果胶酶在果蔬汁加工中应用.ppt

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 。 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 。 解决这些难题仅仅靠改进加工工艺或增加设备投资是 很难实现的 。 而目前有许多难题已经通过酶工程的应 用得到了很好的解决 。 近年来 ,酶工程在果品加工中 的应用非常广泛 ,所用的酶种类越来越多 ,数量也越来 越大 ,人类已开发出应用于果蔬汁中的多种酶类 ,如果 胶酶 、 果胶酯酶 、 纤维素酶 、 鼠李糖苷酶 、 中性蛋白 酶 、 半乳甘露聚糖酶 、 液化葡萄糖苷酶等 。 水果和蔬菜加工中使用的酶制剂 过程 酶制剂 作用 澄清 果胶酶 果汁澄清 除果胶 果胶酶、淀粉酶 果汁浓缩 果胶沉淀 果胶酯酶 苹果酒生产 果汁分解 果胶酶、纤维素 酶 半纤维素酶 提高果汁得率 果蔬软化 果胶酶 提高果汁稳定性 果蔬液化 果胶酶 纤维素 酶 淀粉酶 完整水果、果蔬 汁的浓缩 果胶酶的定义 果胶质广泛存在于高等植物中，是植物细胞 胞间层和初生壁的重要组成成分，植物的细胞组 织间起 “ 黏合 ” 作用。近几年来，果胶质的生物 降解日益引起国内外学者的广泛关注。 果胶酶 (pectolytic enzyme or pectinase)是指能够分解果 胶物质的多种酶的总称。是果汁生产中最重要的 酶制剂之一 ,已被广泛应用于果汁的提取和澄清、 改善果汁的通量以及植物组织的浸渍和提取。 果胶酶的性状 果胶酶为果胶甲酯酶 ,果胶裂解酶 ,果胶 解聚酶的复合物 .为浅黄色粉末 ,无结块 ,易 溶于水 .可分别对果胶质起解脂作用 ,产生 甲醇和果胶酸 .水解作用产生半乳糖醛酸和 寡聚半乳糖醛酸 .作用温度 10-60 , 最适 温度 45-50 . 作用 PH值为 3.0-6.0,最适 PH 值为 3.5.果胶酶的热稳定性较差 . 果胶酶的分类及作用机制 从广义上讲，果胶酶可以被分为 3种类型：原果胶酶：可 以把不溶于水的原果胶分解为可溶于水的高聚合体果胶；果 胶酯酶：脱去果胶中的甲氧基基团，促使果胶的脱甲酯作用； 解聚酶：促使果胶中 D-半乳糖醛酸的 -1， 4糖苷键的裂解。 原果胶酶将不溶性的原果胶水解为水溶性果胶 ,根 据其作用方式不同又可分为外切酶和内切酶。一般用苯酚 -硫 酸法测定溶液中由原果胶释放出果胶物质的量来确定原果胶酶 的活力。 聚半乳糖醛酸酶 (PG)分为外切酶和内切酶。 PG内切 酶广泛存在于真菌、细菌和很多酵母中 ,高等植物中也发现有 内切酶的存在。内切酶作用于聚半乳糖醛酸时 ,随机水解其中 的半乳糖醛酸单位 ,可使其溶液的粘度下降 ,但还原力增加不大。 聚半乳糖醛酸裂解酶 (PGL)和聚甲 基半乳糖醛酸裂解酶 (PMGL)分别通过 反式消去作用切断果胶酸分子和果胶 分子的 -1,4糖苷键 ,生成 -4,5不饱 和半乳糖醛酸。这两种裂解酶都分为 外切酶和内切酶两种。一些植物软腐 病菌、食品腐败菌以及霉菌均能产生 外切聚半乳糖醛酸酶。 果胶酶产生菌 目前国内外研究和应用较多的果胶酶产生菌是细菌 和霉菌，对霉菌 发酵 产果胶酶的研究主要集中在曲 霉属中，而曲霉属中研究最多的是黑曲霉。其原因 是，果胶酶被广泛应用于食品工业中，如用于果汁、 果酒及中药营养液的深加工等，使得产品质量和外 观得以改善，而生产食品 酶制剂 的菌株必须是安全 菌株。黑曲霉分泌的胞外酶系较全，不仅可以产生 大量果胶酶，而且黑曲霉属于安全菌株。另外，黑 曲霉产生的果胶酶最适 pH值一般在酸性范围内，这 也是其被应用于食品工业行业中的原因之一。 果胶酶的应用 1 果蔬汁的生产，果酒的澄清 目前，在大部分的原果汁、浓缩果汁的生产过程中，都在使 用果胶酶由于各种水果中果胶的含量差别较大，而且果胶质 的成分也略有差异，因此，要根据不同品种、不同加工目的来 确定果胶酶的酶组成。 2 天然产物的提取 果胶物质的存在不同程度的影响或阻碍着天然产 物的释放。在适宜条件下，植物细胞会发生自溶也 可产生包括果胶酶在内的分解酶类，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，靠植物细胞的 自身酶系并不利于天然产物的提取。一般应先热失 活钝化胞内酶系，再有选择地进行酶处理。利用酶 类提取，不仅可提高萃取率，还可提高纯度。 3 纺织品的生物脱胶 用碱性果胶酶处理，代替碱对棉、麻等织物进行煮练加 工和整理工艺，以去除初生胞壁中的果胶物质，在比较缓 和的 pH值和温度条件下使处理后的织物手感柔软，强度高， 取代了耗能大、污染严重的传统热碱脱胶工艺。另外，可 避免因微生物处理造成的纤维素的降解。 4 造纸业的生物制浆 造纸工业中的生物制浆与纺织品的生物脱胶类似，都 是通过果胶酶等酶处理降解植物纤维原料中的果胶、半纤 维素及木质素，使其分散成满足造纸工业不同要求的束纤 维或单纤维，以生产柔软、均一、有弹性的高品质材料。 由于纸浆中高分子果胶带负电荷，经酶降解至六糖以下即 可将其除去，避免了成品纸的静电现象。 在其他方面的应用： 单细胞产品的生产 、利用果胶酶生 产果胶低聚糖。 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 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 ,细胞壁的结构较紧密 ,单纯依靠机械或化学方 法难以将其充分破碎。另外 ,果胶随成熟度的增加 ,酯化程度较高 , 也是影响出汁率的主要因素之一。用果胶酶处理可以破坏果实细 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。例如在苹果汁生产中 ,苹 果要先经机械压榨 ,然后离心获得果汁 ,但果汁中仍然含有较多的 不溶性果胶而呈浑浊状。直接将果胶酶加到苹果汁中 ,处理后经加 热杀菌、灭酶、过滤得到澄清的果汁。 2 果胶酶能提高果蔬汁的出汁率 添加果胶酶制剂 ,则可降低葡萄汁液的黏稠度 , 提高出汁率 ,保证产品贮存稳定性 , 缩短加工时 间 ,获得色泽清亮、汁液清澈的葡萄汁。例如 ,在 苹果浓缩汁生产中 ,为了避免液化技术的缺点 ,很 多厂商采用两阶段液化技术 ,或者称为果渣液化 技术 :首先在果浆中添加果胶酶 ,浸渍后压榨 ,或 者不加果胶酶直接压榨 ; 接着将压榨后的果渣加 水 ,之后加入果胶酶和纤维素酶进行酶解 ,然后压 榨 ,从而大大提高苹果的出汁率。 3 果胶酶能使果蔬饮料澄清 果胶酶作用于果蔬汁时 ,除降低粘度外 ,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。果汁中有很多物质如纤维素、蛋白质、淀粉、果胶物质 等影响澄清 ,且果胶物质是造成果汁混浊的主要因素。在樱桃汁的加 工过程中 ,添加果胶酶使果胶水解 ,从而使樱桃汁黏度降低 ,过滤阻力 减小 ,过滤速度加快 ;同时 ,由于樱桃汁中的悬浮果粒失去高分子果胶 的保护 ,很容易发生沉降而使上层汁液清亮 ,在以后的澄清过程中 ,明 胶澄清剂的加入量便可大大减少 ,甚至免加澄清剂。果胶酶还可以用 于苹果汁、甘蔗汁、蟠桃汁、桃杏李果汁等的澄清。添加果胶酶时 , 应使酶与果浆混合均匀 ,根据原料品种控制酶制剂的用量 ,并控制作 用的温度和时间。若果胶酶与明胶结合使用 ,效果更佳。有时采用复 合酶法澄清 ,如在澄清枣汁时 ,使用果胶酶和 -淀粉酶。 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清汁在果蔬汁加工业中 越来越流行。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 ,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。 5 果胶酶能改善果蔬饮料的营养成分 利用果胶酶生产果蔬汁不仅提高了出汁率 ,而且保留 了果蔬汁中的营养成分。 Chang Tungsun 等对果胶酶处理 果汁的研究表明 ,酶处理后的果汁的葡萄糖、山梨糖和果 糖含量显著提高 ,蔗糖含量略有下降 ,总糖含量上升。甜玉 米、胡萝卜的试验有相似的结果。此外 ,由于果胶的脱酯 化和半乳糖醛酸的大量生成 , 造成果汁的可滴定酸度上升 ,pH下降。芳香物质含量也有明显提高 ,经果胶酶处理后的 葡萄汁 ,各种酯类、萜类、醇类和挥发性酚类含量提高 ,葡 萄汁的风味更佳。由于细胞壁的崩溃 ,类胡萝卜素、花色 苷等大量色素溶出 ,大大提高了果蔬汁的外观品质。 K、 Na、 Ca、 Zn 等矿物质元素含量也有较大提高。 6 果胶酶能改善浓缩果汁品质 果汁浓缩后 ,不仅流动性差 ,而且稳定性也差 ,因此果 汁的浓缩也需先澄清和脱果胶 ,以避免浓缩时产生胶凝。 果汁经酶处理去除果胶后再浓缩 ,所得浓缩汁有较好的 流动性 ,并且重新稀释后仍是稳定的。尤其适用于柑橘 类浓缩汁的生产。目前 ,果胶酶在果品加工中的应用还 有果品软化、脱苦和去除异味等 ,不同活性比例的果胶 酶制剂已在许多国家成为标准加工作业。随着酶技术本 身的发展 ,果胶酶在食品工业尤其在果品加工业中的应 用前景会更加广阔。 7 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。如柑桔囊衣、莲子肉皮和大蒜膜层经 粗果胶酶处理后 ,可以很快地脱落。目前 ,不同 活性比例的果胶酶制剂已是降解果蔬细胞壁 , 改善压榨性能、降低粘度、增加出汁率 ,和提 高营养成分不可省略的部分。 果胶酶发展状况 目前工业上生产的果胶酶 都是复合酶。除了含有果胶分 解酶外，还含有少量纤维素酶、 半纤维素酶 、淀粉酶、蛋白酶 等。 诺维信是一种新型果胶酶， 它不但含有果胶甲酯酶，聚半 乳糖醛酸酶和果胶裂解酶，还 含有一定的半纤维素酶活力， 能水解果胶中的残留甲基半乳 糖醛酸，裂解植物细胞壁，释 放出更多的果汁 。 结 束 语 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 。