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果膠酶是能夠催化果膠物質(zhì)降解的一組酶的總稱。果膠物質(zhì)通常存在于高等植物中，如蔬菜、水果、玉米、大豆等，是非淀粉多糖的成分之一。果膠酶降解果膠物質(zhì)在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。通過處理，使果膠酶有效地降解果膠中的聚半乳糖醛酸和鼠李酸，并轉(zhuǎn)變成糖和其他有用的化合物，從而解決加工食品的腐敗變質(zhì)問題。作為世界四大酶制劑之一，果膠酶在果汁澄清、榨汁、釀酒、榨油等食品行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。隨著我國工業(yè)的迅速崛起，果膠酶的市場需求量也越來越大，其應(yīng)用價(jià)值不可估量。本文主要論述了果膠酶在食品及其他工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，以期為果膠酶的深入研究與探索提供有力的理論指導(dǎo)。
果膠酶廣泛分布于高等植物和微生物中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，微生物果膠酶占全球食品酶銷售總額的25%。國外對果膠酶的研究始于20 世紀(jì)30 年代，到50年代已經(jīng)開始工業(yè)化生產(chǎn)。而國內(nèi)的研究則始于1967 年，20 世紀(jì)80年代末才開始工業(yè)化生產(chǎn)。隨著我國水果種植和加工業(yè)的發(fā)展，果膠酶的開發(fā)和應(yīng)用正在不斷地走向深入。
根據(jù)作用半乳糖醛酸的方式不同，果膠酶可以分為原果膠酶、果膠酯酶和果膠裂解酶等。眾所周知，微生物酶作用時(shí)易受底物、溫度、濃度和pH值等因素的影響，因此，根據(jù)物理和化學(xué)因素的影響效果，果膠酶也呈現(xiàn)細(xì)微差別。
果膠酶按其作用最適pH 值又可分為酸性果膠酶和堿性果膠酶。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值在偏酸性范圍，堿性果膠酶的研究可以擴(kuò)展果膠酶的應(yīng)用范圍。
隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，果膠酶越來越受到市場的重視，尤其在食品行業(yè)應(yīng)用廣泛，如用于果汁澄清、榨汁、釀酒、茶與咖啡發(fā)酵及改善動(dòng)物飼料等，給人們的生產(chǎn)和生活帶來了極大便利。
關(guān)于果膠酶澄清果汁的研究，可以追溯到20 世紀(jì)30 年代，當(dāng)時(shí)認(rèn)為引起果蔬汁渾濁的主要原因是果膠質(zhì); 而關(guān)于果汁澄清原理的研究則始于20 世紀(jì)60 年代。研究人員推測出果膠酶澄清蘋果汁的簡化模型，果膠酶澄清果汁的實(shí)質(zhì)包含果膠的酶促水解和非酶的靜電絮凝兩部分。當(dāng)果蔬汁中的果膠在果膠酶作用下部分水解后，被包裹在內(nèi)的部分帶正電荷的蛋白質(zhì)顆粒就暴露出來，與其他帶負(fù)電荷的粒子相撞，然后聚集，即導(dǎo)致絮凝現(xiàn)象的發(fā)生。在絮凝物的沉降過程中，果膠酶吸附、纏繞果汁中的其他懸浮粒子，通過離心、過濾，可將其除去，從而達(dá)到澄清的目的。研究人員對應(yīng)用果膠酶澄清甘蔗汁進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)甘蔗汁中的果膠類物質(zhì)是引起甘蔗汁膠體微粒懸浮的主要誘因之一; 加入果膠酶可以專一性地水解果膠類物質(zhì)，使體系中其他膠體類物質(zhì)因失去果膠的保護(hù)作用而沉淀析出，實(shí)現(xiàn)汁液澄清。
一般果蔬的細(xì)胞壁中含有大量果膠、纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)等物質(zhì)。破碎后的果漿十分黏稠，導(dǎo)致壓榨取汁非常困難且出汁率很低，而酶解技術(shù)則可以克服以上缺點(diǎn)。通常用果膠酶來加速果汁和風(fēng)味提取，同時(shí)可以去除果膠。果膠酶不但能催化果膠解聚，有效降低黏度，改善壓榨性能，提高出汁率和可溶性固形物含量，而且能增加果汁中的芳香成分，減少果渣產(chǎn)生，同時(shí)還有利于后續(xù)的加工工序。據(jù)報(bào)道，利用酶解技術(shù)可以使不同果蔬的出汁率提高10%～35%，具體數(shù)值因不同果蔬中果膠含量和壓榨方法的差別而有所不同。工作人員在制作濃縮荔枝汁的過程中，用果膠酶處理荔枝肉，促使除去不溶性固體和提高岀汁率，得到的真空濃縮荔枝汁在-20 ℃下，其營養(yǎng)和感官質(zhì)量能保持六個(gè)月。
用于提高果蔬汁出汁率的酶技術(shù)一般分為兩種: 一是果漿浸漬技術(shù)，即在破碎的果蔬漿中添加果膠酶，作用一段時(shí)間后榨汁;二是完全液化技術(shù)，即在果漿中添加果膠酶和纖維素酶，然后利用兩者的協(xié)同作用，使果蔬細(xì)胞壁盡可能完全降解。但是液化技術(shù)容易引起果汁風(fēng)味變劣、褐變等，同時(shí)這種酶技術(shù)需要較高的酶添加量，增加了生產(chǎn)成本。因此在實(shí)際生產(chǎn)中常將兩者結(jié)合使用，以大大提高果蔬汁的得率。
在釀酒行業(yè)使用果膠酶，可以增加天然色素的提取量，改善酒的色澤與風(fēng)味，增加酒香，并可產(chǎn)生起泡酒，對提高酒的質(zhì)量有重要作用。研究人員研究果膠酶對紅葡萄酒主要成分的影響，結(jié)果表明，加入果膠酶對葡萄汁的糖酸含量幾乎無影響，但可降低汁液的黏度，利于色素的溶出;加入果膠酶的樣品比未加果膠酶的樣品發(fā)酵劇烈、迅速，可降低揮發(fā)酸的生成量，增加原酒干浸出物含量和總酚含量，改善葡萄酒的品質(zhì)。
在咖啡發(fā)酵過程中利用產(chǎn)堿性果膠酶微生物除去咖啡豆的黏表皮，有時(shí)添加堿性果膠酶來去除含大量果膠質(zhì)的果肉狀表層。堿性果膠酶也可用于茶葉加工，以增加酚類物質(zhì)、改善茶品質(zhì)、促進(jìn)茶葉發(fā)酵。研究人員指出，果膠酶可以明顯改善紅碎茶和紅茶的品質(zhì)，特別是能提高其水浸出物的達(dá)標(biāo)率;可改善速溶茶粉末在沖泡過程中易形成泡沫的狀況( 美國專利3787582) ;用果膠酶處理茶浸出物，能分解果膠質(zhì)，減少速溶茶形成穩(wěn)固薄膜的力量。此外，果膠酶還可以增加茶在冷水中的溶解性，增加香氣，改善湯色與清澈度。
在植物油的榨取過程中，包括堿性果膠酶在內(nèi)的細(xì)胞壁降解酶發(fā)揮著重要作用，如在橄欖油榨制時(shí)加入堿性果膠酶，可破壞起乳化作用的果膠，提高出油率，且榨出的油貯存時(shí)非常穩(wěn)定，多酚類物質(zhì)和維生素E含量也有所增加。
天然產(chǎn)物的釋放在不同程度上會(huì)受果膠物質(zhì)的影響或阻礙。在適宜條件下，植物細(xì)胞會(huì)發(fā)生自溶，也可產(chǎn)生一些分解酶類( 如果膠酶)，但這會(huì)使待分離產(chǎn)物發(fā)生結(jié)構(gòu)改變，甚至產(chǎn)生一些大多數(shù)情況下不利于分離的小分子副產(chǎn)物。因此，依靠植物細(xì)胞的自身酶系并不利于天然產(chǎn)物的提取。一般應(yīng)先高溫失活鈍化胞內(nèi)酶系，再有選擇地進(jìn)行酶處理。通常情況下，天然色素如葡萄紫、番茄紅和蘿卜紅等均可使用酶法提取，但所用果膠酶不得含有花青素酶等雜酶，以避免影響某些產(chǎn)品的色澤。而且，天然生物活性物質(zhì)提取物在國際市場很受歡迎，出口比例已超中藥，并呈上升趨勢?？衫霉z酶生產(chǎn)的提取物有: 銀杏葉提取物、大蒜油濃縮液、蘑菇濃縮液、人參漿、當(dāng)歸浸膏、甘草液等。
果膠酶還可用作動(dòng)物飼料補(bǔ)充劑。將其用于反芻動(dòng)物飼料生產(chǎn)，能夠降低飼料黏度，增加營養(yǎng)吸收，釋放營養(yǎng)素。研究人員研究果膠酶對肉仔雞生長性能及屠體性狀的影響，指出在玉米-豆粕日糧中添加果膠酶制劑，能顯著提高21 日齡肉仔雞的平均日增重和采食量，并提高飼料轉(zhuǎn)化率。
目前，工廠的廢水處理問題仍然亟待研究。比如:一些水果罐頭生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水由于含有果膠等物質(zhì)難以降解，阻礙了廢水的后續(xù)化處理。選用果膠酶解決水果罐頭廢水問題無疑是較好選擇，既能降低生產(chǎn)成本，又能保護(hù)環(huán)境。
果膠酶處理果膠物質(zhì)后的產(chǎn)物可以作為一種膳食纖維，能夠治療和預(yù)防一些慢性病。如果合理利用，有望開發(fā)一種新型的保健食品或藥品，給慢性病患者送去福音。
前文提到果膠酶在食品行業(yè)應(yīng)用較為廣泛，但到目前為止，其工業(yè)應(yīng)用主要仍集中在果蔬汁加工方面，其他方面雖然有所涉及，但相關(guān)技術(shù)仍然不夠成熟，也就是說，果膠酶在應(yīng)用中還存在一定的局限性。另外，果膠酶作為一種復(fù)合蛋白酶，其作用效果受溫度、pH值、時(shí)間、底物等因素影響，且因生產(chǎn)者的目的不同，果膠酶在生產(chǎn)中的添加量及作用方式也有差異，所以在實(shí)際應(yīng)用中需要綜合考慮各方面因素，選擇最佳的溫度、pH值等，力求使酶發(fā)揮最佳效用。
近幾年，人們對果膠酶的研究雖然已取得了一些成就，如果膠酶用于果汁澄清與加工的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但其他方面的應(yīng)用仍然有很大的發(fā)展空間。另外，現(xiàn)在研究和應(yīng)用較多的是酸性果膠酶，殊不知，堿性果膠酶在食品行業(yè)、紡織行業(yè)以及造紙行業(yè)都有潛在的應(yīng)用價(jià)值。對堿性果膠酶降解底物的機(jī)制、工程學(xué)性質(zhì)及分子生物學(xué)特性進(jìn)行更加深入的研究，會(huì)改善其作用效果，擴(kuò)展果膠酶的應(yīng)用領(lǐng)域，滿足各個(gè)相關(guān)行業(yè)的需求。
隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，我國工業(yè)迅猛崛起，人民的生活水平不斷提高，對于產(chǎn)品的追求也越來越獨(dú)特，因此市場對于特定果膠酶的需求尤為迫切。致力于果膠酶應(yīng)用方面的研究，考慮其與其他酶類的協(xié)同效應(yīng)，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，采取各種方法提高果膠酶的酶活性，將是今后果膠酶研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)，也是其未來的發(fā)展趨勢。