果胶酶

果胶酶在果蔬汁饮料生产中的应用

摘要：果胶酶普遍存在于细菌、真菌和植物中，是分解果胶类物质的多种酶的总称，在果蔬加工、饲料、纺织和造纸工业中应用地非常广泛。果胶酶在果蔬饮料中应用地非常广泛，本文介绍了果胶的分类及作用机制，主要论述了过果胶酶在果蔬汁生产中的出汁率、澄清、超滤等方面的应用，并对果胶酶在果蔬汁加工中的应用等方面进行综述。

关键词：果胶酶；出汁率；澄清；膜通量。

1前言：

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，果品成了人类健康不可缺少的营养物质。我国有着丰富的果品资源，然而因果品本身营养丰富，含水量高，很容易受微生物侵入感染和腐蚀，导致保存期较短。为了充分利用资源优势，提高我国农产品在国际市场上的竞争能力，必须大力发展果品加工业。但是目前果品加工中存在着不少难题，例如果汁和果酒的澄清，果实的脱皮、加工过程中香气成分和营养物质的损耗等[1-4]。解决这些难题仅仅靠改进加工工艺或增加设备投资是很难实现。而果胶酶是目前应用在果蔬饮料生产中最主要的酶类，它可以水解果蔬加工过程中引起混浊的果胶以及一些多糖类成分；使得果蔬汁变得清澈透亮，同时改善果蔬汁的过滤效率进而提高其生产效率及出汁率，在果蔬饮料加工方面已得到广泛的应用[5]。本文将就这些应用做一个综述。果胶酶对甜菜渗出汁清净效果的影响。

1.1果胶酶的分类及作用机制

果胶酶是催化果胶物质分解一类酶的总称。果胶酶主要包括果胶酯酶、聚甲基半乳醛酸酶、聚半乳糖醛酸酶、聚半乳糖醛酸裂解酶和聚甲基半乳糖醛酸裂解酶等[6]。若从生产、应用领域和最适用pH值来划分，则果胶酶通常可以分为酸性果胶酶和碱性果胶酶。酸性果胶酶通常是指内聚半乳糖醛酸酶，原因是大多数的聚半乳糖醛酸酶的最适pH值为3.5～5.5。它是以水解的作用方式无规则切断果胶酸分子的α—l，4糖苷键，主要应用于食品加工业中果蔬汁和果酒的提取及澄清[7]。碱性果胶酶一般多指聚半乳糖醛酸裂解酶，它是以反式消去的作用方式裂解果胶酸分子的α—l，4糖苷键，将复杂的果胶分解成小分子，如半乳糖醛酸。碱性果胶酶在碱性范围内具有较高活性，它主要应用于植物病毒的纯化、诱导植物抗病、纸浆的漂白、棉织物的处理、含果胶污水的处理、咖啡和茶的发酵生产，以及榨油、木材防腐、洗涤剂的生产和家禽饲料加工口等[8]。

果胶酶是果汁生产中最重要的酶制剂之一，它已被广泛应用于果汁的提取及澄清，改善果汁的通量和植物组织的浸渍及提取。果胶酶澄清的实质主要包括果胶的酶促水解和非酶的静电絮凝两部分[9]；当果汁中的果胶在果胶酶作用下被部分水解后，原来被包裹在内的部分带正电荷的蛋白质颗粒就会暴露出来，与其它带负电荷的粒子相碰撞，从而导致絮凝的发生，而絮凝物将在沉降过程中，吸附，缠绕果汁中的其它悬浮粒子，通过离心，过滤可将其除去，从而达到澄清目的。这便是果胶酶澄清果蔬汁的作用机制[10]。

2.产酸性果胶酶的种类及其特点

鉴于本文主要论述果胶酶在果蔬汁加工方面的应用，因此我在这里主要介绍酸性果胶酶

的制备[11]。生产酸性果胶酶的菌种主要以霉菌居多，已见报道的产果胶酶的霉菌种类大概包括20

个属，如曲霉属、镰孢菌属、灰霉菌属、核盘、炭疽菌属菌属和玉圆斑菌属等。目前，黑曲霉、根霉和盾壳霉作为产果胶酶的菌株已经被商品化。国内外对霉菌发酵产果胶酶的研究则主要集中在曲霉属中，而对于曲霉属的研究中最多的是黑曲霉[12]。其原因是，果胶酶被广泛应用于食品行业中，而生产食品酶制剂的菌株则必须是安全菌株。黑曲霉分泌的胞外酶系较全，可以产生大量果胶酶。此外，黑曲霉产生的果胶酶最适pH值一般均在酸性范围内，这也是其被应用于食品工业中的原因之一。

3.果胶酶在果蔬饮料生产中的应用

果胶酶作为果蔬汁生产中最重要的酶制剂之一,已经被广泛应用于果蔬汁的提取及澄清、改善果蔬汁的可过滤性以及植物组织的浸渍和提取中。目前,大部分原果汁、浓缩果汁的生产过程中,都在不同程度地使用果胶酶,但由于各种水果中果胶的含量差别较大, 而且果胶质的成分也略有有差异,因此,应根据水果的不同品种、不同加工目的来确定合适组成的果胶酶，从而使果蔬汁的生产工艺得到最大程度上的优化[13]。

3.1果汁的提取

目前果汁的提取方法主要是加压榨出和过滤,果汁加工时首先要将植物细胞壁破坏。大多数植物细胞壁主要由纤维素、半纤维素和果胶物质等组成,细胞壁的结构较为紧密,单纯依靠机械或化学方法很难将其充分破碎[14]。另外,果胶随成熟度的增加,酯化程度增高,这也是影响出汁率的主要因素之一。如果用果胶酶处理则可以破坏果实细胞的网状结构,提高果实的破碎程度,有效降低其黏度,改善压榨性能,提高出汁率和可溶性固形物含量,从而就能在压榨时达到提高出汁效率并缩短压榨时间的目的,同时把大分子的果胶物质降解后,有利于后续的澄清、过滤和浓缩工序[15]。

3.2果胶酶能提高果蔬汁的出汁率

果胶酶是目前应用在果蔬饮料生产中最主要的酶类,在提高果蔬饮料的出汁率,改善其过滤速度和保证产品的贮存稳定性等方面有较大的利用价值与应用前景[16]。下面我们以果胶酶在欧李果汁加工中的应用为例，来对果胶酶在提高果蔬汁的出汁率方面的应用[17]。

在破碎去核后的欧李果浆中，添加20mg/L果胶酶，30℃下作用24h后，人工挤出果汁，计算出该果汁的出汁率并测定其理化指标，见表1。

表1果胶酶对欧李果浆作用效果对比表

酶解前酶解后

总糖(g/L) 62.30 63.20

总酸(g/L)(以酒石酸计g/L) 27.63 27.95

多酚(g/L) 6.27 7.46

蛋白质(g/L) 2.68 2.34

果胶(以果胶酸钙计g/L) 7.63 1.79

出汁率(%) 52．34 65.48 从表1可知，添加果胶酶后，果胶类物质被大量分解，果胶含量从酶解前的7.63g/L降至1.79g/L，果汁粘度下降了很多，使得果浆容易压榨，提高了果实的出汁率。表1的数据显示，酶解前欧李汁的出汁率为52.34％，酶解后为65.48％，增加了13.14％。

3.3果胶酶能使果蔬饮料澄清

当果胶酶对果蔬汁发挥作用时,除了降低其粘度外,还可产生絮凝作用,使果蔬汁澄清。澄清机理的实质包括果胶的酶促水解和非酶的静电絮凝两部分[18]。果汁中有很多物质如纤维素、蛋白质、淀粉、果胶物质等均会影响澄清效果,且果胶物质是造成果汁混浊的最主要因素。下面以果胶酶对布朗李汁澄清效果的影响的试验为例，来对果胶酶的澄清效果做一个综述[19]。

布朗李果汁中悬浮有微小果粒等物质，在果胶酶的作用下果胶分解，悬浮物由于失去了果胶的保护作用而沉淀下来，从而得到了良好的澄清效果。布朗李汁的pH值在3.5-4.0时，对果胶酶活力的影响不大，而布朗李经果胶酶处理榨汁后的pH值为3.8，所以，本试验将进一步对酶用量、酶作用时间、酶作用温度对布朗李汁澄清效果进行了研究。经过研究发现，布朗李汁最佳澄清剂是果胶酶，最佳澄清工艺是果胶酶用量为0．03％，酶作用时间为2．Oh，酶作用温度为55℃。在最优组合条件下其透光率可达94．2％，此时测定单宁含量为32．7mg/100ml。

3.4 果胶酶能提高超滤时的膜通量

利用超滤技术生产清汁及浓缩汁已在果蔬汁加工行业中越来越流行。虽然超滤比传统的过滤速度快、效果好,但它的主要缺点是由于果蔬汁中大量糖的存在,在超滤过程中会使超滤系统产生次生覆膜,从而降低了超滤通量。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,增加了产量。因此,脱胶对于获得较高的膜通量和浓缩比非常关键。除了可以提高膜通量,果胶酶还可用于超滤膜的清洗。与化学方法相比,利用果胶酶清洗超滤膜能100%地进行生物降解,而且可以在最佳pH、温度下作用,从而可以缩短清洗时间、增加超滤膜的通透量和使用寿命、

增加产量、节省能源。因此,将超滤技术与酶技术联用对发挥超滤作用至关重要。

3.5 果胶酶还可用于果实脱皮—脱除及净化果皮

含有纤维素和半纤维素的粗果胶酶制剂能够作用于果实皮层,使之细胞分离、结构破坏而脱落下来[20]。如柑桔囊衣、杏仁皮和大蒜膜层经粗果胶酶处理后,可以很快地脱落。此外,果胶酶对甜橙全果也有一定的脱皮作用[21]。目前,不同活性比例的果胶酶制剂已经成为降解果蔬细胞壁,改善压榨性能、降低粘度、提高出汁率,和增加营养成分不可省略的部分。在许多国家,添加果胶酶已是制造澄清或者浓缩的草莓汁、葡萄汁、苹果汁及梨汁的标准加工作业。随着酶技术本身的发展,果胶酶在果蔬汁中的应用前景会更加光明。

3.6结论

目前,果胶酶已被广泛应用于果蔬汁加工业中以降解果蔬细胞壁从而达到改善压榨性能、降低粘度、增加出汁率和提高营养成分的目的。在食品加工中,酶的一个重要用途是使原科更易于处理, 增加产品的获得率,使用果胶酶可促进细胞分离,细胞壁变软,这特别适于水果和蔬菜[22]。果胶酶作用于果胶质中D-半乳糖醛酸残基之间的糖苷键,使高分子的聚半乳糖醛酸降为小分子物质。因此,它在食品工业有重要的应用价值。果胶酶是应用在果蔬汁生产中且主要的酶类,它可以较大幅度地提高果蔬品种的出汁率,改善其过滤速度和保证产品贮存稳定性。随着软饮料行业的快速发展,果胶酶的需求和应用前景将极为广泛。目前我国对果胶酶的工业化应用还处于相对滞后的状态,为提高果胶酶的使用率,简化产品提纯工艺并达到连续化生产的目的,将果胶酶固定于廉价载体上已成为国际上研究的一项重要课题。

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