果蔬汁制造工藝的研究進展

果蔬汁制造工藝的研究進展

0微生物的應用水果和蔬菜是人類的重要食品。自古人類就開始用簡單的方法如擠壓、浸提等方法獲得果蔬汁,但由于不了解果蔬汁易敗壞的原因,當時也只限于飲用前直接制造。直至二十世紀三十年代,果蔬汁制造工藝取得重大進展,例如,Schmitthenner發(fā)明了無菌過濾工藝,即在常溫下分離微生物的工藝;Mehlitz研究了酶法澄清工藝并迅速投入實際應用。二戰(zhàn)以后,無論是在美國還是在所有歐洲國家,果蔬汁飲料工業(yè)都是發(fā)展最為迅速的工業(yè)之一。從二十世紀六十年代開始,第三世界各國的果蔬汁飲料的產(chǎn)量也迅速增加。目前,果蔬汁已發(fā)展成為世界食品市場重要的組成部分。近年來,隨著果蔬汁加工業(yè)的興起,人類已開發(fā)出應用于果蔬汁中的多種酶類,如果膠酶、果膠酯酶、纖維素酶、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膠酶。1酯化果膠lactin對溶液粘度的影響果膠酶(ExogenousPecticEnzymes)主要由黑曲霉(Aspergillusniger)產(chǎn)生,按作用方式的不同分為兩大類,酯酶(Pectinesterase)和解聚酶(DepolymerizingEnzymes),后者包括水解酶(Hydrolases)和裂解酶(Lyases)。果膠酯酶(PE,EC3.1.1.11)隨機切除甲酯化果膠中的甲基,產(chǎn)生甲醇和游離羧基,也可水解乙酯,但其水解速度只有去甲酯的3%~13%,屬于水解酶類。PE對于果膠溶液的粘度幾乎沒有影響。解聚酶(DepolymerizingEnzymes)包括聚半乳糖醛酸酶(Polygalacturonase,PG)和裂解酶(PectinLyases)。PG可分為外切型(Exo-PG)和內(nèi)切型(Endo-PG)。Exo-PG(EC3.2.1.67)從聚半乳糖醛酸鏈的非還原端切除1-2個半乳糖醛酸殘基。Endo-PG(EC3.2.1.15)只能裂開和游離羧基相鄰的糖苷鏈,能迅速降低底物的粘度,其最佳的作用底物是果膠酸。裂解酶由β消去反應裂解α-1,4糖苷鍵,在反應產(chǎn)物的非還原端殘基C-4與C-5之間產(chǎn)生一個雙鍵,在235nm處產(chǎn)生光吸收。2果膠的填充物和濃度果蔬汁加工時首先將植物細胞壁破壞,大多數(shù)植物細胞壁主要由纖維素、半纖維素和果膠等組成,其中果膠隨成熟度的增加,酯化程度也較高,而且是影響出汁率的主要因素之一。果膠在植物中作為一種細胞間隙填充物而存在。它是由半乳糖醛酸α-1,4鍵聯(lián)接而成的聚合物,其羧基大部分與甲醇發(fā)生甲酯化而形成果膠酸,果膠在酸性及高濃度糖存在下形成凝膠的性質(zhì)用于生產(chǎn)果凍、果醬,但在果蔬汁加工中卻導致壓榨與澄清發(fā)生困難,而采用果膠酶則解決了這個問題。果膠酶作為果蔬汁生產(chǎn)中最重要的酶之一,已被廣泛應用于果蔬汁的工業(yè)生產(chǎn),以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。2.1果膠制備工藝漿果類水果、胡蘿卜等的細胞壁和細胞膜由果膠、纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)等物質(zhì)構成,破碎后的果泥十分粘稠,壓榨取汁非常困難。加入果膠酶能催化果膠解聚。細胞壁降解的第一階段,由endo-PG和PL有限降解中層的可溶性果膠,使組織崩潰,細胞分離,細胞壁基本保持完整的細胞懸浮在粘度較高的介質(zhì)中。在endo-PG+PE和/或PL作用下進一步降解可溶性果膠和胞壁果膠,有利于壓榨取汁。用果膠分解酶處理果漿可以有效降低粘度,改善壓榨性能,提高出汁率、可溶性固形物含量,同時有利于后續(xù)的澄清、過濾和濃縮工序。不同的果蔬出汁率可提高10%~35%不等,因不同種類的果膠含量不同而不同,也因壓榨的方法不同而不同。1986年Steinbuch等人發(fā)表了用酶法液化工藝處理蔬菜和水果的研究報告。他們用甜菜、芹菜、和胡蘿卜進行了試驗。甜菜中含有大量天然色素甜菜紅,用這種工藝既能提高出汁率,又大大地減少了色素的損失。酶法液化工藝制得的胡蘿卜汁的出汁率高達86%,胡蘿卜素含量為9.3mg/100g,而傳統(tǒng)工藝的出汁率為48%,胡蘿卜素含量為5.6mg/100g。用此工藝制得的芹菜汁的出汁率高達79%,而傳統(tǒng)工藝的出汁率為49%。1987年,Nani等人發(fā)表了酶法制造澄清梨原汁的試驗報告。與傳統(tǒng)澄清梨原汁制造工藝相比,這種方法使出汁率從78%提高到89%,使含酸量(折合成蘋果酸含量)從0.17g/100g增加到0.27g/100g。大量實驗證明,將果膠酶應用于果蔬汁加工中能顯著提高出汁率,增加飲料產(chǎn)量。2.2果膠酯酶系統(tǒng)果膠酶作用于果蔬汁時,除降低粘度外,還可產(chǎn)生絮凝作用,使果蔬汁澄清。澄清機理的實質(zhì)包括果膠的酶促水解和非酶的靜電絮凝兩部分。新加工的果蔬汁一般是穩(wěn)定的膠體系統(tǒng),其主要穩(wěn)定因素是果膠,果膠的粘性對膠體起保護作用,也能阻止果蔬汁蛋白與帶相反電荷的多酚物質(zhì)或懸浮顆粒發(fā)生反應而沉降。當果蔬汁中的果膠酶作用部分水解,使體系粘度下降,膠體失去了穩(wěn)定性,使原來被包裹在內(nèi)部的帶正電荷的蛋白質(zhì)顆粒暴露出來,與其它帶負電荷的粒子相撞,就導致絮凝的發(fā)生。許多商品果膠酶制劑可用于蘋果汁的澄清。研究結(jié)果表明,當加入內(nèi)切-聚半乳糖醛酸酶和果膠酯酶混合制劑,使果膠中30%的酯鍵和5%的糖苷鍵被水解時,蘋果汁就能達到充分澄清。實驗證明,在蘋果汁中添加0.07%的果膠酶制劑,在45℃下反應2h,過濾后可得到透光率達95%左右、吸光度為0.15的透明果汁。2.3果膠酶提高超濾系統(tǒng)的生物處理能力利用超濾技術生產(chǎn)清汁及濃縮清汁在果蔬汁加工業(yè)中越來越流行。超濾比傳統(tǒng)的過濾速度快、效果好,但它的主要缺點是由于果蔬汁中大量糖的存在,在超濾過程中會使超濾系統(tǒng)產(chǎn)生次生覆膜,降低了超濾通量。加入分解多糖物質(zhì)的商品果膠酶,可減少次生覆膜的產(chǎn)生,提高超濾通量,增加了產(chǎn)量。如果果膠的殘留物和一些中性聚糖分解不徹底,則在超濾時極易堵塞超濾膜,使超濾速度下降,超濾膜難以清洗。用果膠酶對超濾膜清洗與化學方法相比,其優(yōu)點是能100%地進行生物分解,它們可以在最佳的pH、溫度下作用,縮短清洗時間,增加超濾膜的通透量和使用壽命,增加產(chǎn)量,節(jié)省能源。因此,超濾技術與酶技術配合對超濾作用的發(fā)揮至關重要。2.4果膠酶處理前后果蔬原料組分含量的變化利用果膠酶生產(chǎn)果蔬汁不僅提高了出汁率,而且保留了果蔬汁中的營養(yǎng)成分。首先果蔬汁的可溶性固形物含量明顯提高,而這些可溶性固形物由可溶性蛋白質(zhì)和多糖類物質(zhì)等營養(yǎng)成分組成,果蔬汁中的胡蘿卜素的保存率也明顯提高。ChangTung-sun等對果膠酶處理果汁的研究表明,酶處理后的果汁的葡萄糖、山梨糖和果糖含量顯著提高,蔗糖含量略有下降,總糖含量上升。甜玉米、胡蘿卜的試驗有相似的結(jié)果。此外,由于果膠的脫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。芳香物質(zhì)含量也有明顯提高,經(jīng)果膠酶處理后的葡萄汁,各種酯類、萜類、醇類和揮發(fā)性酚類含量提高,葡萄汁的風味更佳。由于細胞壁的崩潰,類胡蘿卜素、花色苷等大量色素溶出,大大提高了果蔬汁的外觀品質(zhì)。K、Na、Ca、Zn等礦物質(zhì)元素含量也有較大提高。2.5粗果膠酶處理含有纖維素和半纖維素的粗果膠酶制劑能夠作用于果實皮層,使之細胞分離、結(jié)構破壞而脫落。如柑桔囊衣、蓮子肉皮和大蒜膜層經(jīng)粗果膠酶處理后,可以