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1、,果胶酶,果蔬加工中的应用,随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,果品成了人类健康不可缺少的营养物质。但是目前果品加工中存在着不少难题,例如果汁和果酒的澄清,果实的脱皮、加工过程中香气成分和营养物质的损耗等。解决这些难题仅仅靠改进加工工艺或增加设备投资是很难实现的。而目前有许多难题已经通过酶工程的应用得到了很好的解决。近年来,酶工程在果品加工中的应用非常广泛,所用的酶种类越来越多,数量也越来越大,人类已开发出应用于果蔬汁中的多种酶类,如果胶酶、果胶酯酶、纤维素酶、鼠李糖苷酶、中性蛋白酶、半乳甘露聚糖酶、液化葡萄糖苷酶等。,水果和蔬菜加工中使用的酶制剂,果胶酶的定义,果胶质广泛存在于高等植物中
2、，是植物细胞胞间层和初生壁的重要组成成分，植物的细胞组织间起“黏合”作用。近几年来，果胶质的生物降解日益引起国内外学者的广泛关注。果胶酶(pectolytic enzyme or pectinase)是指能够分解果胶物质的多种酶的总称。是果汁生产中最重要的酶制剂之一,已被广泛应用于果汁的提取和澄清、改善果汁的通量以及植物组织的浸渍和提取。,果胶酶的性状 果胶酶为果胶甲酯酶,果胶裂解酶,果胶解聚酶的复合物.为浅黄色粉末,无结块,易溶于水.可分别对果胶质起解脂作用,产生甲醇和果胶酸.水解作用产生半乳糖醛酸和寡聚半乳糖醛酸.作用温度10-60,最适温度45-50.作用PH值为3.0-6.0,最适PH
3、值为3.5.果胶酶的热稳定性较差.,果胶酶的分类及作用机制 从广义上讲，果胶酶可以被分为3种类型：原果胶酶：可以把不溶于水的原果胶分解为可溶于水的高聚合体果胶；果胶酯酶：脱去果胶中的甲氧基基团，促使果胶的脱甲酯作用；解聚酶：促使果胶中D-半乳糖醛酸的-1，4糖苷键的裂解。原果胶酶将不溶性的原果胶水解为水溶性果胶,根据其作用方式不同又可分为外切酶和内切酶。一般用苯酚-硫酸法测定溶液中由原果胶释放出果胶物质的量来确定原果胶酶的活力。聚半乳糖醛酸酶(PG)分为外切酶和内切酶。PG内切酶广泛存在于真菌、细菌和很多酵母中,高等植物中也发现有内切酶的存在。内切酶作用于聚半乳糖醛酸时,随机水解其中的半乳糖醛
4、酸单位,可使其溶液的粘度下降,但还原力增加不大。,聚半乳糖醛酸裂解酶(PGL)和聚甲基半乳糖醛酸裂解酶(PMGL)分别通过反式消去作用切断果胶酸分子和果胶分子的-1,4糖苷键,生成-4,5不饱和半乳糖醛酸。这两种裂解酶都分为外切酶和内切酶两种。一些植物软腐病菌、食品腐败菌以及霉菌均能产生外切聚半乳糖醛酸酶。,果胶酶产生菌,目前国内外研究和应用较多的果胶酶产生菌是细菌和霉菌，对霉菌发酵产果胶酶的研究主要集中在曲霉属中，而曲霉属中研究最多的是黑曲霉。其原因是，果胶酶被广泛应用于食品工业中，如用于果汁、果酒及中药营养液的深加工等，使得产品质量和外观得以改善，而生产食品酶制剂的菌株必须是安全菌株。黑曲
5、霉分泌的胞外酶系较全，不仅可以产生大量果胶酶，而且黑曲霉属于安全菌株。另外，黑曲霉产生的果胶酶最适pH值一般在酸性范围内，这也是其被应用于食品工业行业中的原因之一。,果胶酶的应用,1 果蔬汁的生产，果酒的澄清 目前，在大部分的原果汁、浓缩果汁的生产过程中，都在使用果胶酶由于各种水果中果胶的含量差别较大，而且果胶质的成分也略有差异，因此，要根据不同品种、不同加工目的来确定果胶酶的酶组成。2 天然产物的提取 果胶物质的存在不同程度的影响或阻碍着天然产物的释放。在适宜条件下，植物细胞会发生自溶也可产生包括果胶酶在内的分解酶类，但这会使待分离产物发生结构改变，甚至产生一些大多数情况下不利于分离的小分子
6、副产物，因此，靠植物细胞的自身酶系并不利于天然产物的提取。一般应先热失活钝化胞内酶系，再有选择地进行酶处理。利用酶类提取，不仅可提高萃取率，还可提高纯度。,3 纺织品的生物脱胶 用碱性果胶酶处理，代替碱对棉、麻等织物进行煮练加工和整理工艺，以去除初生胞壁中的果胶物质，在比较缓和的pH值和温度条件下使处理后的织物手感柔软，强度高，取代了耗能大、污染严重的传统热碱脱胶工艺。另外，可避免因微生物处理造成的纤维素的降解。4 造纸业的生物制浆 造纸工业中的生物制浆与纺织品的生物脱胶类似，都是通过果胶酶等酶处理降解植物纤维原料中的果胶、半纤维素及木质素，使其分散成满足造纸工业不同要求的束纤维或单纤维，以生
7、产柔软、均一、有弹性的高品质材料。由于纸浆中高分子果胶带负电荷，经酶降解至六糖以下即可将其除去，避免了成品纸的静电现象。在其他方面的应用：单细胞产品的生产、利用果胶酶生产果胶低聚糖。,果胶酶在果蔬生产加工中的应用,1 果汁的提取 目前果汁的提取方法主要是加压榨出和过滤,果汁加工时首先将植物细胞壁破坏。大多数植物细胞壁主要由纤维素、半纤维素和果胶物质等组成,细胞壁的结构较紧密,单纯依靠机械或化学方法难以将其充分破碎。另外,果胶随成熟度的增加,酯化程度较高,也是影响出汁率的主要因素之一。用果胶酶处理可以破坏果实细胞的网状结构,提高果实的破碎程度,有效降低其黏度,改善压榨性能,提高出汁率和可溶性固形
8、物含量,从而就能在压榨时达到提高出汁效率并缩短压榨时间的目的,同时把大分子的果胶物质降解后,有利于后续的澄清、过滤和浓缩工序。例如在苹果汁生产中,苹果要先经机械压榨,然后离心获得果汁,但果汁中仍然含有较多的不溶性果胶而呈浑浊状。直接将果胶酶加到苹果汁中,处理后经加热杀菌、灭酶、过滤得到澄清的果汁。,2 果胶酶能提高果蔬汁的出汁率,添加果胶酶制剂,则可降低葡萄汁液的黏稠度,提高出汁率,保证产品贮存稳定性,缩短加工时间,获得色泽清亮、汁液清澈的葡萄汁。例如,在苹果浓缩汁生产中,为了避免液化技术的缺点,很多厂商采用两阶段液化技术,或者称为果渣液化技术:首先在果浆中添加果胶酶,浸渍后压榨,或者不加果胶
9、酶直接压榨;接着将压榨后的果渣加水,之后加入果胶酶和纤维素酶进行酶解,然后压榨,从而大大提高苹果的出汁率。,3 果胶酶能使果蔬饮料澄清,果胶酶作用于果蔬汁时,除降低粘度外,还可产生絮凝作用,使果蔬汁澄清。澄清机理的实质包括果胶的酶促水解和非酶的静电絮凝两部分。果汁中有很多物质如纤维素、蛋白质、淀粉、果胶物质等影响澄清,且果胶物质是造成果汁混浊的主要因素。在樱桃汁的加工过程中,添加果胶酶使果胶水解,从而使樱桃汁黏度降低,过滤阻力减小,过滤速度加快;同时,由于樱桃汁中的悬浮果粒失去高分子果胶的保护,很容易发生沉降而使上层汁液清亮,在以后的澄清过程中,明胶澄清剂的加入量便可大大减少,甚至免加澄清剂。
10、果胶酶还可以用于苹果汁、甘蔗汁、蟠桃汁、桃杏李果汁等的澄清。添加果胶酶时,应使酶与果浆混合均匀,根据原料品种控制酶制剂的用量,并控制作用的温度和时间。若果胶酶与明胶结合使用,效果更佳。有时采用复合酶法澄清,如在澄清枣汁时,使用果胶酶和-淀粉酶。,4 果胶酶能提高超滤时的膜通量,利用超滤技术生产清汁及浓缩清汁在果蔬汁加工业中越来越流行。超滤比传统的过滤速度快、效果好,但它的主要缺点是由于果蔬汁中大量糖的存在,在超滤过程中会使超滤系统产生次生覆膜,降低了超滤通量。加入分解多糖物质的商品果胶酶,可减少次生覆膜的产生,提高超滤通量,增加了产量。因此,脱胶对于获得较高的膜通量和浓缩比非常关键。除了可以提
11、高膜通量,果胶酶还可用于超滤膜的清洗。与化学方法相比,利用果胶酶清洗超滤膜能100%地进行生物降解,而且可以在最佳pH、温度下作用,从而可以缩短清洗时间、增加超滤膜的通透量和使用寿命、增加产量、节省能源。因此,将超滤技术与酶技术联用对发挥超滤作用至关重要。,5 果胶酶能改善果蔬饮料的营养成分,利用果胶酶生产果蔬汁不仅提高了出汁率,而且保留了果蔬汁中的营养成分。Chang Tungsun 等对果胶酶处理果汁的研究表明,酶处理后的果汁的葡萄糖、山梨糖和果糖含量显著提高,蔗糖含量略有下降,总糖含量上升。甜玉米、胡萝卜的试验有相似的结果。此外,由于果胶的脱酯化和半乳糖醛酸的大量生成,造成果汁的可滴定酸
12、度上升,pH下降。芳香物质含量也有明显提高,经果胶酶处理后的葡萄汁,各种酯类、萜类、醇类和挥发性酚类含量提高,葡萄汁的风味更佳。由于细胞壁的崩溃,类胡萝卜素、花色苷等大量色素溶出,大大提高了果蔬汁的外观品质。K、Na、Ca、Zn 等矿物质元素含量也有较大提高。,6 果胶酶能改善浓缩果汁品质,果汁浓缩后,不仅流动性差,而且稳定性也差,因此果汁的浓缩也需先澄清和脱果胶,以避免浓缩时产生胶凝。果汁经酶处理去除果胶后再浓缩,所得浓缩汁有较好的流动性,并且重新稀释后仍是稳定的。尤其适用于柑橘类浓缩汁的生产。目前,果胶酶在果品加工中的应用还有果品软化、脱苦和去除异味等,不同活性比例的果胶酶制剂已在许多国家
13、成为标准加工作业。随着酶技术本身的发展,果胶酶在食品工业尤其在果品加工业中的应用前景会更加广阔。,7 果胶酶还可用于果实脱皮脱除及净化果皮,含有纤维素和半纤维素的粗果胶酶制剂能够作用于果实皮层,使之细胞分离、结构破坏而脱落。如柑桔囊衣、莲子肉皮和大蒜膜层经粗果胶酶处理后,可以很快地脱落。目前,不同活性比例的果胶酶制剂已是降解果蔬细胞壁,改善压榨性能、降低粘度、增加出汁率,和提高营养成分不可省略的部分。,果胶酶发展状况,目前工业上生产的果胶酶都是复合酶。除了含有果胶分解酶外，还含有少量纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶等。诺维信是一种新型果胶酶，它不但含有果胶甲酯酶，聚半乳糖醛酸酶和果胶裂解酶，还含有一定的半纤维素酶活力，能水解果胶中的残留甲基半乳糖醛酸，裂解植物细胞壁，释放出更多的果汁。,结束语 随着软饮料行业的快速发展,果胶酶的需求和应用前景将极为广泛。目前我国对果胶酶的工业化应用还处于相对滞后的状态,为提高果胶酶的使用率,简化产品提纯工艺并达到连续化生产的目的,将果胶酶固定于廉价载体上已成为国际上研究的一项重要课题。,
