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果胶酶是能够催化果胶物质降解的一组酶的总称。果胶物质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。果胶酶降解果胶物质在工业生产中发挥着重要作用。通过处理,使果胶酶有效地降解果胶中的聚半乳糖醛酸和鼠李酸,并转变成糖和其他有用的化合物,从而解决加工食品的腐败变质问题。作为世界四大酶制剂之一,果胶酶在果汁澄清、榨汁、酿酒、榨油等食品行业应用十分广泛。随着我国工业的迅速崛起,果胶酶的市场需求量也越来越大,其应用价值不可估量。本文主要论述了果胶酶在食品及其他工业生产中的应用,以期为果胶酶的深入研究与探索提供有力的理论指导。
果胶酶在食品工业中的应用
随着工业的不断发展,果胶酶越来越受到市场的重视,尤其在食品行业应用广泛,如用于果汁澄清、榨汁、酿酒、茶与咖啡发酵及改善动物饲料等,给人们的生产和生活带来了极大便利。
果汁澄清
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。研究人员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。研究人员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。
提高果蔬汁的出汁率
一般果蔬的细胞壁中含有大量果胶、纤维素、淀粉、蛋白质等物质。破碎后的果浆十分黏稠,导致压榨取汁非常困难且出汁率很低,而酶解技术则可以克服以上缺点。通常用果胶酶来加速果汁和风味提取,同时可以去除果胶。果胶酶不但能催化果胶解聚,有效降低黏度,改善压榨性能,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,减少果渣产生,同时还有利于后续的加工工序。据报道,利用酶解技术可以使不同果蔬的出汁率提高10%~35%,具体数值因不同果蔬中果胶含量和压榨方法的差别而有所不同。工作人员在制作浓缩荔枝汁的过程中,用果胶酶处理荔枝肉,促使除去不溶性固体和提高岀汁率,得到的真空浓缩荔枝汁在-20 ℃下,其营养和感官质量能保持六个月。
用于提高果蔬汁出汁率的酶技术一般分为两种: 一是果浆浸渍技术,即在破碎的果蔬浆中添加果胶酶,作用一段时间后榨汁;二是完全液化技术,即在果浆中添加果胶酶和纤维素酶,然后利用两者的协同作用,使果蔬细胞壁尽可能完全降解。但是液化技术容易引起果汁风味变劣、褐变等,同时这种酶技术需要较高的酶添加量,增加了生产成本。因此在实际生产中常将两者结合使用,以大大提高果蔬汁的得率。
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。研究人员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,但可降低汁液的黏度,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。
茶叶和咖啡发酵
在咖啡发酵过程中利用产碱性果胶酶微生物除去咖啡豆的黏表皮,有时添加碱性果胶酶来去除含大量果胶质的果肉状表层。碱性果胶酶也可用于茶叶加工,以增加酚类物质、改善茶品质、促进茶叶发酵。研究人员指出,果胶酶可以明显改善红碎茶和红茶的品质,特别是能提高其水浸出物的达标率;可改善速溶茶粉末在冲泡过程中易形成泡沫的状况( 美国专利3787582) ;用果胶酶处理茶浸出物,能分解果胶质,减少速溶茶形成稳固薄膜的力量。此外,果胶酶还可以增加茶在冷水中的溶解性,增加香气,改善汤色与清澈度。
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。
天然产物的提取
天然产物的释放在不同程度上会受果胶物质的影响或阻碍。在适宜条件下,植物细胞会发生自溶,也可产生一些分解酶类( 如果胶酶),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,依靠植物细胞的自身酶系并不利于天然产物的提取。一般应先高温失活钝化胞内酶系,再有选择地进行酶处理。通常情况下,天然色素如葡萄紫、番茄红和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,以避免影响某些产品的色泽。而且,天然生物活性物质提取物在国际市场很受欢迎,出口比例已超中药,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。
动物饲料
果胶酶还可用作动物饲料补充剂。将其用于反刍动物饲料生产,能够降低饲料黏度,增加营养吸收,释放营养素。研究人员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。
废水处理
目前,工厂的废水处理问题仍然亟待研究。比如:一些水果罐头生产中产生的废水由于含有果胶等物质难以降解,阻碍了废水的后续化处理。选用果胶酶解决水果罐头废水问题无疑是较好选择,既能降低生产成本,又能保护环境。
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。