果胶酶在食品工业中的应用

果胶酶在食品工业中的应用一、酶的概述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[1]。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[2]。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[3]。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[2，4]。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[5]。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[1]。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[5]。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[6]二、果胶酶在食品中的应用1.果胶酶用于果实脱皮柑橘中的甜橙类果实外果皮包裹紧密，在食用时经常因为剥皮引起很多不必要的尴尬。Adams和Kirk(1991年)报道了采用真空渗透果胶酶的方法得到了去囊衣的柑桔全果;Eviott.Tinibel等人(1993年)也报道了类似的研究。蓝航莲等对甜橙全果去皮技术进行研究，试验得出，该技术包括两个部分:首先用注水的方法去除鲜果的外果皮；然后再用果胶酶处理的方法脱除全果的外露囊衣，得到色泽鲜艳、风味良好、营养丰富的去皮全果[7]。2.果胶酶在果汁澄清中的应用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[8]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[9]。陈健旋[10]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。3.改善酒的品质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[11]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，但可降低汁液的豁度，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。4.提取生物活性功能成分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。5．榨油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。6．果胶酶在果汁超滤时提高膜通量超滤是一种新型的过滤技术，近年来被广泛应用在生产清汁及浓缩清汁的果品加工业中。与传统的过滤相比，超滤速度快、效果好，国外己采用超滤反渗透技术在菠萝汁、柑桔汁、葡萄汁、蕃茄汁、梨汁等果汁中澄清与浓缩，产品质量及经济效益较好，但其主要缺点是会引起果汁及浓缩果汁的后混浊;同时由于果汁中大量糖的存在，在超滤过程中，不仅会使超滤系统产生次生覆膜，而且会降低超滤通量。加入分解多糖物质的商品果胶酶，可减少次生覆膜的产生，提高超滤通量。如果果胶的残留物和一些中性聚糖分解不彻底，则在超滤时极易堵塞超滤膜，使超滤速度下降，而且超滤膜难以清洗。与化学方法相比，用果胶酶对超滤膜清洗的优点是能完全被生物分解，可以在最佳的pH值和温度下作用，缩短清洗时间，增加超滤膜的通透量和使用寿命，节省能源，增加产量。因此超滤技术与酶技术配合对超滤作用的发挥至关重要。7.动物饲料果胶酶还可用作动物饲料补充剂。将其用于反当动物饲料生产，能够降低饲料豁度，增加营养吸收，释放营养素。王春林[12]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。8．其他方面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。三、展望近几年，人们对果胶酶的研究虽然己取得了一些成就，如果胶酶用于果汁澄清与加工的技术己经相当成熟，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，扩展果胶酶的应用领域，满足各个相关行业的需求。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出汁率和澄清方面。果胶酶在自然界中分布广泛，但目前有关果胶酶的应用大多是将其作为单一酶应用，这使得果胶酶在食品工业中的应用难以有更大的拓展。未来有关果胶酶的研究应致力于分子水平上酶调节机制的研究以及不同的果胶酶作用于果胶物质的作用机理方面。相信随着对果胶酶研究的不断深入，果胶酶对食品工业的发展将起到更大的推动作用。参考文献[1]张海燕，吴天祥.微生物果胶酶的研究进展[J].酿酒科技，2006，147（9）：82-85.[2]薛长湖，张永勤，李兆杰，等.果胶及果胶酶研究进展[J].食品与生物技术学报，2005（6）：94-99.[3]LIUZM,LUZX,LVFX,etal.Heterologousexpressionandpurifica-tionofprotopectinase-NfromBacillussubtilisinPichiapastoris[J].ProcessBiochem,2006,41(4):975-979.[4]尤华，陆兆新，冯红霞.微生物原果胶酶的研究进展[J].工业微生物，2002，32（1）：50-53.[5]周人纲，白玉山，GIERSEHNERK.果胶裂解酶的分离、提纯及其特征[J].微生物学通报，1990（2）：88-92.[6]钟琳.丰日橘果胶酯酶的研究[J].饮料工业,2008,11(11):9-11.[7]蓝航莲，吴厚玖，孙志高.甜橙全果去皮技术的研究田.I艺技术，2003,24(5):54-56.[8]YamasakiM,YasuiT,ArimaK.Pec;tic;EnzymesintheClarificationofAppleJuice[J].AgriculturalandBiologicalChemistry,1964,28(11):779一787[9]王卫东，孙月娥果胶酶及其在果蔬汁加工中的应用[J]食品研究与开发，2006,(11):222一226[10]陈健旋应用果胶酶澄清甘蔗汁[C.T」闽江学院学报，2005，(5):51一53[11]屈慧鸽，李荣，缪静，等果胶酶对红葡萄酒主要成分的影响日[J]酿酒科技，2005,(8):71一73[12]王春林，陆文清，李德发，等果胶酶对肉仔鸡生长性能及屠体性状的影响日[J]中国畜牧杂志，2004,40(2)19一21