果胶酶的生产及应用.doc

果胶酶的生产及应用摘要：果胶酶是一类分解果胶质的酶的总称，在当前的生物工程领域中起着非常重要的作用。果胶酶最主要的来源是通过微生物发酵生产。本文介绍了微生物果胶酶产生菌、高产果胶酶菌种选育、微生物发酵工艺等方面的研究进展，并展望了国内果胶酶发酵生产的研究方向及前景。关键词：果胶酶，微生物，发酵果胶酶(Pectinase)是世界四大酶制剂之一，是分解果胶质酶类的总称，主要包括原果胶酶、果胶酯酶、多聚半乳糖醛酸酶和果胶裂解酶四大类。天然来源的果胶酶广泛存在于动植物和微生物中，但动、植物来源的果胶酶产量低难以大规模提取制备，微生物则是生产果胶酶的优良生物资源（2），在微生物中，细菌、放线菌、酵母和霉菌都能代谢合成果胶酶。果胶酶在当前的生物工程领域中起着非常重要的作用，不仅可用于食品工业如水果加工及葡萄酒生产等方面，还广泛应用于麻类脱胶、木材防腐、生物制浆、环境保护、污物软化处理和饲料等行业中（3）。另外，研究表明，果胶酶降解果胶而得到的果胶分解物对食品有很强的抗菌作用，特别是对大肠杆菌有显著的抑制增殖作用（4） 。2O世纪90年代中期，果胶分解物作为天然防腐剂开发成功。目前，国外以果胶分解物为主要成分，配合其它天然防腐剂，已广泛应用于酸菜、成鱼、牛肉饼等食品的防腐（5）。1 产果胶酶的微生物许多微生物都具有产生果胶酶的能力，目前研究和应用较多的是真菌，并且在真菌中尤以曲霉属最为常用。1.1真菌果胶酶产生菌真菌中的果胶酶产生菌有很多，主要包括曲霉属、青霉属、镰孢属、克鲁维氏酵母，其中曲霉属有:黑曲酶、米曲酶、黄曲酶、日本曲酶、酱油曲酶。其他菌属有：灰酶菌、镰孢菌、青霉菌、啤酒酵母。目前研究最多的是黑曲霉，国内许多用其作为果胶酶的来源。1.2细菌果胶酶产生菌 能够生产果胶酶的细菌一般属于假单孢菌属、黄单孢菌属、欧文氏菌属、芽孢杆菌属、梭菌属等。其中菌种包括节杆菌、芽孢杆菌、短小芽孢杆菌等。近年来，一些来源于细菌杆菌属的碱性果胶酶日益受到重视（6,9），目前放线菌产果胶酶的研究报道很少，国内有关报道仅限吴琼（10）等人。2 果胶酶高产菌株的选育分为食品级和工业级2.1食品级2.1.1固体发酵法出发菌株：黑曲霉培养基原辅料： 山渣粉、桔皮粉、甜菜丝粉、谷壳、麸皮、(NH4)2SO4等。工艺流程： 培养料拌料 斜面接种 灭菌 麸皮菌种 接种曲盘发酵培养 出曲浸提 离心甩滤 去渣 脱色 超滤浓缩 填充剂 喷雾干燥 成品包装补充：在果胶酶提取时，以8倍量1%NaCl溶液，30浸提1h为提取的最适条件，在45真空度96kPa条件下浓缩其回收率在90%以上。2.1.2液体发酵法液体发酵生产时，将原料送入发酵罐内发酵，同时接入果胶酶菌种。发酵过程中，需要从发酵罐底部通入无菌空气对物料进行气流搅拌，发酵完后的物料经过处理可得到果胶酶产品。工艺流程：空气过滤 原料发酵罐浸泡粗滤超滤提取成品 种子摇瓶(床)补充：液体发酵法生产果胶酶，原料利用率高，生产条件易控制、产量高、劳动强度小、产品质量稳定，但动力消耗大，设备要求高。液体深层发酵的方法具有培养条件容易控制，不易染菌，生产效率高等特点。因此，目前此方法是大规模生产的可行方法。2.2工业级果胶酶高产菌株的选育：产果胶酶的菌种一般可以从腐烂的果蔬或果园泥土中分离，并通过利用果胶作为唯一碳源的培养基筛选出来。野生菌株的酶活力往往很低，必须对其进行诱变育种，以期得到酶活较高的菌株。我国学者对果胶酶菌种选育的研究始于上世纪8O年代，有关报道集中在曲霉属。在诱变育种方法方面，国内外大多采用紫外线、亚硝基胍、C060亚硝酸等理化诱变。进入2l世纪以来产果胶酶菌种的选育得到了更大的发展。郭爱莲等人对野生菌株应用紫外线、硫酸二乙酯、亚硝基胍和紫外线复合诱变及氦氖激光等多次反复诱变，诱变后菌株酶活比原始菌株提高了近3.1倍。另外，HeNe激光诱变是一种高效的诱变育种新技术，具有能量密度高、靶点小、单色性和方向性好、诱变当代即可出现遗传性突变等特点，因此在果胶酶产生菌的育种中得到广泛的应用。在众多诱变方法中，离子注入技术作为一种特殊的物理化学复合诱变方法已趋成熟，我国诸多单位相继开展了这方面的研究工作，并成功地应用于果胶酶产生菌的诱变育种，取得了可观的经济效益。3.果胶酶的应用1.果胶酶能提高果蔬汁的出汁率2.果胶酶能提高超滤时的膜通量3.果胶酶的应用能使果蔬饮料澄清4.果胶酶能改善浓缩果汁品质5.果胶酶的应用能改善果蔬饮料的营养成分6.果胶酶还可用于果实脱皮脱除及净化果皮4.关于食品级的果胶酶和工业级的果胶酶的比较1.工业级酶的繁殖速度快，生产周期短，酶的产量大，培养简便。2.食品级酶基因易操纵，优质种易得，技术水平也成熟得多。3.食品级酶菌种易诱变，代谢易调控。参考文献（1） Ranveer SJ,Shivalika S,Reena G M icrobial pect ino lyt icenzymes:a reviewJ,Process BilChemistry,2005,40:2931-2944（2） 张红霞，江晓路，牟海津等，微生物果胶酶的研究进展【J】，生物技术，2005,15（5）：92-94（3） Kashyap DR,Vohra PK,Chopra S,et al Applications of pectinases in the commercial sector:areview J,Bilresource Technology,2001,77:215-227（4） 马庆一，李学红，张占营等果胶酶水解产物的制备及抑菌活性的研究【J】,食品科学，2003,24（2）；38-42（5） 张秀云，余有本，唐应芬，天然防腐剂综述【J】，饮料工业，2001,4（4）：1-5（6） Gummadi SN.Panda T.Purification and biochemical properties of microbial pectinases;a reviewJ,Process Blochemistry,2003,38;987-996（7） Kashyap DR,Vohra PK,Chopra S,et al Applications of pectinases in the commercial sector:areview J,Bilresource Technology,2001,77:215-227（8） Cao J,Zheng L,Chen S,Screenig of pectinase producer from alkalophilic bacteria and study on its potential application in degumming of ramie J,Enz Micobiol,Technol,1993,14;1013-1016（9） Kapoor M,Beg QK,Bhushan,etal.Production and partial purification and characterization of a t