酶在果汁生产中的应用

天津科技大学食品酶学课程论文酶在果汁生产中的应用ENZYMEINTHEPRODUCTIONOFFRUITJUICE专业名称：生物化学与分子生物学指导教师：胡爱军副教授研究生姓名：韩江微学号：08841015论文提交日期：2009年4月摘要本文论述生物酶技术在果胶生产中应用现状，作用机理及应用前景。重点阐述了酶制剂在果汁饮料生产上的作用工艺原理及特点，以及当前酶制剂在果汁生产中的研究和应用现状，并重点对果胶酶在果汁生产及果汁澄清中的应用技术最新研究现状进行总结，提出了果胶酶生产果汁过程中有待提高的问题，并对果汁生产中酶制品作用效果评价的方法进行简单介绍。关键词:酶技术；果胶酶；澄清果汁；效果评价AbstractThispaperdiscussesthebiologicalenzymetechnologyintheapplicationofpectinproduction,mechanismandapplicationprospects.Focusedonenzymesinfruitjuicedrinksontheroleoftheproductionprocessprincipleandcharacteristics,aswellasthecurrentproductionofenzymesinfruitjuiceattheresearchandapplicationofthestatusquo,andfocusontheproductionofpectinaseinfruitjuiceandfruitjuicetoclarifytheapplicationoftechnologyinthelatestresearchsummingupthejuiceapectinaseproductionprocessoftheproblemneedstobeimproved,andfruitjuiceproductioneffectofenzymeproductsforeasyevaluationmethodofintroduction.Keywords:Enzymetechnology;Pectinase，Clarificationoffruitjuice，Evaluation一，前言酶是由活细胞产生的(除个别酶己人工合成)具有催化功能的一类蛋白质。由于酶来源于生物体的活细胞,因此酶又被称为生物催化剂。凡是有生命的地方几乎都有酶,都需要酶。酶和生命活动密切相关,它几乎参与了所有的生命活动、生命过程。对于酶的认识,从一开始就是与人类的生活和生产实践密切相关的。在人类历史上,酶的应用已逾几千年,对于酶在食品中应用可追溯到距今4000多年前我国的龙山文化时期。至今己日益广泛应用于食品、纺织、造纸、制药、发酵、医学、化学分析和临床诊断等各个领域[4]。在果汁加工中,酶处理多用来提高果汁的出汁率、澄清果汁、脱除苦味物质、降低非酶褐变、测定有机酸以及增香作用。目前,我国天然果汁饮料的产量逐年增加,市场和消费者对产品品质提出了更高的要求,其中酶制剂在果汁饮料生产上将发挥越来越重要的作用。用于果汁加工的酶主要有果胶酶、纤维素酶、α-淀粉酶、糖化酶和溶菌酶等多种类型,其主要作用是提高产品得率、防止产品沉淀、改善产品品质和防腐杀菌等。果胶酶是食品加工中最重要的醇制剂之一。早在1930年就有了关于果胶酶生产和应用的报道。在国外果胶酶已广泛地应用于果汁和果酒生产中，并有许多不同用途的果胶酶制剂出售。目前国内有一些单位在果胶酶的生产，分离，应用等方面做了大量工作．并取得了不少成果和经验。在果汁生产中果胶物质是影响果汁澄清和混浊的主要因素，利用果胶酶能有效的控制果汁的澄清和混浊。本文试图就果胶酶在澄清果汁和混浊果汁中的应用及其作用机制作一综述。二酶的种类2.1果胶酶果胶酶可分为作用于甲酯键的果胶酯(PE)和分解α-1,4-半乳糖醛酸苷键的解聚酶。解聚酶可分为水解酶和裂解酶。其中对果汁澄清有效的是裂解酶类型中的内切果胶酶(endo-pL)和水解酶类型的内切聚半乳糖醛酸酶(endo-PG)。使用endo-PG时,必须与PE协同作用才能起到澄清效果。果胶酶在果浆生产和澄清果汁生产中的作用不同。果浆生产中使用果胶酶主要是软化果肉、提高果汁产量和可溶性固形物含量。而澄清果汁生产中,常将果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶等混合使用,以起到提高产品得率、协同降低果汁粘度、消除因纤维素造成的混浊和降低酶的使用成本等作用。水果破碎物经酶处理后,可使果汁得率提高10%～35%,过滤速度提高4～60倍(取决于原料种类),同时使果汁澄清达到最佳状态。2.2α-淀粉酶和糖化酶生产中常将α-淀粉酶和糖化酶用于解决高淀粉含量原料(莲子、马蹄、板栗)和低淀粉含量原料(苹果、梨、猕猴桃)制作澄清饮料的稳定性问题。这类原料中的淀粉在淀粉酶和糖化酶作用下,转化为葡萄糖和可溶的小分子糖类,从而避免了淀粉颗粒相互结合形成沉淀。2.3柚苷酶和柠碱前体脱氢酶形成柑桔类果汁苦味的主要物质是柚皮苷和柠碱。通过柚苷酶的作用,可将柚皮苷分解为无苦味的鼠李糖、葡萄糖和油皮素,通过柠碱前体脱氢酶的作用,可以使柠碱前体脱氢,从而防止苦味生成。2.4溶菌酶溶菌酶又称胞壁质酶或N-乙酰胞壁质聚糖水解酶,是一种化学性稳定的糖苷水解酶,在pH310时加热96℃,15min仍能维持87%活力,它的最适pH值为715。溶菌酶的杀菌机理在于能分解细菌细胞壁的肽聚糖,使细胞壁疏松,细胞内渗透压增高,最后导致细菌死亡,从而起到杀菌作用。目前,市场上销售售的饮料,为延长其保质期,大都添加一定量的化学防腐剂。随着生活水平的提高,人们对防腐剂已是“谈虎色变”。作为天然蛋白质的溶菌酶,既具有防腐作用又具有保健功能,故将它用于饮料加工,部分或完全替代化学防腐剂,无疑会对饮料工业起到推动作用。生产中将溶菌酶与植酸、聚合磷酸盐、甘氨酸等配合使用,效果理想。溶菌酶使用量的确定,既要考虑其成本,又要考虑产品的卫生标准。有人试验蜜桔汁饮料中溶菌酶最低用量不少于160mg/kg,黄瓜汁不低于200mg/kg。此外,溶菌酶的防腐效果与饮料介质的pH值密切相关。pH值过大过小,都会钝化酶的活性,因此,生产中应根据原料种类,寻找一个既可保持溶菌酶活力,又不影响饮料口感风味的最佳pH值水平。溶液酶目前在我国饮料加工工业中尚未普及。但随着溶菌酶提取工艺的改进、成本的降低以及在饮料工艺中技术指标的确立,作为天然防腐剂的一支奇葩,必将发挥重要作用。三工艺流程及讨论3.1工艺流程原料选果—清洗—破碎—榨汁—加热—冷却、加酶—静置—离心过滤—硅藻土过滤—浓缩—脱气灭菌—无菌灌装。3.2工艺讨论①不能使用病害、腐烂果疏加工,因其含有抑制果胶酶活性的物质,故应引起注意。②榨出的汁要在15min内加热煮沸,以钝化酶的活性,防止酶促褐变。③为提高酶的亲和力,对于含高酯化果胶的苹果汁来说,pH值调整为5～6时酶作用效果最好。④因苹果含有一定量的淀粉,因此在酶的使用上除了果胶酶、纤维素半纤维素酶之外,还应添加α-淀粉酶。在果胶酶中,应选用果胶裂解酶,因其对苹果汁中甲酯化程度很高的果胶效果特别好,只需要短时间作用即可完成澄清过程。由于澄清时间短而使整个生产时间缩短,从而可有效地提高产品质量。此外,使用果胶裂解酶,由于没有新的自由羧基产生,故不易引起二次沉淀。四应用举例4.1果胶酶与果汁中果胶物质作用机制果胶酶是—群复杂的酶，是诱导酶。商品果胶酶来自霉菌，是混合制剂。果胶酶制剂对果汁中的果胶物质的作用机制如下。果汁中的果胶在聚甲基半乳糖醛酸裂解酶(PMGL)的作用下．裂解成可溶性的短链果胶．使果汁的粘度迅遗下降。果胶也可以在果胶酯酶（PE）的催化下，水解脱去甲基形成低酯果胶。低酯果胶在聚半乳糖醛酸酶(PG)的催化下，水解成可溶性短链果胶酸。当低酯果胶的酯化度（DE值)低于时，与二价阳离子(如Ca++，Mg++等等)形成不溶性的果胶酸盐，并和果胶中的混浊物一起沉淀，析出。综上所述，果胶酶在澄清果汁和混浊果汁生产应用中，关键在于如何控制各种酶的活性，抑制或加强某些酶的活性，即可使果汁澄清或保持浑浊状态。4.2果胶酶在混浊果汁中的应用混浊果汁中，混浊物质主要由直径在10微米以下的不溶性微细颗粒组成的。其中含有大量的色素．风味物质和营养成分，是果汁色、香、味、体的重要组成部分。但是在浑浊果汁中存在着果胶酯酶(PE)，会引起果汁的胶体破坏，使得混浊物质的微细颗粒失去依托而产生沉淀和清液层。为了维护浑浊果汁的稳定性，就要破坏导致浑浊果汁中破坏胶体而产生沉淀的因子。可以采取下列几种稳定化措施，以防止果汁沉淀分层的发生；4.2.1用聚甲基半乳糖醛酸裂解酶(PMGL)处理果汁。在果胶未被果胶酯酶(PE)脱甲基之前，先用聚甲基半乳糖醛酸裂解酶(PMGL)处理果汁中的果胶，这样使可溶性果胶降解，成为可溶性的短链果胶。只要产生的短链碎片短于l8个聚合作单位，即使被PE蜕去甲基也不会产生沉淀。4.2.2加热钝化果胶酯酶(PE)．加热是使其活性破坏，保持混浊状态最常用的方法。在杀菌过程中，PE不易被完全破坏，残余的5-l0％酶活力，足以使果汁中的果胶，在贮运中不断地被去甲基化，当果胶的酯化度(DE值)降到一定程度(14.8％)时，就会引起混浊果汁的沉淀分层。提高杀菌温度或延长杀菌时间，可将PE活性完全破坏。但是在这种条件下，果汁中的一些氨基酸、蛋白质会分解，产生硫化氢和其它硫化物，从而使果汁风味、香气和营养发生变化，产生显著的过煮味。为了解决上述问题，可以采用蒸汽直接喷入加热法，90℃5秒钟欧姆加热法，88.5℃1O秒钟；电热丝加热法，94.2℃9秒钟；微波辐射法120秒钟。在基本上不损害原汁风味的前提下，能够完全钝化PE．并且指出添加O．43％的单宁基本上能完全抑制PE的活力。4.2.3用聚半乳糖醛酸酶(PG)处理。该方法可将低酯果胶水解成可溶性短链果胶酸，当其分子链小于l8个半乳糖醛酸单位时，这种碎片不能产生成不溶性的果胶酸盐，并且能对PE产生抑制作用，从而延长有PE活性的果汁的稳定性。4.2.4除去果汁中Ca++等二价阳离子Ca++等二价阳离子是引起混浊果汁沉淀的重要因素。除去果汁中Ca++等二价阳离子．可以延长混浊果汁的稳定性。4.3果胶酶在澄清果汁中的应用．果胶酶是澄清果汁生产中最重要的酶，它能有效的分解果肉组织中的果胶物质，使果汁粘度下降，提高水果的出汁率，改善果汁的过滤效率并加速果汁澄清，保证果汁的货架贮存期的稳定性。果胶酶用于果汁的澄清，主要依靠降低果汁的粘度，使悬浊物质失去保护胶体而沉降。在具体的应用过程中，必须以作用对象中的果胶为检测酶活力的底物，才有意义；4.3.1苹果汁澄清苹果汁中的果胶，其酯化度高达90％，单独使用聚半乳糖醛酸酶(PG)降解或用果胶酯酶(PE)水解处理苹果汁时，不能使果汁澄清。而当两者共同作用时效果大为提高。如果使用高纯度的聚甲基半乳糖醛酸酶(PMGL)时，可以使苹果汁澄清。4.3.2葡萄汁澄清葡萄破碎后具有很高的粘稠性，直接用压榨的方法提取果汁很困难。利用果胶酶可生产色泽良好的果汁，对果汁的还原糖、酸度、风味及其它特点没有损害，并能提高果汁产量和缩短加工时间。在大规模生产上，一般将破碎后的葡萄浆与0.2-O.4％(按重量计)的酶制剂混台，在40一50处理3O分钟左右。处理过程中不断搅拌，升温60一9O5—3O分钟，最后压榨取汁液。由于葡萄汁中果胶物质的酯化度低，与内切-聚半乳糖醛酸酶(PG)共用为好。4.3.3柑桔汁由于柑桔汁中除含果胶物质外，还含有半纤维素等混浊物质。所以添加某种半纤维素酶与聚半乳糖醛酸酶(PG)一起作用，可显著地促进柑桔汁的澄清效果。4.3.4猕猴桃汁猕猴桃汁中果胶含量约为0.5—1.0％，原汁粘度较高，不利于果汁提取。加入果胶酶分解果汁中的果胶以降低粘度，提高果汁得率，在一定程度上起到澄清果汁的作用。先把猕猴桃汁加热微沸，待冷至4O一5O℃时，加入酶制剂，搅拌均勾，静置3-35小时，果汁中的絮状悬浮物逐渐下沉，果汁得以进一步澄清。在25℃作用下，以