的改变,酶活力开始下降[25],故影响了冬枣脆片的脱糖率。因此酶解温度达到45 ℃时酶解效果最佳。随着酶解温度的增加,冬枣脆片的感官评分值不断增加,当酶解温度为45 ℃时,冬枣脆片的感官评分达到最大;当酶解温度大于45 ℃时,冬枣脆片的感官评分值明显下降;这是因为随着酶解温度升高,冬枣脆片的脱糖程度更好,使得冬枣脆片酸酸甜甜,口感佳;当酶解温度大于45 ℃时,冬枣脆片会发生较明显的皱缩、果肉呈深棕色、酸甜也随之失调。综上所述,初选酶解温度为45 ℃是酶解处理冬枣片较好的条件。

图3 酶解温度对冬枣脆片脱糖率和感官评分的影响
Fig.3 Effects of enzymatic hydrolysis temperature on desugaring rate and sensory score of winter jujube chips

2.1.4 料液比对冬枣脆片脱糖率和感官品质的影响

由图4可知,料液比从1∶1(g∶mL,下同)升高到1∶2时,冬枣脆片的脱糖率迅速增大,当料液比大于1∶2时,冬枣脆片的脱糖率变化不明显。这是因为当料液比过小时,冬枣片表面有黏度,且冬枣片无法与溶液全部接触,导致葡萄糖氧化酶不能充分与冬枣片表面的葡萄糖接触,因此冬枣脆片的脱糖率低;增大料液比使葡萄糖氧化酶与底物得到更多的结合[26],脱糖率随之升高,在料液比为1∶2时,冬枣脆片的脱糖率达到了最高。料液比为1∶1,冬枣脆片的感官评分值最低,当料液比大于1∶1时,冬枣脆片的感官评分值先迅速增大后趋于稳定。这是因为料液比为1∶1时,冬枣片无法与溶液充分接触,故导致冬枣脆片的酥脆性差、颜色不均匀;当料液比大于1∶1时,冬枣片能够与溶液充分接触发生酶解,故从节约角度考虑选择料液比为1∶2更为合适。综上所述,选料液比为1∶2是酶解处理冬枣片较好的条件。

图4 料液比对冬枣脆片脱糖率和感官评分的影响
Fig.4 Effects of feed-liquid ratio on desugaring rate and sensory score of winter jujube chips

2.1.5 冬枣片厚度对冬枣脆片脱糖率和感官品质的影响

由图5可知,随着冬枣片厚度的增加,冬枣脆片的脱糖率变化不明显,即冬枣片厚度的变化对冬枣脆片的脱糖率基本没有影响;感官评分值先增加后降低,当冬枣片厚度为10 mm时,冬枣脆片的感官评分达到最大,这是因为冬枣片略薄时酶解处理对冬枣脆片品质影响较大,使冬枣脆片出现脆度较差,枣香味不浓厚的现象,并且冬枣脆片表面不平整,出现皱缩;冬枣片偏厚时,硬度大,咀嚼相对困难,综上所述,酶解处理冬枣片时,选择厚度为10 mm的冬枣片。

图5 冬枣片厚度对冬枣脆片脱糖率和感官评分的影响
Fig.5 Effects of thickness of winter jujube chips on desugaring rate and sensory score of winter jujube chips

2.2 正交试验设计结果与分析

2.2.1 正交试验设计结果与分析

在上述单因素试验的基础上,选择对冬枣脆片脱糖率及感官评分值影响较大的3个因素,设计正交优化试验,以冬枣脆片酶解时的脱糖率及感官评分为指标。通过数据标准化后熵权法确定脱糖率和感官评分2个指标的权重系数分别为0.582 2和0.417 8。酶解正交试验结果与直观分析表见表3,方差分析结果见表4。根据实验结果,优选最佳酶解工艺为第9组(A3B3C2),即酶解时间为45 min,酶添加量为0.25%,酶解温度为45 ℃。在直观分析中,最优组合为A3B1C2,即酶解时间为45 min,酶添加量为0.15%,酶解温度为45 ℃。方差分析结果表明,因素C对实验结果有显著影响,实验结果与直观分析一致,因素C选择C2,因素AB为不显著因素,无显著影响,故A1A2A3中选A1为好,B因素中选B1为好,从营养角度考虑,盲目延长酶解时间可能会造成冬枣脆片中营养物质更多的损失;从生产实际情况出发,酶解时间长会导致耗能增多,酶添加量较多会增加经济成本,故A1B1为优选。因此最佳酶解工艺为A1B1C2,即酶解时间35 min,酶添加量0.15%,酶解温度45 ℃。表3综合评分按照公式(2)计算:

表3 正交试验结果与直观分析表
Table 3 Orthogonal test results and visual analysis

序号A(酶解时间)/hB(酶添加量)/%C(酶解温度)/℃D(空列)X(脱糖率)/%Y(感官评分)/分综合评分/分11(35)1(0.15)1(40)131.1682.2380.38212(0.20)2(45)235.7886.1788.37313(0.25)3(50)328.4466.6869.3842(40)12337.9687.0091.665223133.2570.1277.396231230.2587.8981.8773(45)13238.7572.2385.688321332.1282.9281.989332143.8684.8897.56K1238.14257.73244.23256.24K2247.75247.75278.51255.93K3266.13249.72232.46243.03k179.3885.9181.4185.41k282.5882.5892.8385.31k388.7183.2477.4980.01极差9.333.3215.354.40较优水平A3B1C2D1主次因素C>A>D>B

表4 方差分析表
Table 4 Variancel analysis

方差来源偏差平方和自由度F比F临界值显著性A122.00026.53619B18.66721.00019C384.667220.60719∗误差18.672

注:*表示显著水平(P<0.05)。

综合评分

(2)

式中:Wj1,脱糖率权重系数;Wj2,感官评分值权重系数。

2.2.4 工艺验证实验

为了进一步研究酶解脱糖工艺的可靠性及稳定性,根据正交试验结果筛选的工艺条件进行验证实验,按需称取3份冬枣脆片,按筛选的最佳工艺分别进行酶解脱糖,并测定酶解后冬枣脆片的脱糖率,再进行感官评价。结果见表5。结果表明,优选出的酶解工艺科学合理、稳定可行。

表5 工艺优化验证实验结果
Table 5 Process optimization validates experimental results

样品脱糖率/%感官评分/分综合评分/分143.1286.0098.44243.4284.4099.35343.3787.2099.17均值43.3085.8698.98相对标准偏差0.002 60.010.000 34

2.3 冬枣脆片贮存稳定性测定的实验结果

由图6可知,在料液比为1∶2(g∶mL)、冬枣片厚度为10 mm、酶解时间为35 min、酶添加量为0.15%、酶解温度为45 ℃的条件下酶解处理得到的脱糖后的冬枣脆片及脱糖前的冬枣脆片在水蒸气压力为0%~20%时,冬枣脆片对水蒸气的吸水量基本为0,即冬枣脆片在水蒸气压力为0%~20%时处于很稳定的状态,即基本没有吸湿性;当水蒸气压力大于20%,随着水蒸气压力的增加,脱糖前冬枣脆片对水蒸气的吸水量明显高于脱糖后的冬枣脆片对水蒸气压力的吸水量,这说明脱糖前冬枣脆片的吸水性明显强于脱糖后冬枣脆片的吸水性,故脱糖后的冬枣脆片相对更稳定,能更好的贮存。这是因为还原糖具有较强的吸水性,又因冬枣脆片中还原糖含量高,冬枣脆片便会易吸水,使冬枣脆片的表面容易发生变黏、浑浊、软化等现象[27], 失去原有的光泽从而严重影响口感,通过酶解的处理方式在一定程度上降低了冬枣脆片的还原糖含量,冬枣脆片的还原糖含量减少,故吸水性也明显降低。

图6 不同水蒸气压力下冬枣脆片对水蒸气的吸水量变化结果
Fig.6 Changes of water vapor uptake by winter jujube chips under different water vapor pressures

注:吸水量表示100 mg的样品在不同的水蒸气压下的吸水含量。

3 结论

本文通过正交试验法优化冬枣脆片的酶解法脱糖工艺,得出最优的工艺参数:酶解时间为35 min,酶添加量为0.15%,酶解温度为45 ℃,料液比为1∶2(g∶mL),冬枣脆片厚度为10 mm,在此条件下进行热风干燥的冬枣脆片的综合评分值为98.98分。并选择动态水蒸气吸附仪对冬枣脆片的吸水性进行试验及分析,发现脱糖前冬枣脆片对水蒸气的吸附量明显高于脱糖后冬枣脆片对水蒸气压的吸附量,证明酶解法脱糖在一定程度上明显降低了冬枣脆片的吸水性,故而使得冬枣脆片贮存更加稳定;同时通过感官评价发现,酶解法脱糖对冬枣脆片的口感也有一定的保障,即酸甜适中、香脆可口。

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Enzymatic desugaring to improve the storage stability of Huanghua jujube chips

ZHANG Yaxu, LI Wenzhao*, LIU Xinyang, WANG Zhizhen, LU Xiao, LI Yushuang, XU Yanpeng, RUAN Meijuan

(College of Food Science and Engineering, Tianjin University of Science &Technology, Tianjin 300457, China)

ABSTRACT The high sugar content of Huanghua winter jujube brings delicious taste, but at the same time makes its chips easy to absorb moisture during storage, resulting in softening of the chips and obviously affecting the taste of them.In this paper, glucose oxidase was used to partially remove sugar from winter jujube chips.The orthogonal optimization method was adopted to study the effects of enzymolysis time, enzyme addition amount, enzymolysis temperature, solid-liquid ratio and thickness of winter jujube chips on the desugarization rate and sensory quality of winter jujube chips.Isothermal adsorption method was also used to study the storage stability of winter jujube chips.The results showed that when the enzymolysis time was 35 min, the enzyme dosage was 0.15%, the enzymolysis temperature was 45 ℃, the ratio of solid to liquid was 1∶2(g/mL), and the thickness of winter jujube chips was 10 mm, the desugar rate was 43.30%, that is, the reducing sugar content of winter jujube chips was 18.14%.This content was significantly lower than that before desugar removal (32.00%), with the sensory score being 85.86 points, and the comprehensive score being 98.98 points.Under this condition, the desugar rate was the highest, or the reducing sugar content decreased to the lowest, the comprehensive score reached the highest, and the moisture absorption performance of winter jujube chips became weaker and the stability was better.The research results will provide some theoretical and data support for the development of winter jujube chips related products.

Key words winter jujube chips; glucose oxidase; enzymolysis; desugaring rate; stability

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.036700

引用格式:张亚旭,李文钊,刘馨阳,等.酶解法脱糖提升黄骅冬枣脆片贮存稳定性的研究[J].食品与发酵工业,2024,50(14):253-259.ZHANG Yaxu,LI Wenzhao,LIU Xinyang, et al.Enzymatic desugaring to improve the storage stability of Huanghua jujube chips[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(14):253-259.

第一作者:硕士研究生(李文钊教授为通信作者,E-mail:liwenzhao@tust.edu.cn)

基金项目:烘焙食品技术关键与新品研发(1800140061)

收稿日期:2023-07-07,改回日期:2023-10-26