果胶酶在食品中的应用

果胶酶在食品中的应用

果实酶是一组酶的总称，它可以促进果胶物质的分解。果胶物质通常存在于高等植物中,如蔬菜、水果、玉米、大豆等,是非淀粉多糖的成分之一。果胶酶降解果胶物质在工业生产中发挥着重要作用。通过处理,使果胶酶有效地降解果胶中的聚半乳糖醛酸和鼠李酸,并转变成糖和其他有用的化合物,从而解决加工食品的腐败变质问题。作为世界四大酶制剂之一,果胶酶在果汁澄清、榨汁、酿酒、榨油等食品行业应用十分广泛。随着我国工业的迅速崛起,果胶酶的市场需求量也越来越大,其应用价值不可估量。本文主要论述了果胶酶在食品及其他工业生产中的应用,以期为果胶酶的深入研究与探索提供有力的理论指导。1果胶酶的分类果胶酶广泛分布于高等植物和微生物中。据统计,微生物果胶酶占全球食品酶销售总额的25%。国外对果胶酶的研究始于20世纪30年代,到50年代已经开始工业化生产。而国内的研究则始于1967年,20世纪80年代末才开始工业化生产。随着我国水果种植和加工业的发展,果胶酶的开发和应用正在不断地走向深入。根据作用半乳糖醛酸的方式不同,果胶酶可以分为原果胶酶、果胶酯酶和果胶裂解酶等。众所周知,微生物酶作用时易受底物、温度、浓度和pH值等因素的影响,因此,根据物理和化学因素的影响效果,果胶酶也呈现细微差别。果胶酶按其作用最适pH值又可分为酸性果胶酶和碱性果胶酶。目前研究和应用较多的是酸性果胶酶,主要用于水果榨汁和果汁澄清,其酶作用最适pH值在偏酸性范围,碱性果胶酶的研究可以扩展果胶酶的应用范围。2其他食品的应用随着工业的不断发展,果胶酶越来越受到市场的重视,尤其在食品行业应用广泛,如用于果汁澄清、榨汁、酿酒、茶与咖啡发酵及改善动物饲料等,给人们的生产和生活带来了极大便利。2.1果汁简化模型关于果胶酶澄清果汁的研究,可以追溯到20世纪30年代,当时认为引起果蔬汁浑浊的主要原因是果胶质;而关于果汁澄清原理的研究则始于20世纪60年代。Yamasaki等推测出果胶酶澄清苹果汁的简化模型,果胶酶澄清果汁的实质包含果胶的酶促水解和非酶的静电絮凝两部分。当果蔬汁中的果胶在果胶酶作用下部分水解后,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,然后聚集,即导致絮凝现象的发生。在絮凝物的沉降过程中,果胶酶吸附、缠绕果汁中的其他悬浮粒子,通过离心、过滤,可将其除去,从而达到澄清的目的。陈健旋对应用果胶酶澄清甘蔗汁进行研究,发现甘蔗汁中的果胶类物质是引起甘蔗汁胶体微粒悬浮的主要诱因之一;加入果胶酶可以专一性地水解果胶类物质,使体系中其他胶体类物质因失去果胶的保护作用而沉淀析出,实现汁液澄清。2.2果蔬汁出汁率技术研究一般果蔬的细胞壁中含有大量果胶、纤维素、淀粉、蛋白质等物质。破碎后的果浆十分黏稠,导致压榨取汁非常困难且出汁率很低,而酶解技术则可以克服以上缺点。通常用果胶酶来加速果汁和风味提取,同时可以去除果胶。果胶酶不但能催化果胶解聚,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,同时还有利于后续的加工工序。据报道,利用酶解技术可以使不同果蔬的出汁率提高10%~35%,具体数值因不同果蔬中果胶含量和压榨方法的差别而有所不同。VijayanandP等在制作浓缩荔枝汁的过程中,用果胶酶处理荔枝肉,促使除去不溶性固体和提高岀汁率,得到的真空浓缩荔枝汁在-20℃下,其营养和感官质量能保持六个月。用于提高果蔬汁出汁率的酶技术一般分为两种:一是果浆浸渍技术,即在破碎的果蔬浆中添加果胶酶,作用一段时间后榨汁;二是完全液化技术,即在果浆中添加果胶酶和纤维素酶,然后利用两者的协同作用,使果蔬细胞壁尽可能完全降解。但是液化技术容易引起果汁风味变劣、褐变等,同时这种酶技术需要较高的酶添加量,增加了生产成本。因此在实际生产中常将两者结合使用,以大大提高果蔬汁的得率。2.3果胶酶与葡萄酒的相互作用在酿酒行业使用果胶酶,可以增加天然色素的提取量,改善酒的色泽与风味,增加酒香,并可产生起泡酒,对提高酒的质量有重要作用。屈慧鸽等研究果胶酶对红葡萄酒主要成分的影响,结果表明,加入果胶酶对葡萄汁的糖酸含量几乎无影响,但可降低汁液的黏度,利于色素的溶出;加入果胶酶的样品比未加果胶酶的样品发酵剧烈、迅速,可降低挥发酸的生成量,增加原酒干浸出物含量和总酚含量,改善葡萄酒的品质。2.4果胶酶:提高茶品质在咖啡发酵过程中利用产碱性果胶酶微生物除去咖啡豆的黏表皮,有时添加碱性果胶酶来去除含大量果胶质的果肉状表层。碱性果胶酶也可用于茶叶加工,以增加酚类物质、改善茶品质、促进茶叶发酵。王若仲指出,果胶酶可以明显改善红碎茶和红茶的品质,特别是能提高其水浸出物的达标率;可改善速溶茶粉末在冲泡过程中易形成泡沫的状况(美国专利3787582);用果胶酶处理茶浸出物,能分解果胶质,减少速溶茶形成稳固薄膜的力量。此外,果胶酶还可以增加茶在冷水中的溶解性,增加香气,改善汤色与清澈度。2.5解酶剂的用量在植物油的榨取过程中,包括碱性果胶酶在内的细胞壁降解酶发挥着重要作用,如在橄榄油榨制时加入碱性果胶酶,可破坏起乳化作用的果胶,提高出油率,且榨出的油贮存时非常稳定,多酚类物质和维生素E含量也有所增加。2.6生物活性物质提取物提取法天然产物的释放在不同程度上会受果胶物质的影响或阻碍。在适宜条件下,植物细胞会发生自溶,也可产生一些分解酶类(如果胶酶),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副产物。因此,依靠植物细胞的自身酶系并不利于天然产物的提取。一般应先高温失活钝化胞内酶系,再有选择地进行酶处理。通常情况下,天然色素如葡萄紫、番茄红和萝卜红等均可使用酶法提取,但所用果胶酶不得含有花青素酶等杂酶,以避免影响某些产品的色泽。而且,天然生物活性物质提取物在国际市场很受欢迎,出口比例已超中药,并呈上升趋势。可利用果胶酶生产的提取物有:银杏叶提取物、大蒜油浓缩液、蘑菇浓缩液、人参浆、当归浸膏、甘草液等。2.7增加饲料黏度,增加营养吸收果胶酶还可用作动物饲料补充剂。将其用于反刍动物饲料生产,能够降低饲料黏度,增加营养吸收,释放营养素。王春林等研究果胶酶对肉仔鸡生长性能及屠体性状的影响,指出在玉米-豆粕日粮中添加果胶酶制剂,能显著提高21日龄肉仔鸡的平均日增重和采食量,并提高饲料转化率。2.8废水预处理的影响目前,工厂的废水处理问题仍然亟待研究。比如:一些水果罐头生产中产生的废水由于含有果胶等物质难以降解,阻碍了废水的后续化处理。选用果胶酶解决水果罐头废水问题无疑是较好选择,既能降低生产成本,又能保护环境。2.9治疗冠心病果胶酶处理果胶物质后的产物可以作为一种膳食纤维,能够治疗和预防一些慢性病。如果合理利用,有望开发一种新型的保健食品或药品,给慢性病患者送去福音。3果胶酶存在局限性前文提到果胶酶在食品行业应用较为广泛,但到目前为止,其工业应用主要仍集中在果蔬汁加工方面,其他方面虽然有所涉及,但相关技术仍然不够成熟,也就是说,果胶酶在应用中还存在一定的局限性。另外,果胶酶作为一种复合蛋白酶,其作用效果受温度、pH值、时间、底物等因素影响,且因生产者的目的不同,果胶酶在生产中的添加量及作用方式也有差异,所以在实际应用中需要综合考虑各方面因素,选择最佳的温度、pH值等,力求使酶发挥最佳效用。4发酵菌种对胶酶的影响近几年,人们对果胶酶的研究虽然已取得了一些成就,如果胶酶用于果汁澄清与加工的技术已经相当成熟,但其他方面的应用仍然有很大的发展空间。另外,现在研究和应用较多的是酸性果胶酶,殊不知,碱性果胶酶在食品行业、纺织行业以及造纸行业都有潜在的应用价值。对碱性果胶酶降解底物的机制、工程学性质及分子生物学特性进行更加深入的研究,会改善其作用效果,