柑橘生物酶法脱囊衣技术研究

※生物工程食品科学

2009, Vol. 30, No. 03141

柑橘生物酶法脱囊衣技术研究

单　杨１，２，３，李高阳２，３，张菊华２，３，苏东林２，３

（１．中南大学化学学化工学院，湖南　长沙　　　　　　４１００８３；２．国家柑橘加工技术专业研发分中心，湖南　长沙　　　　　　４１０１２５；

３．湖南省农产品加工研究所，湖南　长沙　　　　　　４１０１２５）

摘　　　要：本实验进行了生物酶法脱除柑橘囊衣的优化工艺条件研究。同时利用扫描电镜观察了酶解过程中囊衣结构变化。结果表明，复合酶制剂脱囊衣的优化酶解工艺为酶浓度０．３５％（ｇ／Ｌ）、变电频率４０Ｈｚ、ｐＨ４．５、在４０℃下酶解５０ｍｉｎ。柑橘生物酶法脱囊衣桔瓣呈现优良的外观，组织紧密和光泽好。关键词：柑橘；脱囊衣；酶法；扫描电镜

Ａ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｔａｋｉｎｇ　ｏｆｆ　Ｃｉｔｒｕｓ　Ｆｒｕｉｔ　Ｍｅｓｏｃａｒｐ　Ｕｓｉｎｇ　Ｃｏｍｐｏｕｎｄ　Ｅｎｚｙｍｅ　Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ａ　Ｓｅｌｆ－ｍａｄｅ　Ｄｅｖｉｃｅ

ＳＨＡＮ　Ｙａｎｇ１，２，３，ＬＩ　Ｇａｏ－ｙａｎｇ２，３，ＺＨＡＮＧ　Ｊｕ－ｈｕａ２，３，ＳＵ　Ｄｏｎｇ－ｌｉｎ２，３

（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　Ｃｅｎｔｅｒ　Ｓｏｕｔｈ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　Ｃｈａｎｇｓｈａ　　　　　　４１００８３，Ｃｈｉｎａ；２．　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｉｔｒｕｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｅｎｔｅｒ，　Ｃｈａｎｇｓｈａ　　　　　　４１０１２５，　Ｃｈｉｎａ；

３．　Ｈｕｎａｎ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｐｒｏｄｕｃｔ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，　Ｃｈａｎｇｓｈａ　　　　　　４１０１２５，　Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ　：Ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔａｋｉｎｇ　ｏｆｆ　ｃｉｔｒｕｓ　ｆｒｕｉｔ　ｍｅｓｏｃａｒｐ　ｕｓｉｎｇ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｅｎｚｙｍｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａ　ｓｅｌｆ－ｍａｄｅ　ｄｅｖｉｃｅｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．　Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｃｔｕｒｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｏｆ　ｃｉｔｒｕｓ　ｆｒｕｉｔ　ｍｅｓｏｃａｒｐ　ａｆｔｅｒ　ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ　（ＳＥＭ）．　Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｅｎｚｙｍｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｍｏｕｎｔ　０．３５％（ｇ／Ｌ），　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　４０　Ｈｚ，　ｐＨ　４．５，　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　　４０　℃　ａｎｄ　ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ　ｔｉｍｅ　５０ｍｉｎ．　Ｔｈｅ　ｍｅｓｏｃａｒｐ－ｔａｋｅｎ　ｏｆｆ　ｃｉｔｒｕｓｆｒｕｉｔ　　ｈａｓ　ａ　ｇｏｏｄ　ａｐｐｅａｒａｎｃｅ　ａｎｄ　ｉｓ　ｆｉｒｍｅｒ　ａｎｄ　ｓｈｉｎｉｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ａｃｉｄ－ａｌｋａｌｉｎｅ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｉｔｒｕｓ；ｔａｋｉｎｇ　ｏｆｆ　ｍｅｓｏｃａｒｐ；ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ；ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓ　（ＳＥＭ）

中图分类号：ＴＳ２５５．３６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　文章编号：１００２－６６３０（２００９）０３－０１４１－０４

柑橘罐头为我国柑橘加工主导产品，占柑橘加工量的８０％以上，２００６年占国际市场的７０％［１］。目前，柑橘罐头加工中基本沿用传统的酸碱法脱囊衣工艺，该工艺生产效率低、碎瓣率较高、生产中耗水量大。同时，也产生了大量的工业碱液废水，不仅增加了产品生产成本、减少了产品的安全性，而且出口贸易容易遭遇技术壁垒和绿色壁垒，严重影响国内柑橘罐头加工企业在国际市场优势竞争力的继续保持。

近年来，生物技术在柑橘罐头工业的应用在国外得到了科研人员的关注，主要有微生物法去皮［２］和生物酶法去皮［３－９］，其中生物酶法进行柑橘去皮为关注的热点。此外，也有关于机械和冻融去皮的文献报道［１０－１１］。生物酶法脱囊衣是一种生产效率高、产品质量稳定、安全性高、不污染环境的柑橘罐头脱囊衣新技术，在国内尚属空白。本研究探讨酶法崩解桔瓣囊衣的原理，对

收稿日期：２００８－０１－１４

复合酶制剂酶解柑橘囊衣的工艺条件进行优化，以期为产业化推广打下理论基础。１１．１

材料与方法

材料与试剂

温州蜜橘　　　　湖南省园艺研究所；复合酶制剂　　　　湖南尤特尔生化有限公司；所用化学试剂均为国产分析纯。１．２设备与仪器

柑橘酶法脱囊衣装置　　　　湖南省农产品加工研究所；ＪＳＭ－５６００ＬＶ扫描电子显微镜　　　　日本ＪＥＯＬ公司。１．３方法电镜样品处理方法

分别选取柑橘新鲜和酶处理后的囊衣，用ＦＡＡ固定液固定，在囊衣的不同部位各剪取２～３小块（约２ｍｍ×２ｍｍ）的材料样品，将剪取的材料依次经６５％、７５％、１．３．１

基金项目：湖南省“十一五”重大科技专项项目（２００６ＮＫ１００２）；国家“８６３”项目（２００７ＡＡ１０Ｚ３０７）作者简介：单杨（１９６３－），男，研究员，博士，主要从事食品生物技术、食品安全和农产品精深加工研究。

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食品科学※生物工程

８５％、９５％和１００％的乙醇逐级脱水，再经乙酸异戊酯梯度处理，然后在Ｈｉｔａｃｈｉ　ＨＣＰ．２　ＣＯ２临界点干燥仪中干燥，并用双面胶粘贴在样品台上，经ＲＭＣ．Ｅｉｋｏ　ＩＬ－３离子溅射仪两次喷金镀膜后，在ＪＥＯＬ　ＪＳＭ－５６００ＬＶ扫描电子显微镜下进行观察并照相。１．３．２

酶法脱囊衣方法

以新鲜、成熟的柑橘类水果为原料，先对柑橘进行选果和清洗，进一步热烫去皮除脉络，然后将带囊衣橘瓣加入已配制的酶解液中，进行酶解，去除囊衣得到柑橘全脱囊衣橘瓣。１．３．３

柑橘酶法脱囊衣装置简介

目前，通过酸碱处理方法脱除柑橘等果蔬囊衣一般采用两种处理设备：一种是酸碱池，另一种是酸碱流槽。酸碱流槽是对传统酸碱池的一种自动化改进，是酸碱液在自然落差驱动下带动浸泡在其中的橘瓣等在盘旋流槽中流动，流速恒定不变，但存在占用空间大，温度难以控制的问题。无论是酸碱脱囊衣，还是微生物（酶）法脱囊衣，适当升高处理溶液温度和流速都可以提高囊衣脱除的效率。酸碱池脱囊衣由于没有外力源，酸碱液不流动，脱囊衣的浸泡时间较长，影响了橘瓣等的口感（硬脆度）；而酸碱流槽脱囊衣没有温控装置，囊衣脱除的效率较低。

柑橘酶法脱囊衣装置（图１）所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种可以保证处理溶液流动，且可以方便调节溶液温度，以提高柑橘等果蔬皮、囊衣的脱除效率和脱囊衣溶液利用率的果蔬去皮、脱囊衣装置。

１２１１４１１１７１６２６１６２４１０１３

５８１８６７２

时间，提高处理效率；（３）通过变频器控制芯片改变水泵电机的速度，使循环水均匀流动，减少对橘瓣的冲击；（４）设有自动温控装置，使处理溶液保持最佳的处理温度，提高果蔬皮、囊衣脱除效率，减少浸泡时间，提高橘瓣等果蔬的口感（硬脆度）；（５）在回流槽中设有粗滤装置，使被脱除后的果蔬皮、囊衣集中在回流槽中，便于集中清理，在进水管路上装设有精滤器，提高回流溶液的质量。１．３．４

单因素试验

以温州蜜桔桔瓣为试验原料，酶量０．２％～０．５％（ｇ／Ｌ，间隔为０．１％）、橘瓣与酶液１：５～１：２０（Ｗ／Ｗ，间隔为５）、酶解时间３０～６０ｍｉｎ（间隔为１０ｍｉｎ）、酶解温度４０～６０℃（间隔为５℃）、中试设备电机频率０～５０Ｈｚ。１．３．５

正交试验

在确定ｐＨ值为４．５的前提下，选用酶浓度、酶解

时间、酶解温度、电机频率作为柑橘酶法脱囊衣工艺的试验因素，采用Ｌ９（３４）正交表进行试验。１．３．６

评价方法

来自不同专业的男女组成评测小组，每小组７人，共两组，按评分标准对酶解完成后的橘瓣进行感官评分。

表　１　　　评分标准

Table 1 Sensory evaluation standards for citrus fruit after

enzymatic hydrolysis of mesocarp and rinsing酶解后（５０分）完整不散瓣（２５分）柔软有韧性（１０分）无或少量脉络残留（１５分）

漂洗后成品（５０分）

橘瓣凹部无或少量脉络残留（１５分）

橘肉无损坏（２０分）无囊衣残留（１５分）

Ａ评分在９０～１００分之间代表相应的处理时间内橘瓣

表面的橘络以及海绵状组织无残留，橘瓣囊衣基本无残留；８０～９０分之间表示橘瓣表面的橘络以及海绵状组织基本无残留，橘瓣囊衣残留较少；７０～８０分之间表示橘瓣处理稍微过度，有少量的汁胞受到损害或橘瓣上残余较多的囊衣和海绵状组织；６０～７０分之间表示有较多的外露囊衣残留，白色物质残留较多，或者处理较为过度，有较多的汁胞受损；６０分以下表示囊衣去除程度远远不够，或者处理后果肉严重受损。１．３．７

数理分析方法

使用统计软件Ｔｈｅ　ＳＡＳ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｗｉｎｄｏｗｓ　９．０对数据进行处理。２２．１

结果与分析

柑橘酶法脱囊衣的原理

１．控制装置；２．加热器；３．有机玻璃盖；４．粗滤头；５．放料口；６．环状工作池；６１．容水腔；６２．环状工作流槽；７．回流槽；８．溢水管；９．保温材料；１０．外壳；１１．精滤器；１２．水泵；１３．过滤板；１３１．固定钢板；１３２．过滤孔；１４．底座；１５．进水孔；１６．进水管路；１７．

回流管路。

图１　　　酶法脱囊衣中试装置

Fig.1 Pilot equipment for taking off citrus fruit mesocarp using

compund enzyme preparation

与现有技术相比，本装置的优点在于：（１）该装置构成了一个整体的循环回路，可以实现处理溶液的循环利用，提高处理溶液的利用率；（２）通过酶液的循环，使橘瓣与处理溶液充分接触，加快处理速度，节省处理

※生物工程食品科学

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表　２　　　　正交试验因素水平表

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酶法脱囊衣就是在不影响橘瓣果肉的前提下，通过酶解作用分解橘瓣囊衣中的果胶质和纤维素，使橘瓣囊衣崩解，实现囊衣和汁胞分离的目的。柑橘橘瓣由一层半透明薄膜包裹，这层薄膜就是囊衣。橘瓣囊衣由１０～２０层薄壁细胞组成，内层细胞大而且排列不规则，表层细胞较小，排列整齐且紧密，最外层被有蜡质层，细胞间有果胶质和纤维素相黏连，具体结构见电镜图２。酶制剂对囊衣的作用效果见电镜图３。

Table 2 Factors and levels of orthogonal test for taking off citrus

fuit mesocarp

水平１２３

Ａ　酶浓度（％）

０．２５０．３００．３５

Ｂ　频率（Ｈｚ）

２０３０４０

Ｃ　时间（ｍｉｎ）

４０５０６０

Ｄ　温度（℃）

４０４５５０

表　３　　　正交试验设计方案与结果

Table 3 Design and results of orthogonal test for taking off citrus

fruit mesocarp

试验号１２３４５６７８９

Ａ０．２５０．２５０．２５０．３００．３００．３００．３５０．３５０．３５８０．２８７．６９１．６１１．４

Ｂ２０３０４０２０３０４０２０３０４０８４．３８６．６８８．５４．２

Ｃ４０５０６０５０６０４０６０４０５０８５．０８８．８８５．６３．８

Ｄ４０４５５０５０４０４５４５５０４０８５．０８８．３８６．２３．３

分值　１７６８３８０８６８４８９９１８８９３

分值　２７４８６８２８９８７９１９０９２９６

图２　　　天然柑橘囊衣电镜图

Fig.2 Electron microscope image of original citrus fruit

mesocarp

ｋ１ｋ２ｋ３Ｒ

表　４　　　　正交试验方差分析表

Table 4 ANOVA of orthogonal test results

变异来源模型酶浓度频率时间Ｃ

图３　　　酶处理柑橘囊衣电镜图

Fig.3 Electron microscope image of citrus fruit mesocarp treated

with compound enzyme

preparation

温度误差总和

自由度８２２２２９

平方和５４６．００４０９．００５２．３３５０．３３３４．３３３２．５０１７

均方６８．２５２０４．５０２６．１６２５．１６１７．１６３．６１５７８．５０

Ｆ值１８．９０５６．６３７．２５６．９７４．７５

ｐ＜０．０００１＜０．０００１０．０１３３０．０１４８０．０３９０

如图２、３所示，酶处理后囊衣组织细胞间出现较大空隙，整齐且紧密的表层细胞层排列变得杂乱而不规则。这是因为酶具有高效性和专一性，不同的酶仅对相应单一组分作用。利用复合酶制剂分解囊衣中果胶质和纤维素组分，使囊衣组织细胞相互间失去连接，导致组织细胞松散，破坏囊衣的紧密结构，实现囊衣的崩解，进而使囊衣与汁胞分离。２．２

试验设计与结果

根据单因素试验结果（确定橘瓣与酶液之比为１：２０、ｐＨ值为４．５），选择酶浓度０．２５％～０．３５％（ｇ／Ｌ）、酶解时间４０～６０ｍｉｎ、酶解温度４０～５０℃、电机频率２０～４０Ｈｚ进行柑橘酶法脱囊衣中试工艺正交试验。试验设计及结果见表２、３。２．３

方差分析

对试验数据进行方差分析（表４），发现除了酶浓度

在ｐ＜０．０１水平影响显著外，其余诸因素均在ｐ＜０．０５呈显著影响效应。２．４

因子水平间的效应分析

在ｐ＜０．０５条件下，对试验因素Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ

进行邓肯氏新复极差测验（表５）可知：只有酶浓度对试验的影响效应呈现出极显著性；其它试验因素对试验的影响效应并不是太显著。Ａ３与Ａ１水平间效应有极显著性的区别，以Ａ３最好，酶浓度过少不能达到全脱囊衣的效果。Ｂ３与Ｂ１之间效应区别显著，频率过小，酶解过程整体流动性差，不利于橘瓣脱囊衣；但频率也不能过大，否则会冲击橘瓣导致其散瓣或损坏。Ｃ２与Ｃ１、Ｃ３之间效应有显著性的区别，但Ｃ１和Ｃ３之间差别不明显。这说明一定范围内的延长时间有利于酶解囊衣，使产品获得良好的感官质量；若时间进一步增加，则果肉也会在酶的作用下被蚀离。Ｄ２、Ｄ１同Ｄ３水平间效应的区别，

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食品科学

３．２

※生物工程

复合酶制剂具有最佳的脱囊衣效果，优化酶解工

其趋势等同于酶解时间。这说明一定范围内的升温有利于酶解囊衣，使橘瓣的脉络和囊衣剥离，具备良好的感官品性；若温度进一步增加，则果肉会失去弹性而变软，也会在酶的作用下被蚀离。在本试验中，四个因素的优水平分别是Ａ３、Ｂ３、Ｃ２和Ｄ２，即酶浓度０．３５％（ｇ／Ｌ）、频率４０Ｈｚ、时间５０ｍｉｎ、温度４５℃。

表　５　　　各因子的新复极差测验表

Table 5 Results of Duncan's multiple range test for four factors

艺为：在酶浓度０．３５％（ｇ／Ｌ）、变电频率４０Ｈｚ、ｐＨ４．５、４５℃的条件下酶解时间５０ｍｉｎ。

参考文献：

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［８］

ＬＩＵ　Ｆ，　ＯＡＭＡＮ　Ａ，　ＹＵＳＯＦ　Ｓ．　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｅｎｚｙｍｅ－ａｉｄｅｄ　ｐｅｅｌｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｌｏｃａｌ　ｍａｎｄａｒｉｎ　（Ｃｉｔｒｕｓ　ｒｅｔｉｃｕｌａｔａ　Ｂ．）　ｓｅｇｍｅｎｔｓ［Ｊ］．　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＦｏｏｄ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ａｎｄ　Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ，　２００４，　２８（５）：　３３６－３４７．

［９］

ＰＡＧＡＮ　Ａ，　ＣＯＮＤＥ　Ｊ，　ＩＢＡＲＺ　Ａ，ｅｔ　ａｌ．　Ｏｒａｎｇｅ　ｐｅｅｌ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ａｎｄｅｎｚｙｍｅ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ｐｅｅｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒ－ｎａｌ　ｏｆ　Ｆｏｏｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　２００６，　４１（２）：　１１３－１２０．

［１０］［１１］

ＣＡＲＬＩＯＺ　Ｐ．　Ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｔｏｏｌ　ｆｏｒ　ｐｅｅｌｉｎｇ　ｅ．ｇ．　ｃｉｔｒｕｓ　ｆｒｕｉｔ：　Ｆｒａｎｃｅ，　２８６７３７１［Ｐ］．　２００５－０９－１６．

ＳＡＧＥ　Ｐ．　Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｐｅｅｌｉｎｇ　ｃｉｔｒｕｓ　ｆｒｕｉｔ：　ＵＳ，　４３９４３９３［Ｐ］．　１９８３－０７－１９．

酶浓度Ａ３Ａ２Ａ１

平均数９１．６

Ａａ

频率Ｂ３Ｂ２Ｂ１

平均数８８．５

Ａａ

时间Ｃ２Ｃ３Ｃ１

平均数８８．８

Ａａ

温度Ｄ２Ｄ３Ｄ１

平均数８８．３Ａａ８６．２ＡＢａ８５．０Ｂａ

８７．６Ｂｂ８０．２Ｃｃ

８６．６ＡＢａｂ８４．３Ｂｂ

８５．６Ｂａｂ８５．０Ｂｂ

注：各平均数间凡有一个相同上标字母的即为差异不显著，凡无相同上

标字母的即为差异显著；小写字母表示显著水平ｐ＝０．０１，大写字母表示显著水平ｐ＝０．０５。

同传统酸碱脱囊衣比较，柑橘酶法脱囊衣桔瓣呈现优良的外观，组织紧密和光泽好。ＧＢ　１１６７１—２００３检测结果显示，果实中ＶＣ保存效果较好，且无重金属残留（传统工艺中有过重金属残留，ＧＢ　５１７５—２０００）。３３．１

结　　论

复合酶制剂分解囊衣中果胶质和纤维素组分，使

囊衣组织细胞相互间失去连接，导致组织细胞松散，破坏囊衣的紧密结构，实现囊衣的崩解，进而使囊衣与汁胞分离。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/d7h4.html