堿性果膠酶的應(yīng)用進(jìn)展

1、果膠酶是指能夠催化果膠質(zhì)分解多種酶的總稱。果膠酶最初是由MacDonnell從桔子里提取得到的。果膠質(zhì)-果膠酶的作用底物廣泛存在于高等植物中,是植物細(xì)胞間質(zhì)和初生細(xì)胞壁的重要組分,在植物細(xì)胞組織中起著“黏合”作用。果膠質(zhì)結(jié)構(gòu)化學(xué)的研究表明,果膠質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,能夠催化其分解的果膠酶也是種類繁多。果膠酶根據(jù)分解糖苷鍵的反應(yīng)性質(zhì)或降解底物的性質(zhì)可以分為3大類:果膠水解酶、果膠裂解酶和果膠酯酶。果膠酶按其作用最適pH分為酸性果膠酶和堿性果膠酶。堿性果膠酶是在堿性范圍內(nèi)具有較高活性的果膠酶。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在偏酸性范圍,堿性果膠酶的研

2、究可擴(kuò)展果膠酶的應(yīng)用范圍。堿性果膠酶是非常重要的工業(yè)酶制劑之一,具有不可估量的潛在應(yīng)用價(jià)值。本文對(duì)堿性果膠酶的應(yīng)用情況進(jìn)行綜述。1食品行業(yè)1.1茶葉和咖啡發(fā)酵在咖啡發(fā)酵過(guò)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(shí)添加堿性果膠酶來(lái)去除含大量果膠質(zhì)的果肉狀表層。纖維素酶和半纖維素酶的協(xié)同作用可促進(jìn)咖啡豆黏表皮的降解。堿性果膠酶也可用于茶葉加工。堿性果膠酶處理可促進(jìn)茶葉發(fā)酵,不過(guò)要仔細(xì)調(diào)節(jié)用酶劑量以免破壞茶葉。堿性果膠酶還可通過(guò)破壞茶葉中的果膠物質(zhì)來(lái)改善速溶茶粉在沖泡過(guò)程中形成泡沫的性能。1.2榨油包括堿性果膠酶在內(nèi)的細(xì)胞壁降解酶可以用于植物油的榨取過(guò)程,如在橄欖油榨制時(shí)加入堿性果膠酶可破壞

3、起乳化作用的果膠來(lái)提高油的收率,而且榨出的油貯存時(shí)也非常穩(wěn)定,多酚類物質(zhì)和VE含量也有所增加。1.3誘導(dǎo)植物抗病的綠色食品生產(chǎn)自20世紀(jì)90年代以來(lái),果膠酶作為參與誘導(dǎo)植物自身防御系統(tǒng)的有效酶制劑已引起人們的極大關(guān)注。果膠酶誘導(dǎo)植物抗病的機(jī)理是: 果膠酶可降解寄主組織的果膠質(zhì)產(chǎn)生寡聚糖片段,這些寡聚糖片段是內(nèi)源激發(fā)子,可以與植物細(xì)胞膜上的“受體”(一種結(jié)合蛋白)結(jié)合,產(chǎn)生激發(fā)植物防衛(wèi)反應(yīng)的信號(hào)。這些防衛(wèi)機(jī)制包括: 抗微生物的植保素的合成和積累,攻擊病原物表面多聚物的糖基水解酶的產(chǎn)生,抑制病原物降解酶的蛋白抑制物的合成,由于胼胝質(zhì)、富含羥脯氨酸糖蛋白或木質(zhì)素沉積而對(duì)植物細(xì)胞壁的修飾作用等。同時(shí),

4、植物細(xì)胞壁的聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIP)與內(nèi)切果膠酶結(jié)合,控制內(nèi)切果膠酶的活性,降低其對(duì)寄主組織的破壞性;內(nèi)切果膠酶和PGIP的相互作用在寄主與病原菌之間的分子識(shí)別中起核心作用。用果膠酶作為新型生防農(nóng)藥具有以下優(yōu)點(diǎn): 對(duì)人畜無(wú)害,不污染環(huán)境,不傷害天敵病原物,不會(huì)產(chǎn)生抗藥性,用量低。因此果膠酶有望開發(fā)為一類很有潛力的無(wú)公害生防農(nóng)藥。經(jīng)本實(shí)驗(yàn)室的研究表明:堿性果膠酶也能用于誘導(dǎo)植物抗病,效果很好?？蓪A性果膠酶用作生物農(nóng)藥用于綠色食品的生產(chǎn),減少化學(xué)農(nóng)藥的施用量和化學(xué)農(nóng)藥對(duì)環(huán)境和人類的危害。1.4其他堿性果膠酶可用于從桔皮中提取香料油和胡蘿卜素等醫(yī)用原料;用于果汁的制備,可提高水果出汁率,

5、改善果汁過(guò)濾效果,加速和增強(qiáng)果汁的澄清作用;提取香料和提高葡萄酒的收率。2 2紡織行業(yè)紡織行業(yè)2.12.1棉纖維的生物精練棉纖維的生物精練棉以其特有的吸濕、透氣、保暖等特點(diǎn)而擁有眾多消費(fèi)者。原棉纖維由以纖維素為主要成分的次生膜和覆蓋在其上的初生膜和表皮組成,其雜質(zhì)主要存在于初生膜和表皮中。存在于原棉中的雜質(zhì),因棉花的種類、產(chǎn)地的不同而異,一般為棉纖維組成的4%5%。棉精練工序在織物漂白、染色等加工過(guò)程之前,是以去除這些雜質(zhì),提高織物的濕潤(rùn)性為目的的加工過(guò)程。傳統(tǒng)精練加工過(guò)程通常使用大量的堿、螯合劑和表面活性劑進(jìn)行高溫處理,使棉的雜質(zhì)分解、乳化而去除,以增強(qiáng)棉纖維的濕潤(rùn)性。為此,必須用酸中和以及

6、大量的水沖洗,因此需要排放大量廢水,污染環(huán)境,同時(shí)還會(huì)對(duì)棉纖維造成一定的損傷,使纖維失重、強(qiáng)度下降,影響棉織物的品質(zhì)。最近科學(xué)家們已分離出能很好地水解果膠物質(zhì)的堿性果膠酶,可有效用于棉纖維的精練,可使綿纖維上的果膠物質(zhì)水解,而非纖維素類的雜質(zhì)被釋放出來(lái),分散或乳化于煮練浴中,從而增強(qiáng)其潤(rùn)濕性而不會(huì)像纖維素酶那樣攻擊棉纖維素而降低棉纖維的強(qiáng)度。大量實(shí)驗(yàn)表明:同傳統(tǒng)精練技術(shù)相比,采用堿性果膠酶對(duì)棉纖維進(jìn)行精練至少可使棉纖維獲得相同的濕潤(rùn)性,而且其成本要比傳統(tǒng)精練技術(shù)低。在染色和移染性方面也無(wú)明顯的差別,而織物的手感比傳統(tǒng)處理的柔軟。由于采用堿性果膠酶對(duì)棉纖維進(jìn)行精練對(duì)環(huán)境友好,作業(yè)環(huán)境安全,能耗、

7、失重率低,棉織物手感柔軟,棉纖維的濕潤(rùn)性較好、強(qiáng)度幾乎不降低,且沒有成本較高的障礙,因此其應(yīng)用前景十分廣闊,并很快將達(dá)到世界規(guī)模。2.2植物韌皮纖維脫膠目前堿性果膠酶在苧麻、亞麻、黃麻和大麻等麻類植物的脫膠工藝中有效應(yīng)用并越來(lái)越受到重視。堿性果膠酶脫膠有許多優(yōu)點(diǎn):不破壞植物纖維,不污染環(huán)境,節(jié)約能源。麻類纖維是非常優(yōu)良的紡織品原料,但是這些纖維中除了含有纖維素外還含有20%30%的果膠質(zhì)。脫膠就是從植物纖維中除去有黏性的非纖維物質(zhì)。傳統(tǒng)的脫膠工藝是把麻浸泡在強(qiáng)堿溶液中24h在沸水中煮14h,漂洗,中和,清洗,烘干后再用柔軟劑處理以防止纖維脆弱。這種方法能耗高,排放大量有毒物質(zhì)嚴(yán)重污染環(huán)境,且損

8、害部分纖維,對(duì)其質(zhì)量造成一定影響。用微生物和酶脫膠可以克服以上的缺點(diǎn)。用堿性果膠酶處理時(shí)可以有效快速除去與纖維粘著的膠類物質(zhì),不損害麻類纖維。3造紙行業(yè)隨著生物技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)環(huán)境的重視,酶在造紙行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越受到重視。許多國(guó)家已把甘露聚糖酶、堿性果膠酶和漆酶用于造紙業(yè)中。在熱磨機(jī)械紙漿過(guò)程中,溶解性的膠體物會(huì)從真葉木原料中釋放出來(lái)。這些膠體物質(zhì)主要是溶解性陰離子多糖(果膠或聚半乳糖醛酸),在造紙過(guò)程中嚴(yán)重影響過(guò)濾,需要添加大量的陽(yáng)離子聚合物來(lái)去消除其危害。紙漿中的聚半乳糖醛酸與陽(yáng)離子聚合物的結(jié)合能力與其聚合度有關(guān),聚合度小于3時(shí)消耗陽(yáng)離子不明顯,聚合度大于6時(shí)則會(huì)大量消耗陽(yáng)離子。堿性果膠

9、酶可以將果膠或聚半乳糖醛酸降解,減少陽(yáng)離子聚合物的消耗量,提高紙漿的質(zhì)量。4環(huán)境領(lǐng)域在柑橘加工和蔬菜加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量含果膠的廢水,傳統(tǒng)的處理方法包括以下步驟:物理脫水、噴淋沖洗、化學(xué)絮凝、活性淤泥處理、化學(xué)水解、甲烷發(fā)酵等。其缺點(diǎn)是成本高、處理時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)生二次污染。在含果膠廢水中加入堿性果膠酶或產(chǎn)堿性果膠酶的微生物可以分解廢水中的果膠再用活性淤泥處理可以克服以上缺點(diǎn),成本低,效果好且不產(chǎn)生二次污染。5生物技術(shù)領(lǐng)域制備純的植物病毒在其物理、化學(xué)及生物學(xué)特性研究中是非常必要的。有些情況下病毒被束縛在植物組織的韌皮部,這時(shí)可以加入一些堿性果膠酶和纖維素酶就可以把病毒從這些植物組織里給分離出來(lái),從

10、而有利于植物病毒的純化。6其他應(yīng)用領(lǐng)域6.1飼料添加劑目前動(dòng)物飼料中主要含有大量非淀粉多糖、戊聚糖、果膠、丹寧等,這些物質(zhì)不但不會(huì)被動(dòng)物消耗吸收,而且會(huì)溶于水成膠體狀態(tài),還會(huì)增大腸道內(nèi)容物的黏度,阻礙營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的擴(kuò)散,影響其吸收,起到了所謂的“抗?fàn)I養(yǎng)因子”的作用。近年來(lái)用酶抑制“抗?fàn)I養(yǎng)因子”受到了飼料行業(yè)的重視。堿性果膠酶與纖維素酶、半纖維素酶等配合,可降解植物細(xì)胞壁中果膠和纖維,促使淀粉、脂類、維生素和蛋白質(zhì)等釋放出來(lái),從而提高了飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值;堿性果膠酶添加到飼料中可降低飼料的黏度,促進(jìn)飼料在動(dòng)物消化道內(nèi)的消化吸收。6.2洗滌劑食品污垢往往難于從被污染的底物上有效地去除。由水果和/或蔬菜汁形成的“干涸”污漬特別難于除去。加入含堿性果膠酶的洗滌劑,對(duì)這些污漬具有良好的去污性能。7結(jié)語(yǔ)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)產(chǎn)堿性果膠酶菌種的篩選、發(fā)酵條件的優(yōu)化、酶的分離純化以及酶學(xué)和分子生物學(xué)特性進(jìn)行了研究,這大大地促進(jìn)了堿性果膠酶在許多領(lǐng)域的應(yīng)用。堿性果膠酶制劑往往不是單一組分,其中除了含有不同種類的堿性果膠酶外,還含有其他組分,如:原果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶等,各組分之間具有一定的協(xié)同作用