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果胶酶在果蔬汁生产中的应用许英一,徐雅琴(东北农业大学,黑龙江哈尔滨 150030)摘要:介绍了果胶酶的组成与结构,讨论了果胶酶在果蔬汁的出汁率、澄清、超滤等方面的应用。关键词:果胶酶;果蔬汁;出汁率中图分类号:TS20112TS27515文献标识码:A3 333330 前言水果和蔬菜是人类重要的食品。自古人类就开始用简单的方法如挤压、浸提等方法获得果蔬汁,但由于不了解果蔬汁易败坏的原因,当时也只限于饮用前直接制造。直至二十世纪三十年代,果蔬汁制造工艺取得重大进展,例如,Schmitthenner发明了无菌过滤工艺,即在常温下分离微生物的工艺;Mehlitz研究了酶法澄清工艺并迅速投入实际应用。二战以后,无论是在美国还是在所有欧洲国家,果蔬汁饮料工业都是发展最为迅速的工业之一。从二十世纪六十年代开始,第三世界各国的果蔬汁饮料的产量也迅速增加。目前,果蔬汁已发展成为世界食品市场重要的组成部分1。近年来,随着果蔬汁加工业的兴起,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,其中使用最多的是果胶酶。1 果胶酶组成与结构果胶酶(Exogenous Pectic Enzymes)主要由黑曲霉(Aspergillus niger)产生,按作用方式的不同分为两大类,酯酶(Pectinesterase)和解聚酶(Depolymerizing Enzymes),后者包括水解酶(Hydrolases)和裂解酶(Lyases)2。果胶酯酶(PE,EC31111111)随机切除甲酯化果胶中的甲基,产生甲醇和游离羧基,也可水解乙酯,但其水解速度只有去甲酯的3%13%,属于水解酶类。PE对于果胶溶液的粘度几乎没有影响。解聚酶(Depolymerizing Enzymes)包括聚半乳糖醛酸酶(Polygalacturonase,PG)和裂解酶(Pectin Lyases)。PG可分为外切型(ExoPG)和内切型(EndoPG)。ExoPG(EC31211167)从聚半乳糖醛酸链的非还原端切除12个半乳糖醛酸残基。EndoPG(EC31211115)只能裂开和游离羧基相邻的糖苷链,能迅速降低底物的粘度,51第8卷第4期Vol18No14饮料工业Beverage Industry200514333333黑龙江省科学技术计划攻关项目:南瓜生物活性物质提取及加工技术研究,项目编号:GB04B40503收稿日期:2004-09-11作者简介:许英一,女,在读硕士,研究方向:食品化学。其最佳的作用底物是果胶酸。裂解酶由消去反应裂解1,4糖苷键,在反应产物的非还原端残基C4与C5之间产生一个双键,在235nm处产生光吸收3。2 果胶酶在果蔬汁生产中的应用果蔬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、半纤维素和果胶等组成,其中果胶随成熟度的增加,酯化程度也较高,而且是影响出汁率的主要因素之一。果胶在植物中作为一种细胞间隙填充物而存在。它是由半乳糖醛酸1,4键联接而成的聚合物,其羧基大部分与甲醇发生甲酯化而形成果胶酸,果胶在酸性及高浓度糖存在下形成凝胶的性质用于生产果冻、果酱,但在果蔬汁加工中却导致压榨与澄清发生困难,而采用果胶酶则解决了这个问题4,5。果胶酶作为果蔬汁生产中最重要的酶之一,已被广泛应用于果蔬汁的工业生产,以提高生产效率和产品的质量。211 果胶酶能提高果蔬汁的出汁率浆果类水果、胡萝卜等的细胞壁和细胞膜由果胶、纤维素、淀粉、蛋白质等物质构成,破碎后的果泥十分粘稠,压榨取汁非常困难。加入果胶酶能催化果胶解聚。细胞壁降解的第一阶段,由endoPG和PL有限降解中层的可溶性果胶,使组织崩溃,细胞分离,细胞壁基本保持完整的细胞悬浮在粘度较高的介质中6。在endoPG+PE和/或PL作用下进一步降解可溶性果胶和胞壁果胶,有利于压榨取汁。用果胶分解酶处理果浆可以有效降低粘度,改善压榨性能,提高出汁率、可溶性固形物含量,同时有利于后续的澄清、过滤和浓缩工序7,8。不同的果蔬出汁率可提高10%35%不等,因不同种类的果胶含量不同而不同,也因压榨的方法不同而不同9。1986年Steinbuch等人发表了用酶法液化工艺处理蔬菜和水果的研究报告。他们用甜菜、芹菜、和胡萝卜进行了试验。甜菜中含有大量天然色素甜菜红,用这种工艺既能提高出汁率,又大大地减少了色素的损失。酶法液化工艺制得的胡萝卜汁的出汁率高达86%,胡萝卜素含量为913mg/100g,而传统工艺的出汁率为48%,胡萝卜素含量为516mg/100g。用此工艺制得的芹菜汁的出汁率高达79%,而传统工艺的出汁率为49%。1987年,Nani等人发表了酶法制造澄清梨原汁的试验报告。与传统澄清梨原汁制造工艺相比,这种方法使出汁率从78%提高到89%,使含酸量(折合成苹果酸含量)从0117g/100g增加到0.27g/100g1。大量实验证明,将果胶酶应用于果蔬汁加工中能显著提高出汁率,增加饮料产量。212 果胶酶在果蔬汁澄清中的作用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。新加工的果蔬汁一般是稳定的胶体系统,其主要稳定因素是果胶,果胶的粘性对胶体起保护作用,也能阻止果蔬汁蛋白与带相反电荷的多酚物质或悬浮颗粒发生反应而沉降。当果蔬汁中的果胶酶作用部分水解,使体系粘度下降,胶体失去了稳定性,使原来被包裹在内部的带正电荷的蛋白质颗粒暴露出来,与其它带负电荷的粒子相撞,就导致絮凝的发生。许多商品果胶酶制剂可用于苹果汁的澄清。研究结果表明,当加入内切 聚半乳糖醛酸酶和果胶酯酶混合制剂,使果胶中30%的酯键和5%的糖苷键被水解时,苹果汁就能达到充分澄清。实验证明,在苹果汁中添加0107%的果胶酶制剂,在45 下反应2h,过滤后可得到透光率达95%左右、吸光度为0115的透明果汁10,11。213 果胶酶在果蔬汁超滤工艺中的作用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61饮料工业Beverage Industry200514第8卷第4期Vol18No14量。如果果胶的残留物和一些中性聚糖分解不彻底,则在超滤时极易堵塞超滤膜,使超滤速度下降,超滤膜难以清洗。用果胶酶对超滤膜清洗与化学方法相比,其优点是能100%地进行生物分解,它们可以在最佳的p H、温度下作用,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12。因此,超滤技术与酶技术配合对超滤作用的发挥至关重要。214 果胶酶对果蔬汁营养成分的影响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。首先果蔬汁的可溶性固形物含量明显提高,而这些可溶性固形物由可溶性蛋白质和多糖类物质等营养成分组成,果蔬汁中的胡萝卜素的保存率也明显提高。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13,14。甜玉米、胡萝卜的试验有相似的结果15。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13,14。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16。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17。215 果胶酶还可用于果实脱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。此外,果胶酶对杏仁也有一定的脱皮作用18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。在许多国家,添加果胶酶已是制造澄清或者浓缩的草莓汁、葡萄汁、苹果汁及梨汁的标准加工作业。随着酶技术本身的发展,果胶酶在果蔬汁中的应用前景会更加光明。参考文献1杜 鹏.果蔬汁饮料工艺学M.北京:农业出版社,199212 REGINALD H WAL TER.The Chemistry and Technology ofPectin M.Academic Press,199113王 璋.食品酶学M.北京:轻工业出版社,199014张 欣,葛毅强,吴继红,等.酶在果蔬汁加工中的应用 T.广州食品工业科技,1999(3):131515 ELMAR JANSER.水果加工和饮料工业中酶制剂的现状和新应用M.软饮料工业,1997(4):61516 OPEN UNIVERSITEIT and THAMES POL YTECHNIC.Bio2technological Innovations in Food Processing M.ButterworthHeinemann Ltd,London,199117 YAMASAKI M,et al.Pectic enzymes in the clarification of ap2ple juice.Part 1:Study on the clarification reaction in a simplifiedmodel J 1Agric Boil Chem,1964(28):77978718杨 军,赵学慧.果胶酶对果蔬制汁作用的研究J.食品科技,1998(3):272919李婉涛,等.酶在果汁生产中的应用J.河南农业科学,1997(5):3536110 YAMASAKI M,et al.Pectic enzymes in the clarification ofapple juice.Part 2:The mechanism of clarification J 1Agric BiolChem,1967(31):552560111 PILNIK W1In:Use of enzymes in food technology M.En2zymes in the Beverage Industry,1982112陈历俊,白云玲,郭亚斌,等.酶在果汁超滤生产中的应用J.食品工业科技,1995(4):3437113 CHANG T S,et al.Plum juice quality affected by enzymetreatment and fining J.J of Food Science,1994,59(5):10651069114 CHANG T S,et al.Commercial pectinase and the yield andquality of Stanley plum juice J.J of Food Science,1995(19):89101115 ANDERSON D M W.Synergistic effects of cellulase,pectinaseand bemicelluase on cell wall hydrolysis J.Food Hydrocolloids,1991,5(1/2):223224116 CONXITA LAO,et al.Pectic enzyme treatment effects onquality of cohite grape musts and wines J.J of Food Sci,1997,(下转第21页)71第8卷第4期Vol18No14 许英一,徐雅琴:果胶酶在果蔬汁生产中的应用Development of whey poly2peptides drinkTONG Hai2tao,QI Hai2ping(Dalian Nationalities University,Dalian 116600,Liaoning,China)Abstract:Whey protein was hydrolyzed by NOVO to give a thermal2stable soluble poly2peptides mixture,which was used tomake whey poly2peptides drinks.The optimum conditions for the hydrolysis of whey protein by NOVO are p H 910 and 35.The hydrolysis rate reached up to 2514%.The whey poly2peptides drinks obtained were free of bitters and had good stability.Key words:whey;poly2peptides;hydrolysis by NOVO;formulation of nutritional drink(上接第17页)62(6):11421144117王成荣,等.果胶酶制剂在澄清苹果汁加工中的应用研究J.食品与发酵工业,1990(5):2933118王永霞,赵兴杰,吴陆敏.生物技术在饮料工业中的应用J.邯郸农业高等专科学校学报,2002,19(2):37391Use of pectinase in fruit and vegetable juice processingXU Ying2yi,XU Ya2qin(Northeast Agricultural University,Harbin 150030,Heilongjiang,China)Abstract:The composition and structure of pectinase are described,and the effect of pectinase on juice yield,clarification andultra2filtration in fruit and vegetable juice processing is discussed.Key words:pectinase;fruit and vegetable juice;juice yield椒四大专区齐齐亮相,配料盛会全新打造 由欧洲博闻公司举办的“2006亚洲食品配料及技术展览会”将于2006年2月1517日在上海浦东新国际博览中心举行。作为食品行业年度盛会,“亚洲食品配料及技术展览会”已成为食品业内人士必赴的行业年会,每届展会主办方都会推陈出新,给出亮点。本届展会也不例外,据主办方介绍本届展会除了从原来的光大会展中心迁移至亚洲地区享有盛名的上海新国际博览中心以外更是开辟了四大专区 健康食品配料区、食品机械/材料区、香精香料区、检测仪器区。配料领域未来趋势,健康食品引领风骚 健康食品配料区随着经济的发展和生活的不断改善,国际上对环境和健康日益关注,对食品安全问题犹为重视,回归大自然、崇尚绿色、健康食品成为新的消费潮流。世界各国有机食品、绿色食品、功能食品、健康食品、保健食品已成为食品工业发展的新的增长点。而食品添加剂的功能化,营养化,也成为了国际食品添加剂的发展必然趋向,成为业内人士日趋关注的焦点。“亚洲食品配料及技术展览会”正是基于这一行业发展形势,在2006年的展会上将开辟健康食品配料区,专区刚开辟就受到了众多展商欢迎。2000平方米规模的健康食品配料展区在2005年展会现场就被预定一空。山东保龄宝,安琪酵母,山东龙力等众多家配料龙头企业齐齐亮相于健康食品配料专区。主办方为了满足更多展商加入专区的需求,更是在原来的基础上扩大了专区的面积,达到2500平米规模。络绎不绝的展位预定合同,热情高涨的参展热情,相信明年的健康食品配料专区必定是展会上的一大亮点。食品包装永恒主题,倍受行业人士关注 食品机械/材料区近几年食品业的快速发展,给包括食品包装机械在内的包装行业带来了良好的机遇。未来几年食品和包装机械的需求量将会大幅度增加,预计2010年国内食品和包装机械市场总需求量可达1100亿元。在如此有利的大背景下,相信任何一家从事包装设备的企业都不会错过这样的商机。为更好的服务于食品行业内的包装机械商,“2006亚洲食品配料及技术展览会”在展会现场开辟了食品包装机械/材料区。为更多的食品包装机械展商寻觅高质量的买家,主办方在原有的数据库中挑选出食品包装机械全球买家库,更是特意制作了包装机械宣传单片,在全球知名食品展会上进行宣传。截止目前为止,欧尚包装,宏达包装,城百机械等企业都早早得成为了专区内的入住展商,随着展会的一天天的临近,食品机械/材料区的队伍也在逐渐壮大。食品领域朝阳产业,香精香料食品宠儿 香精香料区世界各国经济的发展,人们对食品的品质要求也更高了,工业的发展,消费品的趋动,加速了食品香料工业的发展。中国是世界最大的天然香料生产国,具有得天独厚的天然香料资源。“亚洲食品配料及技术展览会”作为食品领域的知名展会,凭借其权威的市场定位,更是把它的目光放在了国内香精香料这一潜在市场。主办方在2006年展会现场首度特辟香精香料专区,加大其香精香料领域的宣传攻势,更是利用其庞大的历届全球展会数据库,挑选出大批香精香料的全球经销商,采购商,邀请他们参观“2006亚洲食品配料及技术展览会”。如此这般气势是必会在2006年展会现场打造出一个区别与其他展会符合国际标准,生产水平的高品质“香精香料专区”,为您提供一个商业交流的互动舞台。食品行业衍生领域,更多商机孕育其中 检测仪器区检测技术日益趋向高技术化、系列化、速测化、便携化,也使食品检测技术受到人们的注目。“检测仪器区”为那些纷至沓来的食品专业买家提供最新检测仪器采购的契机。对更多的检测仪器展商打入国际市场来说是个良好的机遇。伟隆包装,高晶金属,普仰电子等企业的纷纷加入为检测仪器区增色添采。通过开辟四大专区将使展会更趋于专业化及成熟化,更能吸引各种食品领域的专业买家!我们有理由坚信国际化,专业,品牌的“2006亚洲食品配料及技术展览会”通过开辟四大展区将使无论从事食品任何领域的您都能满载而归,受益非浅!12第8卷第4期Vol18No14 佟海涛,齐海燕:乳清多肽饮料的开发