果膠酶在食品中的應(yīng)用研究

馮建嶺，韓 晴，代增英，董 璐，李迎秋

（齊魯工業(yè)大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 50353）

果膠酶在食品中的應(yīng)用研究

馮建嶺，韓 晴，代增英，董 璐，李迎秋

（齊魯工業(yè)大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 50353）

為探索果膠酶今后的研發(fā)方向、明確果膠酶的最佳應(yīng)用方式，對果膠酶做了簡要概述，重點介紹了果膠酶在食品行業(yè)中的應(yīng)用，并提出了果膠酶在食品工業(yè)應(yīng)用中需注意的幾個問題，以期為果膠酶的進(jìn)一步研究與應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

果膠酶；食品；應(yīng)用

果膠酶是能夠催化果膠物質(zhì)降解的一組酶的總稱。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［1］。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 果膠酶概述

果膠酶廣泛分布于高等植物和微生物中。據(jù)統(tǒng)計，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)［2］。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 果膠酶在食品工業(yè)中的應(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 果汁澄清

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［3］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［2］。陳健旋［4］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，實現(xiàn)汁液澄清。

2.2 提高果蔬汁的出汁率

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)［5］。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。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。Vijayanand P［6］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出汁率，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 改善酒的品質(zhì)

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［7］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 茶葉和咖啡發(fā)酵

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［8］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 榨油

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 天然產(chǎn)物的提取

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［9］。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。可利用果膠酶生產(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 動物飼料

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［10］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 廢水處理

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 其他方面

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 應(yīng)注意的問題

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 思考與展望

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，擴(kuò)展果膠酶的應(yīng)用領(lǐng)域，滿足各個相關(guān)行業(yè)的需求。

隨著社會的發(fā)展進(jìn)步，我國工業(yè)迅猛崛起，人民的生活水平不斷提高，對于產(chǎn)品的追求也越來越獨特，因此市場對于特定果膠酶的需求尤為迫切。致力于果膠酶應(yīng)用方面的研究，考慮其與其他酶類的協(xié)同效應(yīng)，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，采取各種方法提高果膠酶的酶活性，將是今后果膠酶研究和應(yīng)用的熱點，也是其未來的發(fā)展趨勢。

［1］方華平，程茂基.果膠酶在食品與飼料工業(yè)中的應(yīng)用［J］.飼料博覽，2006，（5）：34－35.

［2］王衛(wèi)東，孫月娥.果膠酶及其在果蔬汁加工中的應(yīng)用［J］.食品研究與開發(fā)，2006，（11）：222－226.

［3］Yamasaki M，Yasui T，Arima K.Pectic Enzymes in the Clarification of Apple Juice［J］.Agricultural and Biological Chemistry，1964，28（11）：779－787.

［4］陳健旋.應(yīng)用果膠酶澄清甘蔗汁［J］.閩江學(xué)院學(xué)報，2005，（5）：51－53.

［5］陳娟，闞建全，杜木英，等.果膠酶制劑及其在果漿出汁和果汁澄清方面的應(yīng)用［J］.中國食品添加劑，2006，（3）：119－124.

［6］Vijayanand P，Kulkarni SG，Prathibha G V.Effect of Pectinase Treatment and Concentration of Litchi Juice on Quality Characteristics of Litchi Juice［J］.Journal of Food Science and Technology，2010，47（2）：235－239.

［7］屈慧鴿，李榮，繆靜，等.果膠酶對紅葡萄酒主要成分的影響［J］.釀酒科技，2005，（8）：71－73.

［8］王若仲.纖維素酶、果膠酶在茶葉加工中的研究現(xiàn)狀［J］.貴州茶葉，1998，（6）：21－24.

［9］郭鴻飛.微生物果膠酶的應(yīng)用研究［J］.江蘇調(diào)味副食品，2007，（6）：15－17.

［10］王春林，陸文清，李德發(fā)，等.果膠酶對肉仔雞生長性能及屠體性狀的影響［J］.中國畜牧雜志，2004，40（2）：19－21.

［責(zé)任編輯：鄧 渝］

Application Study of Pectinase in Food Industries

FENG Jian-ling，HAN Qing，DAIZeng-ying，DONG Lu，LIYing-qiu
（College of Food and Biological Engineering，Qilu University of Technology，Jinan 250353，Shandong，China）

：In order to explore the research and development direction of pectinase and clear its optimal application methods，this paper briefly outlines pectinase，focuses on the application of pectinase in food industries and proposed themain problemswhen pectinase was applied in food industry.At the same time，the theoretical guidance and reference basis for the applications and examination of new and efficient pectinase were provided desirably in this paper.

pectinase；food；application

book=9,ebook=14

TS201.25

A

1006－8481（2014）02－0009－03

2013－09－18

馮建嶺（1989—），男，齊魯工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院碩士研究生，研究方向：食品生物技術(shù)。