關鍵詞:果膠酶果蔬汁出汁率，營養物質的澄清和超濾
隨著社會經濟的發展和人民生活水平的提高，水果已經成為人類健康不可缺少的營養素。我國水果資源豐富，但因果產品營養豐富，含水量高，易被微生物侵染腐蝕，保質期短。為了充分利用資源優勢，提高我國農產品在國際市場上的競爭力，必須大力發展水果加工業。然而，目前水果加工存在許多困難，如果汁和果酒的澄清、水果的去皮、加工過程中香氣成分和營養成分的損失等。僅通過改進加工工藝或增加設備投資很難解決這些問題。目前，酶工程的應用已經解決了許多問題。酶工程是使酶催化各種物質轉化的能力可控，將遊離酶固定化，或者將整個微生物細胞固定化在培養發酵獲得的目標酶活性峰值，然後應用於生產實踐的過程。近年來，酶工程在水果加工中的應用越來越廣泛，使用的酶的種類和數量也越來越多。人類已經開發出多種用於果蔬汁的酶，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、液化葡萄糖苷酶等，其中使用最多的是果膠酶。
1果膠酶
國外對果膠酶的研究始於20世紀30-50年代，並已產業化。但國內研究始於1967，工業化生產始於80年代後期。隨著我國水果種植和水果加工業的發展，果膠酶的開發和應用也得到了迅速發展。在果汁生產過程中，果膠酶能快速徹底地去除果膠，降低果汁的粘度，有利於果汁的過濾，澄清濾液，澄清度穩定；減少化學澄清劑用量，提高果汁質量；果膠酶有利於壓榨，能有效提高水果出汁率。在沈澱、過濾、離心分離過程中，能提高果汁的過濾效率，便於沈澱和分離，加速和增強果汁的澄清。果膠酶處理後的果汁穩定性好，可防止貯藏過程中的渾濁。
1.1果膠酶的定義
果膠酶(果膠酶或果膠酶)是指能分解果膠的多種酶。它是果汁生產中最重要的酶制劑之壹，已廣泛應用於果汁的提取和澄清、果汁通量的提高以及植物組織的浸漬和提取。
果膠酶1.2的分類及作用機理
果膠酶可分為三類:原果膠酶、解聚酶和果膠酯酶(PE)。各種酶的作用方式如圖1所示。原果膠酶將不溶性原果膠水解成水溶性果膠，根據其作用方式的不同可分為核酸外切酶和核酸內切酶。壹般用苯酚-硫酸法測定溶液中原果膠釋放出的果膠量來確定原果膠酶的活性。多聚半乳糖醛酸酶(PG)可分為核酸外切酶和內切酶。PG核酸內切酶廣泛存在於真菌、細菌和許多酵母中，在高等植物中也有發現。當內切酶作用於聚半乳糖醛酸時，隨機水解其中的半乳糖醛酸單元可以降低其溶液的粘度，但還原力增加很少。多聚半乳糖醛酸酶的活性可以通過測量反應中底物溶液還原能力的增加或粘度的降低來確定。多聚半乳糖醛酸裂解酶(PGL)和聚甲基半乳糖醛酸裂解酶(PMGL)分別通過反式消除切斷果膠分子和果膠分子的α-1，4糖苷鍵，生成β-4，5不飽和半乳糖醛酸。這兩類裂解酶分為核酸外切酶和內切酶，壹些植物軟腐真菌、食品腐敗真菌和黴菌都能產生外半乳糖醛酸酶。裂解酶的活性可以通過測量釋放的不飽和糖醛酸的量來計算。
果膠酶在果蔬飲料生產中的應用
果膠酶作為果蔬汁生產中最重要的酶制劑之壹，廣泛應用於果蔬汁的提取和澄清、改善果蔬汁的過濾性以及植物組織的浸漬和提取。目前大部分原汁和濃縮汁的生產都使用果膠酶。但由於各種水果中果膠含量和果膠組成差異很大，應根據不同品種的水果和不同的加工目的確定合適的果膠酶組成。
2.1果汁的提取
目前果汁的提取方法主要是壓榨法和過濾法，果汁加工時先破壞植物細胞壁。大多數植物細胞壁主要由纖維素、半纖維素和果膠組成，細胞壁的結構比較緊密，用機械或化學方法很難將其完全打破。此外，果膠的酯化度隨著成熟度的增加而升高，這也是影響出汁率的主要因素之壹。果膠酶處理可以破壞果實細胞的網狀結構，提高果實的破碎程度，有效降低其粘度，改善壓榨性能，增加出汁率和可溶性固形物含量，從而達到壓榨過程中提高出汁率和縮短壓榨時間的目的，同時降解大分子果膠物質後，有利於後續的澄清、過濾和濃縮工序[19]。比如蘋果汁的生產，蘋果要經過機械壓榨，然後離心得到果汁，但果汁中仍然含有較多的不溶性果膠，比較渾濁。將果膠酶直接添加到蘋果汁中，經處理後，加熱殺菌、滅酶、過濾，得到澄清的果汁。
2.2果膠酶可以提高果蔬汁的出汁率。
果膠酶是果蔬飲料生產中使用的最重要的酶，可以大大提高果蔬飲料的出汁率，提高其過濾速度，保證產品的儲存穩定性。如果添加果膠酶制劑，可以降低葡萄汁的粘度，提高出汁率，降低強度，縮短加工時間，獲得色澤清亮、汁清的葡萄汁[6]。比如蘋果濃縮汁的生產，為了避免液化技術的缺點，很多廠家采用兩段液化技術，或者果渣液化技術:先在果漿中加入果膠酶，然後壓榨，或者不加果膠酶直接壓榨；然後向壓榨後的蘋果渣中加水，再加入果膠酶和纖維素酶進行酶解，再壓榨，這樣就大大提高了蘋果的出汁率。
2.3果膠酶可以澄清果蔬飲料。
果膠酶作用於果蔬汁時，不僅能降低粘度，還能產生絮凝作用使果蔬汁澄清。澄清機理的實質包括果膠的酶水解和非酶靜電絮凝。果汁中有許多影響澄清的物質，如纖維素、蛋白質、澱粉和果膠，而果膠是造成果汁混濁的主要因素。在櫻桃汁加工中，添加果膠酶水解果膠，降低了櫻桃汁的粘度，降低了過濾阻力，加快了過濾速度。同時，由於櫻桃汁中懸浮的水果顆粒失去了高分子果膠的保護，很容易沈澱，使上層汁液澄清。在後期的澄清過程中，明膠澄清劑的用量可以大大減少，甚至不加澄清劑。果膠酶還可用於澄清蘋果汁、甘蔗汁[5]、蟠桃汁、桃杏梅子汁等。添加果膠酶時，要將酶和果漿混合均勻，根據原料的品種控制酶制劑的用量，控制作用的溫度和時間。如果果膠酶和明膠結合，效果更好。有時采用復合酶法進行澄清，如澄清棗汁時采用果膠酶和α-澱粉酶[4]。
2.4果膠酶可以提高超濾過程中的膜通量。
利用超濾技術生產清汁和濃縮清汁在果蔬汁加工業中越來越受歡迎。超濾比傳統過濾更快更有效，但其主要缺點是由於果蔬汁中大量糖分的存在，超濾系統在超濾時會產生二次膜，降低超濾通量。加入商品果膠酶分解多糖可以減少二次膜的產生，提高超濾通量，增加產量。因此，脫膠對於獲得更高的膜通量和濃縮比至關重要。果膠酶除了提高膜通量外，還可以用來清洗超濾膜。與化學方法相比，用果膠酶清洗超濾膜可生物降解100%，並可在最佳pH和溫度下工作，從而縮短清洗時間，提高超濾膜的透過率和使用壽命，增加產量，節約能源[12]。因此，將超濾技術與酶技術相結合，發揮超濾的作用是非常重要的。
2.5果膠酶可以提高果蔬飲料的營養成分。
利用果膠酶生產果蔬汁，不僅提高了出汁率，而且保留了果蔬汁中的營養成分。首先，果蔬汁中可溶性固形物的含量明顯提高，這些可溶性固形物由可溶性蛋白質和多糖組成，果蔬汁中胡蘿蔔素的保存率也明顯提高。Chang Tungsun等人對果膠酶處理果汁的研究表明，酶處理後果汁中葡萄糖、山梨糖和果糖含量顯著增加，而蔗糖含量略有下降，總糖含量增加[13，14]。甜玉米和胡蘿蔔的實驗也有類似的結果[15]。此外，由於果膠的脫乙酰化和半乳糖醛酸的產生，果汁的可滴定酸度增加，pH下降[13，14]。芳香物質的含量也有了明顯的提高。果膠酶處理後，各種酯類、萜類、醇類和揮發酚的含量都有所增加，葡萄汁的風味更好[16]。由於細胞壁的坍塌，大量的類胡蘿蔔素、花青素等色素被溶解，大大提高了果蔬汁的外觀品質。鉀、鈉、鈣、鋅等礦質元素含量也有較大提高[17]。
2.6果膠酶可以提高濃縮果汁的質量。
果汁濃縮後，不僅流動性差，穩定性也差。因此，需要澄清果汁的濃度，並首先去除果膠，以避免凝膠化。酶處理去除果膠後的果汁進行濃縮，濃縮後的果汁具有良好的流動性，稀釋後仍很穩定。它特別適用於濃縮柑橘汁的生產。目前，果膠酶在水果加工中的應用包括水果軟化、脫苦脫腥等。在許多國家，具有不同活性比的果膠酶制劑已經成為標準的加工操作。隨著酶技術本身的發展，果膠酶在食品工業尤其是水果加工業中的應用前景將會更加廣闊。
2.7果膠酶也可用於水果去皮-去除和純化果皮。
含有纖維素和半纖維素的粗果膠酶制劑可作用於果實皮層，引起細胞分離、結構破壞和脫落。比如柑橘的包膜，蓮子的皮，大蒜的膜，用粗果膠酶處理後可以很快脫落。此外，果膠酶對杏仁也有壹定的去皮作用[18]。目前，不同活性比例的果膠酶制劑已經成為降解果蔬細胞壁、提高壓榨性能、降低粘度、增加出汁率、改善營養成分不可缺少的壹部分。在許多國家，添加果膠酶已經成為制造澄清或濃縮草莓汁、葡萄汁、蘋果汁和梨汁的標準加工操作。隨著酶技術本身的發展，果膠酶在果蔬汁中的應用前景將會更加光明。
2.8其他應用
果膠酶在葡萄酒生產中的應用可以提高葡萄汁和葡萄酒的產量，增強葡萄酒的澄清效果，大大提高葡萄酒的過濾速度。果膠酶還可以提高超濾過程中的膜通量，也可以用於超濾膜的清洗。用果膠酶清洗超濾膜可生物降解100%，並能在最佳pH值和溫度下工作。縮短清洗時間，提高超濾膜的透過率和使用壽命，增加產量，節約能源。果膠酶是果蔬飲料生產中使用的主要酶，可以大大提高果蔬品種的出汁率，提高其過濾速度，保證產品的貯藏穩定性。隨著果汁和果酒行業的快速發展，果膠酶的需求和應用前景將十分廣闊。
3結論
目前，果膠酶已廣泛應用於果蔬汁加工行業，降解果蔬細胞壁，以改善壓榨性能，降低粘度，增加出汁率，提高營養成分。在食品加工中，酶的壹個重要用途是使原生家庭更容易處理，提高產品的產量。果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶的使用可促進細胞分離，軟化細胞壁，特別適用於果蔬[9]。果膠酶作用於果膠中D-半乳糖醛酸殘基之間的糖苷鍵，將聚合物半乳糖醛酸還原成小分子。因此，在食品工業中具有重要的應用價值。果膠酶是果蔬汁生產中使用的主要酶，可以大大提高果蔬品種的出汁率，提高其過濾速度，保證產品的儲存穩定性。隨著軟飲料工業的快速發展，果膠酶的需求和應用前景將十分廣闊。目前，我國果膠酶的工業應用還處於相對落後的狀態。為了提高果膠酶的利用率，簡化產品的純化過程，達到連續生產的目的，將果膠酶固定在廉價的載體上已經成為國際研究的重要課題[8]。
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