果胶酶的应用

果胶酶的应用

果实酶是指能够分解果胶物质的各种酶的总称。果胶物质广泛存在于高等植物(如水果、蔬菜及大豆、玉米等谷物)中,是细胞壁的一种组织成分,能将细胞彼此粘合在一起。果胶物质是碳水化合物的衍生物,是一种高分子聚合物。主要由D-半乳糖醛酸以α-1,4糖苷键连接形成,是非淀粉多糖的成分之一。果胶酶在工业生产中作为重要的酶之一,早已为人们广泛认识。20世纪30年代,美国和德国就将果胶酶应用于工业生产中,经过半个多世纪的发展,果胶酶已经实现商品化,大量应用于食品工业。本文针对果胶酶的特性对其在食品工业中的应用加以综述。1微生物对原果胶酶的作用机理果胶酶广泛分布于高等植物和微生物中,在某些原生动物和昆虫中也有发现。在微生物中,细菌、放线菌、酵母和霉菌都能代谢合成果胶酶。果胶酶一般分为原果胶酶、果胶水解酶(pectinhydrolases)、果胶裂解酶(pentinlyases,PL)和果胶酯酶(pectinesterases,PE)等。许多微生物都能产生使果胶溶解的原果胶酶,其能从植物组织中使原果胶释放出可溶性的果胶物质。一般根据原果胶酶的作用机理,将其分为2种类型:A型原果胶酶和B型原果胶酶。A型原果胶酶主要作用于原果胶的光滑区(smoothregion),也就是多聚半乳糖醛酸的区域;B型原果胶酶主要作用于须状区(hairyregion),也就是连接聚半乳糖醛酸链和细胞壁组分的多糖链。果胶水解酶可分为聚半乳糖醛酸酶(PG)、聚半乳糖醛酸甲酯水解酶(PMG)、聚鼠李半乳糖醛酸酶(RHG)、阿拉伯聚糖酶、半乳聚糖酶、木糖基半乳糖醛酸酶等。其中聚半乳糖醛酸酶是在有水参加反应的情况下促进聚半乳糖醛酸链水解的一种果胶水解酶,其应用最为广泛。果胶裂解酶(PL)催化果胶分子链的β-消除裂解,对提高果汁产量方面有重要意义。果胶酯酶是细胞壁胞内酶,对聚半乳糖醛酸甲酯具有高度的专一性,也能水解聚半乳糖醛酸乙酯、丙酯和烯丙酯,但水解速率低于甲酯,对聚甘露糖醛酸甲酯不起作用。2果胶酶在食品中的应用2.1化学澄清试验除了柑橘汁以外,大多数基于饮料使用的水果汁,为了避免在最终产品中出现浑浊、沉积等现象,一般都要在加工过程中进行澄清处理。工业上果汁的澄清一般包括酶催化脱果胶作用和澄清剂加果胶酶、明胶、硅溶胶和(或)膨润土来分别完成果胶的降解及非溶物质的物理化学沉淀。果胶酶澄清的实质包括果胶的酶促水解和非酶的静电絮凝2部分;当果汁中的果胶在果胶酶作用下部分水解后,原来被包裹在内的部分带正电荷的蛋白质颗粒就暴露出来,与其他带负电荷的粒子相撞,从而导致絮凝的发生,絮凝物在沉降过程中,吸附、缠绕果汁中的其他悬浮粒子,通过离心、过滤可将其除去,从而达到澄清目的。张丽娜等以圆枣为原料,采用果胶酶进行圆枣汁的澄清试验,结果表明,选取果胶酶RAPI-DASE@C80MAX最小剂量为200μL/L时,可将果胶基本除去,圆枣汁的透光率达到96%,果胶含量可降低为0.024%。蒲海燕等利用果胶酶对雪莲果汁澄清效果的影响进行了研究,效果良好,并确定了果胶酶对雪莲果汁澄清的最佳工艺条件。此外,近年来还研究了用果胶酶对芦荟汁、香蕉汁、布朗李汁、猕猴桃汁、葡萄汁和百香果醋等果汁饮料的澄清处理。2.2浮粒及酶解技术果蔬的细胞壁中含有大量的果胶质、纤维素、淀粉、蛋白质、木质素等物质,使得破碎后的果浆比较黏稠,压榨取汁非常困难且出汁率很低。果胶酶不但能催化果胶降解为半乳糖醛酸,破坏了果胶的黏着性及稳定悬浮微粒的特性,有效降低黏度、改善压榨性能,提高出汁率和可溶性固形物含量,而且能增加果汁中的芳香成分,减少果渣产生,同时有利于后续的澄清、过滤和浓缩工序。利用酶解技术可使果蔬的出汁率提高10%~35%,具体数值因果蔬中果胶含量和压榨方法的不同而不同。付莉等研究了果胶酶提高番茄出汁率的最佳工艺条件,与未经果胶酶处理的番茄相比,出汁率可以提高19.7%。刘兴艳等利用果胶酶对樱桃提汁效果进行了研究,发现出汁率较对照组提高了14%。杨军等将5种不同来源的果胶酶应用于胡萝卜制汁、液化的研究,结果发现,5种果胶酶均能提高胡萝卜制汁的出汁率、液化率、总固形物及胡萝卜素的含量。2.3果胶酶提取法目前提取水溶性活性成分的方法比较多,如水浸提法、渗透法、回流法、超声波法、微波法和酶法等。水浸提法是传统的提取方法,操作繁琐而且提取率低,超声波法和微波法则成本相对较高,有一定的设备要求,而酶法作用条件温和,操作相对简单又能保证较高的提取率。由于果胶物质主要存在于植物初生壁和细胞中间,而复合果胶酶能够除去细胞壁中的果胶质,从而可以有效地破除细胞壁,使细胞中的活性成分溶解出来。李玲等研究了采用果胶酶提取川芎多糖的最佳工艺条件,采用果胶酶提取多糖的得率可达到11.3%。郑虎哲等利用果胶酶对苹果渣中多酚类物质的提取效果进行了研究,结果发现,总多酚类物质和总黄酮类物质含量分别比对照组提高了1.3倍和1.5倍,且果胶酶处理组比对照组多检出咖啡酸、香豆酸、阿魏酸、根皮素和未知物U3,从而得出果胶酶具有较强的分解果胶质的功能,并能提高总多酚类物质的含量。韩爱霞等以果胶酶对枸杞预处理后再用溶剂乙醇提取其中总黄酮,结果表明,枸杞用果胶酶处理后再用溶剂乙醇提取其中总黄酮,提取率为1.06%,明显高于纯溶剂乙醇提取法。2.4果胶酶澄清对葡萄酒的影响果胶酶可以改善酒的色泽、增加酒香,并提高葡萄酒出汁率等,对提高红葡萄酒的品质有重要作用。如可以使较多的单花色素,多酚物质溶出,使葡萄酒的呈色强度提高,葡萄酒的果香物质增加,酒体丰满度增强。王志东等通过酵母和果胶酶对红葡萄酒综合理化指标影响的研究,筛选出适合宁夏贺兰山东麓产区酒精发酵的酵母和果胶酶种类。此外,王树生等还通过对进口果胶酶、国产果胶酶、EXT果胶酶、FL果胶酶4种果胶酶在不同生产工艺环节上的实验室应用发现,进口果胶酶样品对红葡萄果浆澄清效果最好。国产果胶酶样品对红葡萄果浆浸提色素效果最好。EXT果胶酶样品对红葡萄酒压榨酒澄清效果最好。FL果胶酶样品配合蛋清对红葡萄酒下胶澄清效果最好,提高出汁率。马兆瑞等研究了果胶酶处理对苹果酒风味的影响,发现加果胶酶澄清后的发酵醪液与不澄清的发酵醪液相比,其发酵速度慢、发酵时间长、残糖高、酒精度低,但是,由于澄清时去掉了许多不利于果酒风味的物质,发酵所得原酒风味纯净,同时可观察到在主发酵过程中由于CO2和有机酸的充分形成,pH值有所下降,使酒的风味和酒体骨架有所改善。此外,颜色是红酒最重要的质量特征之一,酿酒过程中通过添加商品化的果胶酶来提高酒中酚类,特别是花色苷类物质的含量是一种常用的工艺过程。KELEBEKH等通过研究发现,果胶酶可以使酒中花色苷类物质的含量更加丰富,感官更好,并且经果胶酶处理的酒中总酚含量、单宁含量及色泽强度均优于对照组。2.5果胶酶法提取速溶茶的最佳发酵温度果胶酶处理还能加速茶发酵过程,而且也能通过消除果胶物质而降低速溶茶的起泡性。在咖啡发酵过程中人们还应用果胶酶来消除咖啡豆的胶黏性外膜。果胶酶也可应用在柑橘属果实果皮中油的提取方面,利用其能破坏胶质的乳化性质,提高柑橘属果实果皮中油的提取率。3果胶酶的应用展望目前有关果胶酶的研究主要集中于产酶菌种的筛选、酶的提取分离以及提高果汁