果胶酶的研究及其应用课件

果胶酶的研究及其应用LOGO1果胶酶的研究及其应用LOGO1前言v果胶酶（Pectinases）是指分解果胶物质的多种酶的总称，在食品加工、饲料加工、造纸、环境保护、诱导植物抗病等方面都有很大的应用价值。果胶酶可源于动物、植物和微生物。由于动、植物及天然来源的果胶酶产量低且提取困难，不能满足生产的需要；而微生物因生长速度快，生长条件简单，代谢过程特殊和分布广因而成为果胶酶的重要来源。随着果胶酶用量的增加及发酵工业的发展，国内外学者对微生物果胶酶进行了深入地研究，并已有多种微生物来源的果胶酶商品酶制剂出售。本文主要从以下几方面概述了果胶酶近年来的研究进展及其在果蔬、纺织、造纸加工业中的应用概况。2前言果胶酶（Pectinases）是指分解果胶物质的多种酶的Contents果胶酶1果胶酶的应用2展望343Contents果胶酶1果胶酶的应用2展望3431 果胶酶v1.1 果胶酶的分布v许多霉菌及少量的细菌和酵母菌都可产生果胶酶，主要以曲霉和杆菌为主，新近报道的其它菌有青霉如意大利青霉、扩展青霉等，白绢菌、立枯丝核菌、微小毛霉、高大毛霉、热解糖梭菌、匐枝根霉、出芽短梗霉、粗糙链孢霉、嗜热侧孢霉等。由于真菌中的黑曲霉属于公认安全级，其代谢产物是安全的。因此目前市售的食品级果胶酶主要来源于黑曲霉，最适pH 值一般在酸性范围。近年来，一些来源于细菌杆菌属的碱性果胶酶日益受到重视如浸麻芽孢杆菌等。随着分子生物学技术的不断提高，也可利用基因克隆技术实现果胶酶在其它微生物宿主的表达。41 果胶酶1.1 果胶酶的分布41 果胶酶v1.2 果胶酶类型v通常情况下。可根据以下标准对果胶酶进行分类：1）果胶、果胶酸、原果胶是否为其优先底物；2）底物是被反式消去作用还是水解；3）切割方式是随意的（内切酶）还是发生在末端方向的（外切酶）。根据以上分类标准，果胶酶一般可分为以下三大类。51 果胶酶1.2 果胶酶类型5v1.2.1 果胶酯酶（Pectinesterase,PE）随机切割甲酯化果胶分子中的甲氧基，产生甲醇和游离羧基。v1.2.2 解聚酶（Depolymerizingenzymes）水解酶专一水解底物的糖苷键,可分为：（1）聚甲基半乳糖醛酸酶（Polymethylgalacturonase,PMG）；可分为内切酶（endo-PMG）与外切酶（exo-PMG）。（2）聚半乳糖醛酸酶（Polygalacturonase,PG）；也可分为内切酶（endo-PG）与外切酶（exo-PG）。另一类解聚酶则通过反式消去作用切割底物的-1,4-糖苷键,降解产物带有还原基团和双键，双键位于产物非还原末端C4、C5 之间，并在235nm处产生最大紫外吸收。此类酶称为裂解酶，可分为（1）聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（Polymethylgalac-turonatelyase，PMGL）：俗称果胶裂解酶（PNL），可分为内切酶（endo-PMGL）与外切酶（exo-PMGL）；（2）聚半乳糖醛酸裂解酶（Polygalacturonatelyase，PGL）：又称果胶酸裂解酶（PL），也可分为内切酶（endo-PGL）与外切酶（exo-PGL）。61.2.1 果胶酯酶（Pectinesterase,PE）随v1.2.3 原果胶酶（Protopectinase,PPase）原果胶酶是一种可以催化原果胶水解的胞外酶类，可将原果胶分解为水溶性的高聚合度果胶。根据其作用方式可分为（1）A-型原果胶酶（A-PPase）；作用于原果胶内部区域的聚半乳糖醛酸部位；（2）B-型原果胶酶（B-PPase）：作用于与聚半乳糖醛酸链和细胞壁组份（如纤维素等）相连的多糖链。1978 年，日本学者Sakai 等从酵母中发现了具有释放高聚合果胶能力的原果胶酶产生菌株。20多年来，他们对各种微生物原果胶酶的酶学性质，作用机理及工业应用等方面做了大量的研究。现已从细菌，酵母和霉菌中筛选出产该酶的菌株。71.2.3 原果胶酶（Protopectinase,PPa2 果胶酶的应用v2.1 利用果胶酶瓦解植物细胞的细胞壁v2.1.1 果胶酶澄清作用v果胶酶是能分解果胶质的多种酶的总称，包括果胶聚半乳糖醛酸酶、聚甲基半乳糖醛酸酶、果胶甲酯水解酶、原果胶酶。果胶酶作用于果胶中D-半乳糖醛酸残基之间的糖苷键，可以打破果胶分子，软化果肉组织中的果胶质，使高分子的半乳糖醛酸降解为半乳糖醛酸和果胶酸小分子物质，并且果胶的多糖链也被降解，果胶分子的这种连续降解使果酒的黏性下降，原来存在果酒中的固形物失去依托而沉降下来，增强澄清效果，提高和加快了果酒的可滤性和过滤速度。因此果胶酶是应用于果酒生产的重要酶制剂之一，它被广泛用于果酒的澄清。82 果胶酶的应用2.1 利用果胶酶瓦解植物细胞的细胞壁82 果胶酶的应用v芦荟汁在加工过程中极易产生浑浊与变色现象。因此，其稳定化工艺是芦荟深加工的关键。新鲜的芦荟凝胶是一种高黏度的汁液，须经过适当的处理才能进行稳定化的后续工艺。导致芦荟凝胶汁粘度高的果胶分子，是引起芦荟汁浑浊的原因之一。芦荟汁稳定化工艺的关键技术之一是澄清工艺。采用果胶酶处理芦荟汁其原理是利用果胶酶水解芦荟汁中能够引起浑浊的果胶物质。使芦荟汁变得清澈透亮。92 果胶酶的应用芦荟汁在加工过程中极易产生浑浊与变色现象。因2 果胶酶的应用v2.1.2 天然产物的提取v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。v天然色素如葡萄紫、番茄红、紫苏紫、萝卜红等均可使用酶法提取，但所用果胶酶不得含有花青素酶等杂酶以免影响某些产品色泽。102 果胶酶的应用2.1.2 天然产物的提取102 果胶酶的应用v其次，天然生物活性物质提取物是目前中药进入国际市场的一种理想方式，出口比例已超过中药，并呈上升趋势。可利用果胶酶生产的提取物有：银杏叶提取物、大蒜油浓缩液、蘑菇浓缩液、人参浆、当归浸膏、甘草液等。另外，在金耳多糖，香菇多糖，金针菇多糖，山楂叶总黄酮等的提取中也使用了果胶酶。利用酶类提取，不仅可提高萃取率，还可提高纯度。v另外，在油料萃取方面，按照传统的生产工艺，菜籽油、棕榈油、葵花籽油、橄榄油等一般是由正己烷等脂溶性溶剂萃取制得。而正己烷是一种致癌物质。将果胶酶和纤维素酶，半纤维素酶结合使用，可破坏油料作物的细胞壁，便于油料的释放，从而提高萃取率。由于酶法提取条件温和，油料中多酚物质和VE都有所增加，从而提高油料的稳定性。112 果胶酶的应用其次，天然生物活性物质提取物是目前中药进入国2 果胶酶的应用v2.1.3 纺织品的生物脱胶v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。122 果胶酶的应用2.1.3 纺织品的生物脱胶122 果胶酶的应用v2.1.4 造纸业的生物制浆v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。132 果胶酶的应用2.1.4 造纸业的生物制浆132 果胶酶的应用v2.2 部分分解细胞间质中的果胶物质v2.2.1 带果肉食品的生产v一般常规加工所得到的果肉在必要的高温处理或机械泵出后，成型颗粒量明显减少，硬度降低，直接影响了产品品质。果胶质在PE作用下脱去甲氧基，在钙离子存在下形成凝胶，从而保持了果肉原有的形状和硬度。以此为基料的产品有果汁、果冻、果肉酸奶、果肉冰淇淋等。142 果胶酶的应用2.2 部分分解细胞间质中的果胶物质142 果胶酶的应用v2.2.2 单细胞产品的生产v所谓单细胞产品是指将生物组织进行转化而形成的完整的单细胞悬液。这种单细胞内各种营养成分保存完好，表面及内部的张力较小，易稳定存在，而且易被酶类消化。它最初应用于细胞融合技术，随着制备技术的不断完善，这种单细胞产品可用于婴儿、老人及病人食品中，还可作为美容品中的活性成分，用于保湿、抗氧化、抑制黑色素生成等。酶法降解植物细胞间质中的果胶物质产生完整的单细胞悬液的过程称为浸解作用，在浸解过程中，一方面设法使内源性果胶酯酶灭活，避免细胞软化；另一方面，用外源果胶酶适度降解胞外果胶及其它成分，避免胞内物质泄漏，降低品质。该工艺常用于生产带肉果蔬汁饮料、乳制品的配料、即食的干燥土豆泥、胡萝卜泥等食品，以及芦荟、人参、越橘叶、红花等美容保健品的配料。152 果胶酶的应用2.2.2 单细胞产品的生产152 果胶酶的应用v2.3 利用果胶酶生产果胶低聚糖v2.3.1 以果胶为底物生产低聚果胶vPG可水解细胞壁中的果胶成分产生聚合度为10左右的寡聚半乳糖醛酸，后者是植物防御反应的诱导因子，防御作用包括产生有抗真菌活性的抗毒素，抑制蛋白合成的抑制剂等等，而且当endo-PG与其抑制蛋白结合以后可进一步激活此防御反应，所以PG在植物致病、抗病中具有双重作用。某些中草药中的药用成分也与果胶成分有关，如艾草叶中的果胶成分是一种生物活性成分，柴胡根中的抗溃疡糖类与果胶分子中的RG-II有关，而人参叶中的RG-II也具有抗溃疡作用，柴胡根中的RG-I能够促进鼠T细胞产生IL-6，增进机体免疫力，苍术根中的果胶片段具有肠道免疫活性。此外，果胶酶解产物还具有抑菌活性!可显著抑制乳酸菌的生长；还可作为功能性食品的配料。162 果胶酶的应用2.3 利用果胶酶生产果胶低聚糖162 果胶酶的应用v2.3.2 以几丁质、几丁聚糖为底物生产低分子寡糖vPG可水解几丁质、几丁聚糖的-（1，4）-糖苷键，得到水溶性寡糖。这类低分子寡糖具有多方面的生理功能，如抗肿瘤、抗菌、增强免疫机能，改善肠道微生物区系的分布，刺激有益菌的生长等。另外，几丁寡糖可作为保水剂、抗菌剂、植物生长调节剂等应用于农业、食品和化妆品业。172 果胶酶的应用2.3.2 以几丁质、几丁聚糖为底物生产低分3 展望v随着生物技术的发展，化学的方法、包括化学合成、化学水解等工艺正在被酶催化合成和水解所代替。果胶酶的应用也不断扩大，从食品加工到纺织、造纸等轻工业，不仅可以充分利用资源，同时减少环境污染和节省能量，起到一石二鸟的作用。183 展望随着生物技术的发展，化学的方法、包括化学合成、化学水19Thank You!19