果膠酶在食品中的應(yīng)用

果實(shí)酶是一組酶的總稱，它可以促進(jìn)果膠物質(zhì)的分解。果膠物質(zhì)通常存在于高等植物中,如蔬菜、水果、玉米、大豆等,是非淀粉多糖的成分之一。果膠酶降解果膠物質(zhì)在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。通過處理,使果膠酶有效地降解果膠中的聚半乳糖醛酸和鼠李酸,并轉(zhuǎn)變成糖和其他有用的化合物,從而解決加工食品的腐敗變質(zhì)問題。作為世界四大酶制劑之一,果膠酶在果汁澄清、榨汁、釀酒、榨油等食品行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。隨著我國工業(yè)的迅速崛起,果膠酶的市場需求量也越來越大,其應(yīng)用價值不可估量。本文主要論述了果膠酶在食品及其他工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用,以期為果膠酶的深入研究與探索提供有力的理論指導(dǎo)。1果膠酶的分類果膠酶廣泛分布于高等植物和微生物中。據(jù)統(tǒng)計(jì),微生物果膠酶占全球食品酶銷售總額的25%。國外對果膠酶的研究始于20世紀(jì)30年代,到50年代已經(jīng)開始工業(yè)化生產(chǎn)。而國內(nèi)的研究則始于1967年,20世紀(jì)80年代末才開始工業(yè)化生產(chǎn)。隨著我國水果種植和加工業(yè)的發(fā)展,果膠酶的開發(fā)和應(yīng)用正在不斷地走向深入。根據(jù)作用半乳糖醛酸的方式不同,果膠酶可以分為原果膠酶、果膠酯酶和果膠裂解酶等。眾所周知,微生物酶作用時易受底物、溫度、濃度和pH值等因素的影響,因此,根據(jù)物理和化學(xué)因素的影響效果,果膠酶也呈現(xiàn)細(xì)微差別。果膠酶按其作用最適pH值又可分為酸性果膠酶和堿性果膠酶。目前研究和應(yīng)用較多的是酸性果膠酶,主要用于水果榨汁和果汁澄清,其酶作用最適pH值在偏酸性范圍,堿性果膠酶的研究可以擴(kuò)展果膠酶的應(yīng)用范圍。2其他食品的應(yīng)用隨著工業(yè)的不斷發(fā)展,果膠酶越來越受到市場的重視,尤其在食品行業(yè)應(yīng)用廣泛,如用于果汁澄清、榨汁、釀酒、茶與咖啡發(fā)酵及改善動物飼料等,給人們的生產(chǎn)和生活帶來了極大便利。2.1果汁簡化模型關(guān)于果膠酶澄清果汁的研究,可以追溯到20世紀(jì)30年代,當(dāng)時認(rèn)為引起果蔬汁渾濁的主要原因是果膠質(zhì);而關(guān)于果汁澄清原理的研究則始于20世紀(jì)60年代。Yamasaki等推測出果膠酶澄清蘋果汁的簡化模型,果膠酶澄清果汁的實(shí)質(zhì)包含果膠的酶促水解和非酶的靜電絮凝兩部分。當(dāng)果蔬汁中的果膠在果膠酶作用下部分水解后,被包裹在內(nèi)的部分帶正電荷的蛋白質(zhì)顆粒就暴露出來,與其他帶負(fù)電荷的粒子相撞,然后聚集,即導(dǎo)致絮凝現(xiàn)象的發(fā)生。在絮凝物的沉降過程中,果膠酶吸附、纏繞果汁中的其他懸浮粒子,通過離心、過濾,可將其除去,從而達(dá)到澄清的目的。陳健旋對應(yīng)用果膠酶澄清甘蔗汁進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)甘蔗汁中的果膠類物質(zhì)是引起甘蔗汁膠體微粒懸浮的主要誘因之一;加入果膠酶可以專一性地水解果膠類物質(zhì),使體系中其他膠體類物質(zhì)因失去果膠的保護(hù)作用而沉淀析出,實(shí)現(xiàn)汁液澄清。2.2果蔬汁出汁率技術(shù)研究一般果蔬的細(xì)胞壁中含有大量果膠、纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)等物質(zhì)。破碎后的果漿十分黏稠,導(dǎo)致壓榨取汁非常困難且出汁率很低,而酶解技術(shù)則可以克服以上缺點(diǎn)。通常用果膠酶來加速果汁和風(fēng)味提取,同時可以去除果膠。果膠酶不但能催化果膠解聚,有效降低黏度,改善壓榨性能,提高出汁率和可溶性固形物含量,而且能增加果汁中的芳香成分,減少果渣產(chǎn)生,同時還有利于后續(xù)的加工工序。據(jù)報道,利用酶解技術(shù)可以使不同果蔬的出汁率提高10%~35%,具體數(shù)值因不同果蔬中果膠含量和壓榨方法的差別而有所不同。VijayanandP等在制作濃縮荔枝汁的過程中,用果膠酶處理荔枝肉,促使除去不溶性固體和提高岀汁率,得到的真空濃縮荔枝汁在-20℃下,其營養(yǎng)和感官質(zhì)量能保持六個月。用于提高果蔬汁出汁率的酶技術(shù)一般分為兩種:一是果漿浸漬技術(shù),即在破碎的果蔬漿中添加果膠酶,作用一段時間后榨汁;二是完全液化技術(shù),即在果漿中添加果膠酶和纖維素酶,然后利用兩者的協(xié)同作用,使果蔬細(xì)胞壁盡可能完全降解。但是液化技術(shù)容易引起果汁風(fēng)味變劣、褐變等,同時這種酶技術(shù)需要較高的酶添加量,增加了生產(chǎn)成本。因此在實(shí)際生產(chǎn)中常將兩者結(jié)合使用,以大大提高果蔬汁的得率。2.3果膠酶與葡萄酒的相互作用在釀酒行業(yè)使用果膠酶,可以增加天然色素的提取量,改善酒的色澤與風(fēng)味,增加酒香,并可產(chǎn)生起泡酒,對提高酒的質(zhì)量有重要作用。屈慧鴿等研究果膠酶對紅葡萄酒主要成分的影響,結(jié)果表明,加入果膠酶對葡萄汁的糖酸含量幾乎無影響,但可降低汁液的黏度,利于色素的溶出;加入果膠酶的樣品比未加果膠酶的樣品發(fā)酵劇烈、迅速,可降低揮發(fā)酸的生成量,增加原酒干浸出物含量和總酚含量,改善葡萄酒的品質(zhì)。2.4果膠酶:提高茶品質(zhì)在咖啡發(fā)酵過程中利用產(chǎn)堿性果膠酶微生物除去咖啡豆的黏表皮,有時添加堿性果膠酶來去除含大量果膠質(zhì)的果肉狀表層。堿性果膠酶也可用于茶葉加工,以增加酚類物質(zhì)、改善茶品質(zhì)、促進(jìn)茶葉發(fā)酵。王若仲指出,果膠酶可以明顯改善紅碎茶和紅茶的品質(zhì),特別是能提高其水浸出物的達(dá)標(biāo)率;可改善速溶茶粉末在沖泡過程中易形成泡沫的狀況(美國專利3787582);用果膠酶處理茶浸出物,能分解果膠質(zhì),減少速溶茶形成穩(wěn)固薄膜的力量。此外,果膠酶還可以增加茶在冷水中的溶解性,增加香氣,改善湯色與清澈度。2.5解酶劑的用量在植物油的榨取過程中,包括堿性果膠酶在內(nèi)的細(xì)胞壁降解酶發(fā)揮著重要作用,如在橄欖油榨制時加入堿性果膠酶,可破壞起乳化作用的果膠,提高出油率,且榨出的油貯存時非常穩(wěn)定,多酚類物質(zhì)和維生素E含量也有所增加。2.6生物活性物質(zhì)提取物提取法天然產(chǎn)物的釋放在不同程度上會受果膠物質(zhì)的影響或阻礙。在適宜條件下,植物細(xì)胞會發(fā)生自溶,也可產(chǎn)生一些分解酶類(如果膠酶),但這會使待分離產(chǎn)物發(fā)生結(jié)構(gòu)改變,甚至產(chǎn)生一些大多數(shù)情況下不利于分離的小分子副產(chǎn)物。因此,依靠植物細(xì)胞的自身酶系并不利于天然產(chǎn)物的提取。一般應(yīng)先高溫失活鈍化胞內(nèi)酶系,再有選擇地進(jìn)行酶處理。通常情況下,天然色素如葡萄紫、番茄紅和蘿卜紅等均可使用酶法提取,但所用果膠酶不得含有花青素酶等雜酶,以避免影響某些產(chǎn)品的色澤。而且,天然生物活性物質(zhì)提取物在國際市場很受歡迎,出口比例已超中藥,并呈上升趨勢?？衫霉z酶生產(chǎn)的提取物有:銀杏葉提取物、大蒜油濃縮液、蘑菇濃縮液、人參漿、當(dāng)歸浸膏、甘草液等。2.7增加飼料黏度,增加營養(yǎng)吸收果膠酶還可用作動物飼料補(bǔ)充劑。將其用于反芻動物飼料生產(chǎn),能夠降低飼料黏度,增加營養(yǎng)吸收,釋放營養(yǎng)素。王春林等研究果膠酶對肉仔雞生長性能及屠體性狀的影響,指出在玉米-豆粕日糧中添加果膠酶制劑,能顯著提高21日齡肉仔雞的平均日增重和采食量,并提高飼料轉(zhuǎn)化率。2.8廢水預(yù)處理的影響目前,工廠的廢水處理問題仍然亟待研究。比如:一些水果罐頭生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水由于含有果膠等物質(zhì)難以降解,阻礙了廢水的后續(xù)化處理。選用果膠酶解決水果罐頭廢水問題無疑是較好選擇,既能降低生產(chǎn)成本,又能保護(hù)環(huán)境。2.9治療冠心病果膠酶處理果膠物質(zhì)后的產(chǎn)物可以作為一種膳食纖維,能夠治療和預(yù)防一些慢性病。如果合理利用,有望開發(fā)一種新型的保健食品或藥品,給慢性病患者送去福音。3果膠酶存在局限性前文提到果膠酶在食品行業(yè)應(yīng)用較為廣泛,但到目前為止,其工業(yè)應(yīng)用主要仍集中在果蔬汁加工方面,其他方面雖然有所涉及,但相關(guān)技術(shù)仍然不夠成熟,也就是說,果膠酶在應(yīng)用中還存在一定的局限性。另外,果膠酶作為一種復(fù)合蛋白酶,其作用效果受溫度、pH值、時間、底物等因素影響,且因生產(chǎn)者的目的不同,果膠酶在生產(chǎn)中的添加量及作用方式也有差異,所以在實(shí)際應(yīng)用中需要綜合考慮各方面因素,選擇最佳的溫度、pH值等,力求使酶發(fā)揮最佳效用。4發(fā)酵菌種對膠酶的影響近幾年,人們對果膠酶的研究雖然已取得了一些成就,如果膠酶用于果汁澄清與加工的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,但其他方面的應(yīng)用仍然有很大的發(fā)展空間。另外,現(xiàn)在研究和應(yīng)用較多的是酸性果膠酶,殊不知,堿性果膠酶在食品行業(yè)、紡織行業(yè)以及造紙行業(yè)都有潛在的應(yīng)用價值。對堿性果膠酶降解底物的機(jī)制、工程學(xué)性質(zhì)及分子生物學(xué)特性進(jìn)行更加深入的研究,會改善其作用效果,