酶在果蔬类食品生产中的应用(3学时)

第9章酶在果蔬类食品生产中的应用（3学时）主要内容：9.1提取果蔬汁9.2酶在果蔬加工上的新用途9.3控制酶的基因表达进行果蔬保鲜在果蔬类食品的生产过程中，为了提高产量和产品质量，常常使用各种酶。水果蔬菜加工用酶中最常用的有果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶、阿拉伯糖酶等。将酶制剂应用于果蔬加工，主要有以下几方面的作用。9.1提取果蔬汁果蔬本身所含有的果胶、纤维素、淀粉和蛋白质等是引起果蔬汁浑浊、褐变等不良因素的主要原因，以传统的压榨和过滤等生产工艺难以使果蔬汁达到较高品质，并且营养成分大量损失。而酶技术的应用，不仅克服了传统加工工艺的缺点，且大幅度增加了果蔬汁的品质。在提高果蔬出汁率方面应用最广泛的酶是果胶酶，其次是纤维素酶。果胶酶：浆榨汁前添加一定量果胶酶可以有效地分解果肉组织中的果胶物质，使果汁粘度降低，容易榨汁、过滤，从而提高出汁率。纤维素酶：可以使果蔬中大分子纤维素降解成分子量较小的纤维二糖和葡萄糖分子，破坏植物细胞壁，使细胞内容物充分释放，提高出汁率，并提高可溶性固形物含量。果汁膳食纤维目前已成功地利用纤维素酶将柑桔皮渣酶解制取果肉饮料，其中粗纤维有50%转化为可溶性糖，另50%被水解为短链低聚糖，构成含果肉饮料的膳食纤维，具有一定的保健医疗价值。在生产中，两种酶适当配比使用，则更有效提高产率。提高过滤速度和果汁澄清度果胶酶是水果加工中最重要的酶，应用果胶酶处理破碎果实，可加速果汁过滤，促进澄清等，如将果胶酶应用于苹果酒生产中的榨汁工艺，可提高出汁率20%，澄清度可达90%以上。复合酶系的作用而且应用复合酶系作用效果更加明显，如采用果胶酶和纤维素酶的复合酶系制取南瓜汁，可以大大提高南瓜的出汁率和南瓜汁的稳定性。并通过扫描电子显微镜观察南瓜果肉细胞的超微结构，显示出单一果胶酶制剂或纤维素酶制剂对南瓜果肉细胞壁的破坏作用远不如复合酶系。使用果胶水解酶来分裂细胞，分解果胶组织，另外果胶水解酶还有使水果组织变软的作用，此法处理可以大幅度地提高压榨和过滤的效率，既可以节约能源，又可以提高出汁率。色泽和风味的保护据报道，将热烫的李子通过打浆机后直接压榨，果汁产量很低，但在49℃静置6-12h后加入果胶水解酶后，产汁率可达86%，同时由于酶处理生产出的果汁受力和热的作用小于未处理样，对色泽和风味均有很好的保护作用。实践证明，果胶酶的利用可以大大提高柠檬、桔子、李子、葡萄和草莓等果汁的产量，同时可提高产品的贮藏稳定性、色泽和风味。蔬菜汁加工中的应用近年来，采用果胶酶和其他的酶（如纤维素酶等）处理蔬菜，大大提高了蔬菜的出汁率，简化了工艺步骤，并且可制得透明澄清的蔬菜汁，再经过种种调配就可以制成品种繁多的饮料食品，如胡萝卜汁，南瓜汁，番茄汁，洋葱汁饮料等。经酶处理的果汁比较稳定，可防止混浊。果胶酶已广泛用于苹果汁、葡萄汁、柑橘汁等的生产。用于果汁处理的果胶酶一般均是混合果胶酶，其中含有果胶酯酶、内切聚半乳糖醛酸酶、外切聚半乳糖醛酸酶、内切聚半乳糖醛酸裂解酶、外切聚半乳糖醛酸裂解酶、内切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶、外切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶。在应用果胶酶处理苹果汁时，要特别注意pH值、温度、作用时间、酶量等对果汁澄清速度的影响。果汁生产中的一个关键环节是澄清，一般加工工艺生产的原果汁是混浊的，影响产品感观，制约着其利用。而造成果汁的混浊主要原因是其中的果胶成份，果胶由于自身的理化特性，对悬浮物形成稳定的胶体保护体系，一般的过滤和分离很难达到理想的效果，利用果胶水解酶就可以很容易地破坏这一体系，果胶酶与果胶作用生成低甲氧基果胶，然后用Ca2+沉淀过滤后就可以得到澄清的果汁。研究表明，用果胶酯酶和聚半乳糖醛酸酶处理苹果汁有很好的效果，但大部分商品酶对柠檬汁、酸橙汁等pH值低的果汁的澄清作用不理想，原因主要是过低的pH值抑制了酶的活性，研究发现利用酶作用的产物即聚半乳糖醛酸可以起到澄清作用。固定化多酶系统（果胶酶、淀粉酶）现在的研究趋向是使用固定化的多果胶酶系统讲行果汁澄清，这些酶中包括降低果汁粘度、降解果实组织的酶，甚至包括除去果汁中淀粉的淀粉酶系统，因为一般果汁中都含有一些淀粉，这些淀粉的存在会引起贮藏过程中果汁的混浊，必须除去。果汁经浓缩成为高浓度果汁后，在高浓度的糖存在的条件下，可以凝结形成果冻。但糖含量太多不仅影响风味，而且不符合当今人们对健康食品的要求。若要生产低糖果冻，必须采用酶法处理技术。用纯化的果胶酯酶处理果汁，使果胶的甲基化程度降低。在果蔬制品的脱色方面也用到酶制剂处理。许多水果和蔬菜，如葡萄、桃、草莓、芹菜等都含有花青素。花青素是一类水溶性植物色素。其颜色随pH值的不同而改变，在光照和稍高的温度下，很快变为褐色，与金属离子反应则呈灰紫色。因此，含花青素的果蔬制品，如葡萄汁、草莓酱、桃子罐头、芹菜汁等，必须用花青素酶处理，使花青素水解成为无色的葡萄糖和配基，以保证产品质量。9.2酶在果蔬加工上的新用途9.2.1增香、除异味9.2.2提取果胶9.2.3真空或加压渗酶法处理完整果蔬9.2.4去除酚类化物9.2.5提取蔬菜汁9.2.1增香、除异味果蔬汁在加工过程中，鲜味物质损失，但风味前体物质仍然存在。研究表明，单萜类化合物是嗅觉最为敏感的芳香物质。果蔬中大多数单萜物质均与吡喃、呋喃糖以键合态形式存在，并且在果蔬成熟后仍有大量这种键合态的萜类未被水解。通过添加β-葡萄糖苷酶可释放果蔬汁中的萜烯醇，增加香气。有实验证明，α-L-呋喃阿拉伯糖苷酶可释放水果中的沉香醇和香叶醇，使果汁增香。OOHHHOHOHHOHHCH2OHROOHHHHOHOHHOHHCH2OH+OH2+ROH脱苦酶制剂在柑桔果汁中可除去由柚皮苷和柠檬苦素类似物而引起的苦味。如添加柚皮苷酶可使柚皮苷水解成野黑樱素和鼠李糖，加入柠檬苷素脱氢酶可把柠檬苦素氧化成柠檬苦素环内酯，从而达到脱苦降苦的目的。9.2.2提取果胶果实中的果胶在未成熟前是以不溶性的原果胶形式存在的，在水果成熟过程中逐渐转变成可溶性果胶。原果胶也可在酸、热作用下转变为可溶性。由枯草杆菌、黑曲霉、酵母、担子菌所生产的原果胶酶已被开发用于桔皮、苹果、葡萄皮、胡萝卜中果胶的提取。用酶法提取果胶与酸热法相比工艺简单，无污染，成本低，产品质量除含糖量稍高外，无甚区别。9.2.3真空或加压渗酶法处理完整果蔬（1）软化桔子，剥除桔皮利用加压或真空浸渍果蔬，使果胶酶渗入细胞间隙或细胞壁中而起作用。此法已用于完整桔子的软化，桔皮容易剥除。真空或加压渗酶法处理完整果蔬（2）桃肉的硬化处理：将果胶甲基酯酶与Ca2+渗入桃肉，可使罐头糖水桃子硬度提高4倍（因脱甲酯之果胶可同Ca2+结合而增强硬度）。腌制蔬菜用此法处理可防止软化而保持脆性。（3）脱苦处理此法也用于桔皮之柚苷酶脱苦处理，脱苦率达81%。9.2.4去除酚类化物澄清果汁经超滤过滤，浓缩后仍发生白色混浊，其原因就在于果汁中含有酚类化合物，可在过滤前用漆酶处理，使之氧化聚合成不溶性高分子而过滤去除。9.2.5提取蔬菜汁近年来果蔬加工业发展迅速，采用纤维素酶等酶制剂开发出各种蔬菜制品，如蔬菜汁、千燥蔬菜粉末、速溶食品等。由于各种蔬菜原汁是直接从新鲜蔬菜提取的，含有丰富的天然营养物质，特别适合于婴幼儿和病人食用，也适合于食品的加工，如以蔬菜汁制造的蔬莱饼干，以其独特的口味和丰富的营养而风靡国际市场。此外，以蔬菜汁为主要原料，经适当加工即可制成具有特殊功能的保健食品和饮料，有些蔬菜汁还可用于药品和化妆品的制造。9.3控制酶的基因表达进行果蔬保鲜控制果实成熟的酶促进果实和器官衰老是乙烯最主要的生理功能。在果实中乙烯生物合成的关键酶主要是乙烯在直接前体—1-氨基环丙烷-1-羧酸合成酶(ACC合成酶)和ACC氧化酶。在果实成熟中这两种酶的活力明显增加，导致乙烯产生急剧上升，促进果实成熟。基因技术控制酶的表达在对这两种酶基因克隆成功的基础上，可以利用反义基因技术抑制这两种基因的表达，从而达到延缓果实成熟，延长保质期的目的。利用反义RNA技术抑制酶活力已有许多成功的例子，其中最成为成功的就是延缓成熟和软化的反义RNA转基因番茄。基因枪原理超音速微型液体基因枪SJ-500手提式基因枪GJ-1000高压气体基因枪基因枪原理导入ACC合成酶反义基因的番茄Hamilton等于1990年首次构建了ACC氧化酶反义RNA转基因番茄，在纯合转基因番茄果实中，乙烯的合成被抑制了97%，从而使果实的成熟延迟，贮藏期延长。导入ACC合成酶反义基因的番茄也得到了类似的结果。转基因番茄的乙烯合成也被抑制了99.5%，果实中不出现呼吸跃变，叶绿素降解和番茄红素合成也都被抑制。果实不能自然成熟，不变红，不变软，只有用外源乙烯处理6天后才能使转基因番茄正常成熟。因此，利用反义基因技术可以成功的培育耐贮藏果蔬。其他相关研究目前，有关的研究正在继续进行，并已扩大到了草莓、梨、香蕉、芒果、甜瓜、桃、西瓜、河套蜜瓜等，所用的目的基因还包括与细胞壁代谢有关的多聚半乳糖醛酸酶(PG)、纤维素酶和果胶甲酯酶基因。反义PG转基因番茄还具有更强的抗机械操作和抗真菌侵染能力，且有更高的果酱产率。谢谢！