酶制剂在果蔬汁加工中的应用

酶制剂在果蔬汁加工中的应用

1果蔬汁加工技术果汁饮料包括丰富的纤维、维生素、酸、糖和钾营养，它们可以补充人体所需的养分。它独特，营养丰富，食物方便，易于在不同地区和季节供应。此外,有研究表明果蔬中含有的抗氧化物质具有清除自由基的能力,可减少某些疾病的发生率和死亡率。加工后的果蔬汁其自由基清除能力仍然较高。陈守江等研究发现果蔬番茄原汁、桔子原汁、葡萄原汁的自由基清除率分别是61.85%、86.94%、34.23%。随着消费者对营养和保健越来越重视,天然绿色食品的消费热潮方兴未艾,目前供广大消费者选择的果蔬汁加工产品主要有浓缩果汁、非浓缩还原果蔬汁、复合果蔬汁和果肉饮料等4种。由于果蔬中含有大量的果胶、纤维素、淀粉、半纤维素等物质,果蔬汁在加工过程中存在粘度高、压榨率低、出汁率低,易混浊,易褐变,特有香气成分易流失,苦味难去除等问题。早在20世纪30年代,酶制剂因能解决上述部分问题就已被应用在果汁加工中。目前国内许多重要酶制剂都依赖进口,导致果蔬汁生产成本偏高,应用范围受限。随着国内酶制剂产业的快速发展,结合基因工程等新技术的应用,国内研发的酶制剂在催化能力、稳定性等质量指标得到提升的基础上产量明显提高,价格逐渐趋于合理,因此具有催化效率高、反应专一、反应条件温和、能耗低、无污染等特点的酶,在果蔬汁加工中的应用越来越广泛。与此同时,针对酶制剂在果蔬汁加工中仍存在不易回收、难以实现自动化、连续化生产、酶稳定性差、成本高等问题。本文主要阐述酶制剂在果蔬汁加工中的应用进展,展望酶制剂在果蔬汁加工业中的未来发展方向。2其他生化制品酶酶制剂是通过采取适当的理化方法,将酶从细胞或生物组织以及发酵液中提取出来,加工成具有一定纯度标准的生化制品。按各种酶的催化反应类型,将酶进行分类,见表1。水解酶和氧化还原酶是食品工业中应用最广泛的两类酶,这两类酶主要用于开发新产品、提高产品感官特性与增加产量。目前在果蔬汁生产中应用的酶制剂主要包括果胶酶、纤维素酶、淀粉酶、漆酶、葡萄糖氧化酶、柚苷酶等,这些酶制剂的组成、作用和主要用途见表2。3酶剂在果味汁加工中的研究现状3.1酶法用于提高水果的出果汁率3.1.1降解出汁单因素在果蔬汁的榨取过程中,由于果蔬细胞壁中含有大量的纤维素、半纤维素、果胶、木质素、淀粉等物质,使得细胞壁的彻底破碎与压榨取汁困难,导致出汁率低,酶解处理可一定程度降解这些大分子物质,从而提高果蔬出汁率。下面将介绍果胶酶、纤维素酶、淀粉酶3种常用酶制剂在这方面的应用情况,为实现在果蔬饮料研发及生产上节约原料成本,提高饮料产量提供参考。3.1.1.果胶酯酶解草莓胡萝卜复合果蔬汁果胶是不同酯化度的D-半乳糖醛酸经α-1,4糖苷键连接的一类细胞基质多糖,分为原果胶、果胶酯酸与果胶酸3大类,具有较高的束缚水的效应和胶体稳定性。果蔬中果胶物质在破碎压榨过程中,因其胶体黏着性,汁液流出受阻,果胶酶能够分解果胶物质,降低汁液粘度、提高原料出汁率和利用率。邵勤等发现果胶酶酶解晚香梨出汁率能提高17.8%~20.99%,总酸含量最大可由0.3414%增加至0.6842%;Joshi等用来源于黑曲霉的果胶酯酶处理不同果汁,桃汁、李子汁、梨汁和杏汁的出汁率提高了12%~30%,果汁糖分和总固形物含量均有少量增加;杜磊发现果胶酶用量0.79g/L、酶解温度50℃、复合果蔬汁pH值3.75条件下酶解时间5h后,草莓胡萝卜复合果蔬汁出汁率、透光率、可溶性固形物含量分别为88.73%、80.34%、10.8%,结果表明,在合适的条件下,果胶酶不仅能提高草莓胡萝卜复合果蔬汁的出汁率,还可以有效除去其中的果胶物质。综上可知,果胶酶对提高果蔬汁出汁率等指标起重要作用。3.1.1.不同酶复合处理对蓝莓汁出汁率的影响纤维素酶因可降解植物细胞壁的纤维素,常被用来提高果蔬的出汁率和可溶性固形物含量。任大明等用纤维素酶处理菠菜汁,出汁率可提高4%~15.5%,同时不溶性残渣减少了9.3%~14.3%;Wang等用含有不同酶活的果胶酶、纤维素酶、花青素酶的复合酶制剂对黑莓汁处理,出汁率为83.33%~85.8%,相比未经酶处理组提高了11.33%~13.8%;陈学红等研究纤维素酶酶解绿芦笋对其出汁率及品质的影响,发现纤维素处理后的绿芦笋出汁率为68.95%,比未处理的增加了27.20%,绿芦笋汁的色泽亮度有所增加,可溶性固形物与总糖的含量分别提高了1.01%、11.2%,并且有效保持了生理活性物质总酚与总黄酮的含量。因此,纤维素酶不仅可提高果蔬汁出汁率,而且能改善部分果蔬汁的品质。3.1.1.莲子汁的制备由于制汁用的水果一般在未成熟时采收,并在低温条件下贮藏相当长的一段时间,这种条件下水果果浆含有大量的淀粉,在加工过程中易引起浑浊,使生产过程变得困难。α-淀粉酶能不规则地水解淀粉、糖原并降解内部α-1,4葡萄糖苷键,生成可溶性的糊精、葡萄糖和麦芽糖,使胶状的粘度下降。王辰等通过比较热水浸提法和α-淀粉酶酶解法对莲子的提汁效果,发现酶解法和热水浸提法的提取率分别为85.1%、28.67%,酶解法不仅使提取率提高了56.43%,而且总糖含量也提高9.5%,大大提高原材料的利用率和营养成分并缩短了加工时间。陈杰华等研究表明,紫马铃薯漂烫加水打浆后,加入0.05%果胶酶和0.03%淀粉酶,60℃条件下作用3h,获得理想的紫马铃薯汁,其出汁率、澄清度和花色苷含量分别为49.14%、68.1%、88mg/L;夏慧玲等用0.7%的纤维素酶和80U/g的α-淀粉酶在加水量与薯液比5:1、pH6.5条件下对红薯协同处理3h后,浆液粘度降低、红薯浆出汁率高达42%.。因此,为了更大程度地提高果蔬出汁率,在实际生产中常混合几种酶共同使用。3.1.2不同微生物酶解工艺参数对果蔬原料酶解效果的影响果蔬的种类很多,不同果蔬浆酶解液化适用的酶种类不同;不同果蔬汁,其液化效果的评价指标不同,部分果蔬汁除了要考虑出汁率、还需考虑浊度、粘度、花青素含量等指标;酶解工艺条件中的各参数如酶添加量、不同酶的比例、酶解温度、酶解时间对不同果蔬浆的影响程度不同,例如果胶酶酶解酸樱桃果浆时,对提高出汁率影响由大到小分别是酶解温度、酶添加量和酶解时间,而纤维素酶和果胶酶酶解胡萝卜浆和南瓜浆时,酶解工艺参数的影响先后顺序分别是果胶酶添加量、纤维素添加量、酶解温度、酶解时间。实际生产中,可根据不同的果蔬原料的种类、品种、成熟度等具体情况来选择合适的酶制剂,合理的评价指标以评定酶解效果好坏及适宜的工艺条件处理果蔬浆,能够达到令人满意的液化效果。许多研究选取某种工艺优化方法如正交试验、响应面试验和相应的评价指标与作用效果来筛选适宜的酶解条件,得到了不同果蔬汁酶解的最佳工艺,见表3,为其工业化生产提供了一定的指导作用。3.2原料协同处理果蔬中果胶、可溶性淀粉、蛋白质及微小悬浮颗粒等物质,易随榨汁的进行而混溶在果蔬汁中,导致果蔬汁的混浊或沉淀,影响产品质量。酶法澄清处理是果蔬汁加工中应用较广泛的澄清方法,常用的酶有果胶酶和纤维素酶等。Pinelo等发现蛋白酶处理能立即明显地降低樱桃汁浊度,冷藏过程中对澄清效果影响较小,果胶酶作用效果正好相反,在果胶酶中加入酚酸能进一步减小樱桃汁的浊度。酶制剂在果蔬汁澄清方面的应用较多,如Sandri等研究发现从黑曲霉中提取的果胶酶对苹果果汁、草莓果汁、椰子果汁和葡萄果汁具有较好的澄清效果,其用量是1U/mL果汁,反应温度在30℃~50℃范围内,且此范围内温度升高对澄清效果影响不明显,作用时间在30~60min内,作用时间越长,澄清效果越好;Tu等用聚半乳糖醛酸酶处理木瓜汁,其粘度降低至17.6%,透光率升高至59.1%;Dey等从曲霉菌中提取的聚半乳糖醛酸酶澄清苹果汁,苹果汁粘度降低38%,透光率达到93%。由于不同酶的作用机制不同,因此在果蔬汁的澄清工艺中常采用几种酶协同处理以提高澄清效果,如Diaz等在葡萄果渣和橙子皮中提取出含木聚糖酶、外切聚半乳糖醛酸酶、羧甲基纤维素酶的混合酶,发现该混合酶能降低橙子汁浊度和粘度,提高果汁的透明度;谌国莲等研究了纤维素酶、果胶酶、木瓜蛋白酶、α-淀粉酶联合使用对澄清荔枝果汁的应用,所得荔枝澄清汁与原汁相比,稳定性、可溶性固形物、总酸、总糖、还原糖和氨基酸含量均得到提高。3.2.1种常见果蔬汁澄清方法对比酶液化处理果蔬不仅可以大大提高果蔬汁的出汁率、透光率和澄清度、能较好地保持果蔬汁的营养成分,而且对后续榨汁和过滤有重要意义。因而,酶法逐渐取代传统的澄清方法,在果蔬汁加工中的应用越来越普遍。表4中对比了果胶酶与壳聚糖及一些传统澄清方法对不同果蔬汁的澄清效果,发现针对不同的果蔬汁,其适合的澄清剂不同。总体而言,果胶酶和壳聚糖相比其他传统澄清方法表现出更大优势,对部分果蔬汁,壳聚糖比酶法的澄清效果更好,是由于壳聚糖与蛋白质和碳水化合物间具有相互作用,这种作用取决于pH值和果胶的酯化程度。因此,要使酶法在果蔬汁澄清方面领先于其他方法,还需做更大努力。3.2.2与其他澄清方法联合澄清在实际生产中,酶法除了通过复合几种不同的酶制剂使澄清效果良好,还通常与其他澄清方法联合澄清以达到更好的澄清效果,如与明胶、皂土、PVPP、壳聚糖、超滤等澄清方法联合澄清,见表5,其中超滤早在1999年因能够去除比膜截留分子量大的所有物质,被广泛用于稳定果汁。活性酚类物质易与活性蛋白结合形成的蛋白质-酚类大分子聚合物,引起果汁或浓缩果汁的二次沉淀,单丽君和郑晓冬报道,漆酶与超滤联用时,不需额外添加澄清剂能够生产出稳定色泽和香味稳定的苹果汁。3.3葡萄糖氧化酶果蔬汁色泽、香气、风味等感官品质是影响其质量高低的主要因素,在生产加工中保持果蔬汁色泽、避免香气与风味的损失显得尤其重要。夏美茹等发现单独使用葡萄糖氧化酶,树莓清汁易褪色,在pH为3.5时与过氧化氢酶以1:5的比例添加0.5g/L其使用效果最好;周晶晶等发现葡萄糖氧化酶能够有效减缓百香果浑浊果汁中花色苷降解速率,低温效果更明显。因此,葡萄糖氧化酶应用于果蔬汁加工中具有多种作用。柑橘类果汁中所含的柠檬苦素、新橙皮苷和柚皮苷等易使果汁呈苦味,柚苷酶可将柠檬苦素等苦味物质转化成不含苦味的物质,用于果汁的脱苦,与淀粉酶和聚半乳糖醛酸酶共同固定用于果蔬汁中的淀粉和果胶的水解,效果比单独固定淀粉酶和果胶酶更好。β-葡萄糖苷酶能水解结合于末端非还原的β-葡萄糖苷,同时释放出葡萄糖和相应的配基,是纤维素酶中的一种。Riou等从米曲霉中分离出可耐受高葡萄糖的β-葡萄糖苷酶,可将鲜葡萄汁中香叶醇、沉香醇、橙花醇从相应的单萜-β-葡萄糖苷中游离出来,促进果汁香气形成;潘利华等利用β-葡萄糖苷酶对胡柚汁进行脱苦,实验结果表明,200U/L的β-葡萄糖苷酶在50℃,pH5的条件下处理胡柚汁1h,能保证在对Vc等营养物质损失不明显的情况下达到良好的脱苦效果,且酶的添加量对脱苦效果影响不明显;宛晓春等实验发现,β-葡萄糖苷酶能够释放柠檬汁中的萜类化合物,增加柠檬汁的香气。因此,β-葡萄糖苷酶不仅可以减缓果汁苦味,还有助于增加其香味。4果蔬汁加工中的酶制剂技术对于果蔬加工中难以控制的褐变问题,通过遗传定位和转基因等生物技术方法,向易褐变的果蔬中加入转入外源多酚氧化酶基因,从根本上降低多酚氧化酶的活性以控制酶促褐变;在果蔬汁稳定性方面,研究蛋白质-酚类物质大分子聚合物的形成条件,探索引起果蔬汁后浑浊的机制,寻找适合的酶制剂从根本上控制果蔬汁加工与贮藏过程中的浑浊现象。寻求具有高亲和性、反应功能基团多样化、生物相容性好、制备简单和价廉易得的载体材料,将酶与固定化材料相结合,提高酶活