酶制劑在果蔬汁加工中的應(yīng)用

酶制劑在果蔬汁加工中的應(yīng)用

1果蔬汁加工技術(shù)果汁飲料包括豐富的纖維、維生素、酸、糖和鉀營養(yǎng)，它們可以補充人體所需的養(yǎng)分。它獨特，營養(yǎng)豐富，食物方便，易于在不同地區(qū)和季節(jié)供應(yīng)。此外,有研究表明果蔬中含有的抗氧化物質(zhì)具有清除自由基的能力,可減少某些疾病的發(fā)生率和死亡率。加工后的果蔬汁其自由基清除能力仍然較高。陳守江等研究發(fā)現(xiàn)果蔬番茄原汁、桔子原汁、葡萄原汁的自由基清除率分別是61.85%、86.94%、34.23%。隨著消費者對營養(yǎng)和保健越來越重視,天然綠色食品的消費熱潮方興未艾,目前供廣大消費者選擇的果蔬汁加工產(chǎn)品主要有濃縮果汁、非濃縮還原果蔬汁、復(fù)合果蔬汁和果肉飲料等4種。由于果蔬中含有大量的果膠、纖維素、淀粉、半纖維素等物質(zhì),果蔬汁在加工過程中存在粘度高、壓榨率低、出汁率低,易混濁,易褐變,特有香氣成分易流失,苦味難去除等問題。早在20世紀(jì)30年代,酶制劑因能解決上述部分問題就已被應(yīng)用在果汁加工中。目前國內(nèi)許多重要酶制劑都依賴進口,導(dǎo)致果蔬汁生產(chǎn)成本偏高,應(yīng)用范圍受限。隨著國內(nèi)酶制劑產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,結(jié)合基因工程等新技術(shù)的應(yīng)用,國內(nèi)研發(fā)的酶制劑在催化能力、穩(wěn)定性等質(zhì)量指標(biāo)得到提升的基礎(chǔ)上產(chǎn)量明顯提高,價格逐漸趨于合理,因此具有催化效率高、反應(yīng)專一、反應(yīng)條件溫和、能耗低、無污染等特點的酶,在果蔬汁加工中的應(yīng)用越來越廣泛。與此同時,針對酶制劑在果蔬汁加工中仍存在不易回收、難以實現(xiàn)自動化、連續(xù)化生產(chǎn)、酶穩(wěn)定性差、成本高等問題。本文主要闡述酶制劑在果蔬汁加工中的應(yīng)用進展,展望酶制劑在果蔬汁加工業(yè)中的未來發(fā)展方向。2其他生化制品酶酶制劑是通過采取適當(dāng)?shù)睦砘椒?將酶從細(xì)胞或生物組織以及發(fā)酵液中提取出來,加工成具有一定純度標(biāo)準(zhǔn)的生化制品。按各種酶的催化反應(yīng)類型,將酶進行分類,見表1。水解酶和氧化還原酶是食品工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的兩類酶,這兩類酶主要用于開發(fā)新產(chǎn)品、提高產(chǎn)品感官特性與增加產(chǎn)量。目前在果蔬汁生產(chǎn)中應(yīng)用的酶制劑主要包括果膠酶、纖維素酶、淀粉酶、漆酶、葡萄糖氧化酶、柚苷酶等,這些酶制劑的組成、作用和主要用途見表2。3酶劑在果味汁加工中的研究現(xiàn)狀3.1酶法用于提高水果的出果汁率3.1.1降解出汁單因素在果蔬汁的榨取過程中,由于果蔬細(xì)胞壁中含有大量的纖維素、半纖維素、果膠、木質(zhì)素、淀粉等物質(zhì),使得細(xì)胞壁的徹底破碎與壓榨取汁困難,導(dǎo)致出汁率低,酶解處理可一定程度降解這些大分子物質(zhì),從而提高果蔬出汁率。下面將介紹果膠酶、纖維素酶、淀粉酶3種常用酶制劑在這方面的應(yīng)用情況,為實現(xiàn)在果蔬飲料研發(fā)及生產(chǎn)上節(jié)約原料成本,提高飲料產(chǎn)量提供參考。3.1.1.果膠酯酶解草莓胡蘿卜復(fù)合果蔬汁果膠是不同酯化度的D-半乳糖醛酸經(jīng)α-1,4糖苷鍵連接的一類細(xì)胞基質(zhì)多糖,分為原果膠、果膠酯酸與果膠酸3大類,具有較高的束縛水的效應(yīng)和膠體穩(wěn)定性。果蔬中果膠物質(zhì)在破碎壓榨過程中,因其膠體黏著性,汁液流出受阻,果膠酶能夠分解果膠物質(zhì),降低汁液粘度、提高原料出汁率和利用率。邵勤等發(fā)現(xiàn)果膠酶酶解晚香梨出汁率能提高17.8%~20.99%,總酸含量最大可由0.3414%增加至0.6842%;Joshi等用來源于黑曲霉的果膠酯酶處理不同果汁,桃汁、李子汁、梨汁和杏汁的出汁率提高了12%~30%,果汁糖分和總固形物含量均有少量增加;杜磊發(fā)現(xiàn)果膠酶用量0.79g/L、酶解溫度50℃、復(fù)合果蔬汁pH值3.75條件下酶解時間5h后,草莓胡蘿卜復(fù)合果蔬汁出汁率、透光率、可溶性固形物含量分別為88.73%、80.34%、10.8%,結(jié)果表明,在合適的條件下,果膠酶不僅能提高草莓胡蘿卜復(fù)合果蔬汁的出汁率,還可以有效除去其中的果膠物質(zhì)。綜上可知,果膠酶對提高果蔬汁出汁率等指標(biāo)起重要作用。3.1.1.不同酶復(fù)合處理對藍(lán)莓汁出汁率的影響纖維素酶因可降解植物細(xì)胞壁的纖維素,常被用來提高果蔬的出汁率和可溶性固形物含量。任大明等用纖維素酶處理菠菜汁,出汁率可提高4%~15.5%,同時不溶性殘渣減少了9.3%~14.3%;Wang等用含有不同酶活的果膠酶、纖維素酶、花青素酶的復(fù)合酶制劑對黑莓汁處理,出汁率為83.33%~85.8%,相比未經(jīng)酶處理組提高了11.33%~13.8%;陳學(xué)紅等研究纖維素酶酶解綠蘆筍對其出汁率及品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)纖維素處理后的綠蘆筍出汁率為68.95%,比未處理的增加了27.20%,綠蘆筍汁的色澤亮度有所增加,可溶性固形物與總糖的含量分別提高了1.01%、11.2%,并且有效保持了生理活性物質(zhì)總酚與總黃酮的含量。因此,纖維素酶不僅可提高果蔬汁出汁率,而且能改善部分果蔬汁的品質(zhì)。3.1.1.蓮子汁的制備由于制汁用的水果一般在未成熟時采收,并在低溫條件下貯藏相當(dāng)長的一段時間,這種條件下水果果漿含有大量的淀粉,在加工過程中易引起渾濁,使生產(chǎn)過程變得困難。α-淀粉酶能不規(guī)則地水解淀粉、糖原并降解內(nèi)部α-1,4葡萄糖苷鍵,生成可溶性的糊精、葡萄糖和麥芽糖,使膠狀的粘度下降。王辰等通過比較熱水浸提法和α-淀粉酶酶解法對蓮子的提汁效果,發(fā)現(xiàn)酶解法和熱水浸提法的提取率分別為85.1%、28.67%,酶解法不僅使提取率提高了56.43%,而且總糖含量也提高9.5%,大大提高原材料的利用率和營養(yǎng)成分并縮短了加工時間。陳杰華等研究表明,紫馬鈴薯漂燙加水打漿后,加入0.05%果膠酶和0.03%淀粉酶,60℃條件下作用3h,獲得理想的紫馬鈴薯汁,其出汁率、澄清度和花色苷含量分別為49.14%、68.1%、88mg/L;夏慧玲等用0.7%的纖維素酶和80U/g的α-淀粉酶在加水量與薯液比5:1、pH6.5條件下對紅薯協(xié)同處理3h后,漿液粘度降低、紅薯漿出汁率高達(dá)42%.。因此,為了更大程度地提高果蔬出汁率,在實際生產(chǎn)中?；旌蠋追N酶共同使用。3.1.2不同微生物酶解工藝參數(shù)對果蔬原料酶解效果的影響果蔬的種類很多,不同果蔬漿酶解液化適用的酶種類不同;不同果蔬汁,其液化效果的評價指標(biāo)不同,部分果蔬汁除了要考慮出汁率、還需考慮濁度、粘度、花青素含量等指標(biāo);酶解工藝條件中的各參數(shù)如酶添加量、不同酶的比例、酶解溫度、酶解時間對不同果蔬漿的影響程度不同,例如果膠酶酶解酸櫻桃果漿時,對提高出汁率影響由大到小分別是酶解溫度、酶添加量和酶解時間,而纖維素酶和果膠酶酶解胡蘿卜漿和南瓜漿時,酶解工藝參數(shù)的影響先后順序分別是果膠酶添加量、纖維素添加量、酶解溫度、酶解時間。實際生產(chǎn)中,可根據(jù)不同的果蔬原料的種類、品種、成熟度等具體情況來選擇合適的酶制劑,合理的評價指標(biāo)以評定酶解效果好壞及適宜的工藝條件處理果蔬漿,能夠達(dá)到令人滿意的液化效果。許多研究選取某種工藝優(yōu)化方法如正交試驗、響應(yīng)面試驗和相應(yīng)的評價指標(biāo)與作用效果來篩選適宜的酶解條件,得到了不同果蔬汁酶解的最佳工藝,見表3,為其工業(yè)化生產(chǎn)提供了一定的指導(dǎo)作用。3.2原料協(xié)同處理果蔬中果膠、可溶性淀粉、蛋白質(zhì)及微小懸浮顆粒等物質(zhì),易隨榨汁的進行而混溶在果蔬汁中,導(dǎo)致果蔬汁的混濁或沉淀,影響產(chǎn)品質(zhì)量。酶法澄清處理是果蔬汁加工中應(yīng)用較廣泛的澄清方法,常用的酶有果膠酶和纖維素酶等。Pinelo等發(fā)現(xiàn)蛋白酶處理能立即明顯地降低櫻桃汁濁度,冷藏過程中對澄清效果影響較小,果膠酶作用效果正好相反,在果膠酶中加入酚酸能進一步減小櫻桃汁的濁度。酶制劑在果蔬汁澄清方面的應(yīng)用較多,如Sandri等研究發(fā)現(xiàn)從黑曲霉中提取的果膠酶對蘋果果汁、草莓果汁、椰子果汁和葡萄果汁具有較好的澄清效果,其用量是1U/mL果汁,反應(yīng)溫度在30℃~50℃范圍內(nèi),且此范圍內(nèi)溫度升高對澄清效果影響不明顯,作用時間在30~60min內(nèi),作用時間越長,澄清效果越好;Tu等用聚半乳糖醛酸酶處理木瓜汁,其粘度降低至17.6%,透光率升高至59.1%;Dey等從曲霉菌中提取的聚半乳糖醛酸酶澄清蘋果汁,蘋果汁粘度降低38%,透光率達(dá)到93%。由于不同酶的作用機制不同,因此在果蔬汁的澄清工藝中常采用幾種酶協(xié)同處理以提高澄清效果,如Diaz等在葡萄果渣和橙子皮中提取出含木聚糖酶、外切聚半乳糖醛酸酶、羧甲基纖維素酶的混合酶,發(fā)現(xiàn)該混合酶能降低橙子汁濁度和粘度,提高果汁的透明度;諶國蓮等研究了纖維素酶、果膠酶、木瓜蛋白酶、α-淀粉酶聯(lián)合使用對澄清荔枝果汁的應(yīng)用,所得荔枝澄清汁與原汁相比,穩(wěn)定性、可溶性固形物、總酸、總糖、還原糖和氨基酸含量均得到提高。3.2.1種常見果蔬汁澄清方法對比酶液化處理果蔬不僅可以大大提高果蔬汁的出汁率、透光率和澄清度、能較好地保持果蔬汁的營養(yǎng)成分,而且對后續(xù)榨汁和過濾有重要意義。因而,酶法逐漸取代傳統(tǒng)的澄清方法,在果蔬汁加工中的應(yīng)用越來越普遍。表4中對比了果膠酶與殼聚糖及一些傳統(tǒng)澄清方法對不同果蔬汁的澄清效果,發(fā)現(xiàn)針對不同的果蔬汁,其適合的澄清劑不同?？傮w而言,果膠酶和殼聚糖相比其他傳統(tǒng)澄清方法表現(xiàn)出更大優(yōu)勢,對部分果蔬汁,殼聚糖比酶法的澄清效果更好,是由于殼聚糖與蛋白質(zhì)和碳水化合物間具有相互作用,這種作用取決于pH值和果膠的酯化程度。因此,要使酶法在果蔬汁澄清方面領(lǐng)先于其他方法,還需做更大努力。3.2.2與其他澄清方法聯(lián)合澄清在實際生產(chǎn)中,酶法除了通過復(fù)合幾種不同的酶制劑使澄清效果良好,還通常與其他澄清方法聯(lián)合澄清以達(dá)到更好的澄清效果,如與明膠、皂土、PVPP、殼聚糖、超濾等澄清方法聯(lián)合澄清,見表5,其中超濾早在1999年因能夠去除比膜截留分子量大的所有物質(zhì),被廣泛用于穩(wěn)定果汁?；钚苑宇愇镔|(zhì)易與活性蛋白結(jié)合形成的蛋白質(zhì)-酚類大分子聚合物,引起果汁或濃縮果汁的二次沉淀,單麗君和鄭曉冬報道,漆酶與超濾聯(lián)用時,不需額外添加澄清劑能夠生產(chǎn)出穩(wěn)定色澤和香味穩(wěn)定的蘋果汁。3.3葡萄糖氧化酶果蔬汁色澤、香氣、風(fēng)味等感官品質(zhì)是影響其質(zhì)量高低的主要因素,在生產(chǎn)加工中保持果蔬汁色澤、避免香氣與風(fēng)味的損失顯得尤其重要。夏美茹等發(fā)現(xiàn)單獨使用葡萄糖氧化酶,樹莓清汁易褪色,在pH為3.5時與過氧化氫酶以1:5的比例添加0.5g/L其使用效果最好;周晶晶等發(fā)現(xiàn)葡萄糖氧化酶能夠有效減緩百香果渾濁果汁中花色苷降解速率,低溫效果更明顯。因此,葡萄糖氧化酶應(yīng)用于果蔬汁加工中具有多種作用。柑橘類果汁中所含的檸檬苦素、新橙皮苷和柚皮苷等易使果汁呈苦味,柚苷酶可將檸檬苦素等苦味物質(zhì)轉(zhuǎn)化成不含苦味的物質(zhì),用于果汁的脫苦,與淀粉酶和聚半乳糖醛酸酶共同固定用于果蔬汁中的淀粉和果膠的水解,效果比單獨固定淀粉酶和果膠酶更好。β-葡萄糖苷酶能水解結(jié)合于末端非還原的β-葡萄糖苷,同時釋放出葡萄糖和相應(yīng)的配基,是纖維素酶中的一種。Riou等從米曲霉中分離出可耐受高葡萄糖的β-葡萄糖苷酶,可將鮮葡萄汁中香葉醇、沉香醇、橙花醇從相應(yīng)的單萜-β-葡萄糖苷中游離出來,促進果汁香氣形成;潘利華等利用β-葡萄糖苷酶對胡柚汁進行脫苦,實驗結(jié)果表明,200U/L的β-葡萄糖苷酶在50℃,pH5的條件下處理胡柚汁1h,能保證在對Vc等營養(yǎng)物質(zhì)損失不明顯的情況下達(dá)到良好的脫苦效果,且酶的添加量對脫苦效果影響不明顯;宛曉春等實驗發(fā)現(xiàn),β-葡萄糖苷酶能夠釋放檸檬汁中的萜類化合物,增加檸檬汁的香氣。因此,β-葡萄糖苷酶不僅可以減緩果汁苦味,還有助于增加其香味。4果蔬汁加工中的酶制劑技術(shù)對于果蔬加工中難以控制的褐變問題,通過遺傳定位和轉(zhuǎn)基因等生物技術(shù)方法,向易褐變的果蔬中加入轉(zhuǎn)入外源多酚氧化酶基因,從根本上降低多酚氧化酶的活性以控制酶促褐變;在果蔬汁穩(wěn)定性方面,研究蛋白質(zhì)-酚類物質(zhì)大分子聚合物的形成條件,探索引起果蔬汁后渾濁的機制,尋找適合的酶制劑從根本上控制果蔬汁加工與貯藏過程中的渾濁現(xiàn)象。尋求具有高親和性、反應(yīng)功能基團多樣化、生物相容性好、制備簡單和價廉易得的載體材料,將酶與固定化材料相結(jié)合,提高酶活