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果胶酶在果汁生产中的应用

河南质量工程职业学院毕业设计（论文）

果胶酶在果汁生产中的应用

系别：

食品化工系

专业：

农产品质量检测

班级10农检3班

学生姓名：

邱向东

指导教师：

徐明磊

完成日期：

2012-11-5

摘要

将水果制成果汁，不仅有利于解决水果丰收季节的产、销、运输和保存等多方面的问题，而且提高了水果的附加值，满足了人们不同层次的需要。

在果汁加工技术中，酶起着十分重要的作用，果胶酶在其中充当着重要的角色。

果胶分子是由HGA、RG-I和RG-Ⅱ3个结构区域构成，后二者为结构复杂的杂多糖成分，因此参与果胶分解的酶类也是复杂多样的，逐渐延伸了果胶酶概念的内涵。

果胶酶是指分解果胶物质的多种酶的总称。

果胶酶分布很广，可来源于动物、植物和微生物。

果胶酶在工业生产领域中是一种重要的新兴酶类，随着分析手段的不断提高，人们进一步了解到果胶的分子结构并开发出相应酶类，从而使果胶酶的应用进入一个新的蓬勃发展时期，其应用已不再停留在最初的饮料加工上，而是在粮油加工、纺织、造纸、化妆品等行业都有所发展，在与天然产物提取相关的精细化工、医药等领域也有了阶段性的进展，果胶酶的固定化研究也正在逐步深入。

本文介绍了果胶的组成和结构，论述了果胶酶的分类、生产和作用，并对果胶酶及其在果汁生产中的应用加以综述。

关键词：

果胶酶果汁应用

Abstract

Willbemadeoffruitjuice,fruitnotonlyhelpresolvetheharvestseasonforproduction,sales,transportationandstorage,andmanyotherissues,butalsoraisetheaddedvalueofthefruittomeettheneedsofpeopleofdifferentlevels.Injuiceprocessingtechnology,enzymeplaysaveryimportantrole,pectinasehadplayedanimportantrole.PectinmoleculesbytheHGA,RG-IandRG-Ⅱthreeregionalstructureconsistingof,forthecomplexstructureaftertwomiscellaneouspolysaccharidecomponent,theenzymesinvolvedinpectindecompositioniscomplexanddiverse,andgraduallyextendedpectinaseoftheconcept.Pectinaseispectindecompositionofavarietyofsubstancescollectively.Pectinaseiswidelydistributed,canbederivedfromanimals,plantsandmicro-organisms.Pectinaseinindustrialproductionintheareaisanimportantemergingenzymes,withthecontinuousimprovementofanalyticaltools,pectinpeoplefurtherunderstandthemolecularstructureandthedevelopmentofthecorrespondingenzymes,sothatpectinaseenteranewapplicationThevigorousdevelopmentoftheperiod,theapplicationisnolongerstayintheoriginalbeverageprocessing,butingrainandoilprocessing,textiles,paper,cosmeticsandothersectorshavedevelopedintheextractionofnaturalproductsandrelatedchemicalindustry,medicineandotherfieldsalsoinastageoftheprogressofthefixedpectinasestudyisalsograduallydeepened.Inthispaper,thecompositionandstructureofpectin,pectinasediscussestheclassification,productionandeffectandpectinaseandintheproductionoffruitjuicetobereviewed.

Keyword:

applicationjuicepectinase

目录

前言1

1果胶1

2果胶酶1

2.1果胶酶的分类2

2.1.1果胶酯酶2

2.1.2解聚酶2

2.1.3原果胶酶2

2.2果胶酶的生产2

2.3果胶酶的作用机制3

3果胶酶在果汁加工中的应用3

3.1果胶酶在果汁澄清中的作用4

3.2果胶酶提高果汁的出汁率4

3.3果胶酶在果汁超滤时提高膜通量5

3.4降低非酶褐变5

3.5果胶酶用于果实脱皮5

3.6果胶酶制取浑浊果汁6

4结论6

参考文献7

致谢词8

前言

我国水果资源丰富，产量近7000万吨，居世界第一位。

近20年是我国果蔬产业发展最快的20年。

中国果蔬产业已成为仅次于粮食作物的第二大农业产业。

预计到2010年，中国的水果总产量将达到1亿吨[1]。

丰富的果蔬资源为果蔬加工业的发展提供了充足的原料。

随着生活水平的提高和消费结构的转变，饮料等果蔬加工产品已日益成为人们日常生活必须的消费品。

将水果制成果汁，不仅有利于解决水果丰收季节的产、销、运输和保存等多方面的问题，而且提高了水果的附加值，满足了人们不同层次的需要。

在果汁加工技术中，酶起着十分重要的作用。

实际上，在苹果汁和浆果汁的生产中使用果胶酶和淀粉酶已经60多年的历史了。

上世纪三十年代初，国外已开始将果胶酶用于澄清工艺制备果汁。

我国在上世纪七十年代初在实验室范围内曾研究生产过微生物果胶酶用于罐头加工和果酒澄清，取得一些进展[2]。

上世纪八十年代以来，在改革开放的形势下，我国的水果种植和水果加工工业发展迅速，为果胶酶的开发和应用，提供了广阔的前景。

本文针对果胶酶及其在果汁生产中的应用加以综述。

1果胶

果胶物质是由半乳糖醛酸、乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖醛酸等组成的高分子聚合物，在植物中作为一种细胞间隙填充物质而存在，广泛地分布于植物的果实、叶、茎、种子和根中，其基本结构是半乳糖醛酸以a-1,4糖苷键聚合形成的聚半乳糖醛酸。

果胶物质根据甲氧基含量或酯化程度不同分为原果胶、果胶酯酸、果胶酸[3]。

原果胶是与纤维素、半纤维素结合在一起的高度甲酯化的聚半乳糖醛酸，存在于细胞壁中，不溶于水，在原果胶酶或酸的作用下可水解为果胶酯酸。

果胶酯酸是羧基不同程度甲酯化和中和的聚半乳糖醛酸，存在于植物细胞汁液中，可溶于水，溶解度与酯化程度有关，在果胶酶或酸、碱的作用下可水解为果胶酸。

果胶酸是指甲氧基含量＜1％的果胶物质,它可溶于水,在细胞汁中可与Ca2+、Mg2+、K+、Na+等离子形成不溶于水或微溶于水的果胶酸盐。

果胶物质是一种植物胶，果胶在酸性和有高浓度糖存在下可形成凝胶的性质，正是制造果冻、果酱及高级糖果等食品的基础。

但是在果汁加工中，果胶影响出汁率，并使汁液浑浊，不易过滤和难于澄清。

在这里果胶成了多余的物质，采用果胶酶即可解决了这个问题。

2果胶酶

果胶酶是指分解果胶物质的多种酶的总称，其颜色为灰白色或微黄色粉末，也可以棕黄色液体存在。

果胶酶分布很广，可来源于动物、植物和微生物。

果胶酶在工业生产领域中是一种重要的新兴酶类，在果蔬加工、饲料、纺织和造纸工业中应用非常广泛。

2.1果胶酶的分类

通常情况下，可根据以下标准对果胶酶进行分类[4]：

1）果胶、果胶酸、原果胶是否为其优先底物；2）底物是被反式消去作用还是水解；3）切割方式是随意的（内切酶）还是发生在末端方向的（外切酶）。

2.1.1果胶酯酶（Pectinesterase,PE）

随机切割甲酯化果胶分子中的甲氧基，产生甲醇和游离羧基。

2.1.2解聚酶（Depolymerizingenzymes）

一类解聚酶专一水解底物的糖苷键，称水解酶，可分为：

1）聚甲基半乳糖醛酸酶（Polymethylgalacturonase,PMG）：

可分为内切酶（endo-PMG）与外切酶（exo-PMG）。

2）聚半乳糖醛酸酶（Polygalacturonase,PG）：

也可分为内切酶（endo-PG）与外切酶（exo-PG）。

另一类解聚酶则通过反式消去作用切割底物的a-1，4-糖苷键，降解产物带有还原基团和双键，双键位于产物非还原末端C4、C5之间，并在235nm处产生最大紫外吸收。

称为裂解酶，可分为：

1）聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（Polymethylgalacturonatelv-ase,PMGL）：

俗称果胶裂解酶（PNL），可分为内切酶（endo-PMGL）与外切酶（既0-PMGL）。

2）聚半乳糖醛酸裂解酶（Polygalacturonaselvase，PGL）：

又称果胶酸裂解酶

（PL），也可分为内切酶（endo-PGL）与外切酶（exo-PGL）。

2.1.3原果胶酶（Protopecdnase，Pase）

Briton等人把能够促使原果胶溶解的酶命名为原果胶酶。

将原果胶分解为水溶性的高聚合度果胶[5]。

可分为：

1）A-型原果胶酶（A-PPase）：

作用于原果胶内部区域的聚半乳糖醛酸部位。

2）B-型原果胶酶（B-PPase）：

作用于与聚半乳糖醛酸链和细胞壁组份（如纤维素等）相连的多糖链。

2.2果胶酶的生产

果胶酶为灰白色或微黄色粉末，也可以棕黄色液体存在，其分布很广，可来源于动物、植物和微生物。

但动植物天然来源的果胶酶产量低且提取困难，不能满足需要，而微生物因具有生长快，生长条件简单，代谢过程特殊和分布广等特点而成为果胶酶的重要来源。

聚半乳糖醛酸酶（PG），它分为外切酶和内切酶，PG内切酶广泛存在于真菌、细菌和很多酵母中，高等植物中也发现有内切酶的存在。

聚半乳糖醛酸裂解酶（PGL）和聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（PMGL）都分为外切酶和内切酶两种，一些植物软腐病菌、食品腐败菌以及霉菌均能产生外切聚半乳糖醛酸酶。

一些霉菌、细菌和植物在产生PG的同时，也能产生果胶酯酶（PE）。

许多霉菌及少量细菌、酵母菌都可产生果胶酶，但主要以曲霉和杆菌为主。

由于真菌中的黑曲霉（Aspergillusniger）属于公认安全级（GRAS，GeneralRegardedAsSafe），且其代谢产物也是安全的，因此目前市售的食品级果胶酶主要来源于黑曲霉，随着分子生物学技术的不断提高，也可利用基因克隆技术实现果胶酶在其它微生物宿主中的表达[5]。

目前，有许多研究者对果胶酶的固定化也有所研究。

2.3果胶酶的作用机制

果胶酶制剂对果汁中的果胶物质的作用机制可用下图表示：

果胶聚甲基半乳糖醛酸裂解酶可溶性短链果胶

PE果胶酯酶PMGL

低酯果胶聚半乳糖醛酸酶（PG）可溶性短链果胶酸

CA

二价金属离子聚半乳糖醛酸裂解酶

不溶性果胶酸盐（PGL）混浊物

沉淀出的混浊物

果汁中的果胶在聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（PMGL）的作用下，裂解成可溶性的短链果胶，使果汁的粘度迅速下降。

果胶也可以在果胶酯酶（PE）的催化下，水解脱去甲基形成低酯果胶。

低酯果胶在聚半乳糖醛酸酶（PG）的催化下，水解成可溶性短链果胶酸。

当低酯果胶的酯化度（DE植）低于14.8％时，与二价阳离子（如钙离子、镁离子等）形成不溶性的果胶酸盐，并和果汁中的混浊物一起沉淀、析出。

综上所述[6]，果胶酶在澄清果汁和混浊果汁生产应用中，关键在于如何控制各种酶的活性，抑制或加强某些酶的活性，即可使果汁澄清或保持混浊状态。

3果胶酶在果汁加工中的应用

果胶酶主要应用于水果加工业和饲料工业。

在饲料工业中，它与纤维素酶、半纤维素酶等配合使用，可降解植物细胞壁中果胶和纤维素等抗营养因子，促使淀粉、脂类、维生素和蛋白质等释放出来，从而提高了饲料的营养价值。

果胶酶还能促进饲料在动物消化道内的消化吸收[7]。

果胶酶在水果加工业中的应用主要有：

水果中的胶状及可溶性果胶经果胶酶水解后，可降低果汁的黏度，有助于压榨并提高出汁率；在进行沉淀、过滤和离心时，果胶酶能破坏果汁中悬浮的稳定性，使其凝聚沉淀，得到澄清果汁；用果胶酶处理超滤膜能提高果汁超滤的通量，缩短超滤时间；经果胶酶处理的果汁比较稳定，浓缩后不再发生混浊，而且可溶性固形物含量及其它营养成分如胡萝卜素含量均比非酶处理的有显著提高等等，目前正广泛应用在苹果汁、柑橘汁、枇杷汁等果汁的生产中。

3.1果胶酶在果汁澄清中的作用

对于澄清果汁来说，果汁中含有的果胶类物质的存在会引起果汁的后混浊，并且还起者保护其他物质的作用，阻碍果汁澄清，从而影响果汁品质。

果汁中含有大量的果胶、鞣质、纤维素、淀粉等大分子以及单宁、蛋白质的络合物等，这些物质在汁液中进行缓慢的物理和化学反应，导致果汁在加工和贮藏、销售期间变色、变浑。

因此，果汁澄清的效果直接影响到制品的透光率、粘度和沉淀等主要理化指标。

果汁澄清常采用酶处理和砂滤棒过滤等，由于过滤精度不够，使果汁难以达到理想的澄清效果。

澄清型果汁的透光率是衡量产品质量的重要指标之一。

果胶酶处理澄清果汁是利用果胶酶水解果汁中能够引起混浊的果胶物质以及多糖，使果汁中其他胶体失去果胶的保护作用而共同沉淀，达到澄清的目的，从而提高了生产效率和出汁率，使得果汁变成清澈透亮的清果汁，具有快速、简便、效果好等特点，对保持营养成分十分有利。

果胶酶水解果汁中的果胶物质，生成聚半乳糖醛酸及其降解产物。

当果胶失去胶凝化作用后，果汁中的非可溶性悬浮颗粒聚集在一起，导致果汁形成一种可见的絮状物。

澄清后的果汁进行过滤操作，使果汁澄清透明。

3.2果胶酶提高果汁的出汁率

果胶酶可以软化果肉组织中的果胶质，使不溶性的果胶物质分解为可溶性的果胶物质，帮助果胶水解以降低果肉的粘度，明显提高果汁产率。

果胶甲酯酶和多聚半乳糖醛酸酶都是果胶酶，在酶处理过程中会释放羧酸和半乳糖醛酸以降低果肉的PH。

阿拉伯聚糖酶和纤维素酶将阿拉伯树胶和纤维素转变成可溶性的糖，这可以增加果汁的可溶性固形物。

浆果类一般果胶较多，果实破碎后所得的果浆粘稠，自流汁少，榨汁困难[8]。

通过浆汁酶化法可获得更多的透明度高、色泽鲜艳的果汁。

试验结果表明酶法处理后浆果出汁率高，出渣少，可提高果汁的可溶性固形物含量，且工艺设备简单，制汁效果优于其它制汁方法。

杨辉、陈永康、张智锋、魏伟[9]对果胶酶提高苹果出汁率工艺条件进行优化，他们做了大量的研究工作，其结果表明：

pH4.2、温度50℃、果胶酶的用量为0.25g／L处理时间60min可明显提高苹果出汁率。

但是试验发现此工艺条件在进行大工业生产时存在一定的不足：

首先，温度较高对苹果中的营养物质破坏较大，还使许多芳香类物质挥发，同时也增加了生产中的能耗；其次，pH4.2苹果汁的自然pH值高，在大生产中要对大批量物料进行均一的pH调节不太方便。

同时在其中引人了一定量的化学物质，对其的质量控制不利。

用活力单位为2万U／g的粉状果胶酶对苹果浆进行处理，其最佳的工艺参数为：

pH4.0、温度40℃、果胶酶的用量为0.3g／L，处理时间90min。

本研究所得最佳工艺条件与从前研究结果pH4．2温度50℃、果胶酶用量为0．25g／L、处理时间60min的工艺条件相比较，果胶酶的用量略有增加，处理时间有所延长，但是处理温度却降低了10℃、pH更接近于果浆的自然pH值，且出汁率提高了大约2个百分点，因此，本研究的结果更有利于苹果汁工业化生产中的成本降低和质量的改善。

果胶酶在提高果汁出汁率上起到了很好的效果，并广泛应用于果汁生产中。

3.3果胶酶在果汁超滤时提高膜通量

超滤是一种新型的过滤技术，近年来被广泛应用在生产清汁及浓缩清汁的果品加工业中。

与传统的过滤相比，超滤速度快、效果好，国外已采用超滤反渗透技术在菠萝汁、柑桔汁、葡萄汁、蕃茄汁、梨汁等果汁中澄清与浓缩,产品质量及经济效益较好，但其主要缺点是会引起果汁及浓缩果汁的后混浊；同时由于果汁中大量糖的存在，在超滤过程中，不仅会使超滤系统产生次生覆膜，而且会降低超滤通量。

加人分解多糖物质的商品果胶酶，可减少次生覆膜的产生，提高超滤通量[8]。

如果果胶的残留物和一些中性聚糖分解不彻底，则在超滤时极易堵塞超滤膜，使超滤速度下降，而且超滤膜难以清洗。

与化学方法相比，用果胶酶对超滤膜清洗的优点是能完全被生物分解，可以在最佳的pH值和温度下作用，缩短清洗时间，增加超滤膜的通透量和使用寿命，节省能源，增加产量。

因此超滤技术与酶技术配合对超滤作用的发挥至关重要。

3.4降低非酶褐变

一些果汁加工过程中会发生非酶褐变反应。

非酶褐变不仅会使果汁的香味和颜色发生不良变化，还能改变果汁的成分，降低果汁的营养价值，从而影响果汁的贮藏寿命，因此，研究非酶褐变在果汁加工中具有十分重要的意义[8]。

抑制非酶褐变反应多采用隔绝氧气、降低加工温度和利用亚硫酸钠、抗坏血酸等抑制剂等方法，蔡志宁[10]等通过对用果胶酶处理与未用果胶酶来榨取葡萄汁，两者非酶褐变反应物含量与褐变度出汁率比较，结果表明果胶酶处理较大地提高了葡萄汁的出汁率，降低了褐变度。

从非酶褐变的主要反应物总糖、氨基酸、VC和酚类物质的含量来看，果胶酶处理提高了这些非酶褐变反应物的含量，说明经果胶酶处理后，果汁非酶褐变反应物参与非酶褐变反应较少，因而果汁褐变程度较低。

3.5果胶酶用于果实脱皮

柑橘中的甜橙类果实外果皮包裹紧密，在食用时经常因为剥皮引起很多不必要的尴尬。

Adams和Kirk（1991年）报道了采用真空渗透果胶酶的方法得到了去囊衣的柑桔全果；Eviott，Tinibel等人（1993年）也报道了类似的研究。

蓝航莲、吴厚玖、孙志高[11]对甜橙全果去皮技术进行研究，试验得出，该技术包括两个部分：

首先用注水的方法去除鲜果的外果皮；然后再用果胶酶处理的方法脱除全果的外露囊衣，得到色泽鲜艳、风味良好、营养丰富的去皮全果。

短时间漂烫处理后的甜橙全果，通过注水法可以容易地去除外果皮。

试验结果表明，将鲜果漂烫约1min后，再用压力为0.08-0.1mP的流动水注射约1-1.5min之后，即可方便地去除果实包裹紧密的外果皮。

此后，将果实投入到浓度为0.4g／100mL的果胶酶稀溶液中,用果量为150-170g／2OOmL，溶液的pH为4.0，在50℃下作用约1h之后，得到的果实无论从色泽、风味等各方面来看都与鲜果相近，对鲜果营养成分的保持也较好。

根据试验结果，对Vc的保持率大于99％，因此可以较好的满足消费者的需求。

3.6果胶酶制取浑浊果汁

对于一些水果例如甜柿，用它们加工制取果汁时，由于打浆后的浆液粘度大，直接榨汁困难且出汁率低（＜30％）。

采用果胶酶和纤维素酶液化果浆，用它们作用于果浆，分解果浆细胞之间的粘接成分和键合组织（薄壁组织），并大量分解原果胶，释放高酯化度和高聚合度的天然果胶，使果汁具有一定的粘度和稳定的悬浮状态。

果胶酶催化果胶解聚，使大分子长链的原果胶降解为低分子的果胶、低聚半乳糖醛酸和半乳糖醛酸，底物粘度迅速下降，增加可溶性果胶的含量。

纤维素酶和半纤维素酶催化纤维素水解，使纤维素增溶和糖化。

在果胶酶和纤维素酶等酶共同作用下，植物细胞壁降解、液化，使细胞内的液体比较容易释放出来，增加果蔬的出汁率。

对于制作浑浊果汁饮料，果汁必须保持一定的粘度，应避免果胶酶对果胶分子的过度降解，否则会导致果汁粘度过低，影响其混浊稳定性。

万楚筠、周坚[12]对酶法制取甜柿浑浊果汁的工艺进行研究，酶法取汁与直接榨汁相比，甜柿的出汁率有很大提高，最高达到直接榨汁出汁率的1.9倍,可溶性固形物得率也增加了6％～7％。

经过单因素实验和正交实验，得出酶解制取甜柿果汁的最佳工艺参数：

纤维素酶用量6500U／200g（果肉）。

果胶酶用量2500U／200g（果肉），酶解温度45℃，酶解时间2.5h。

按此工艺参数制得的甜柿果汁出汁率达到了79％。

利用果胶酶生产果汁不仅能澄清果汁，提高果汁出汁率，提高超滤时膜的通透性，降低非酶褐变，制取浑浊果汁，而且保留了果汁中的营养成分。

其中果汁的可溶性固形物含量明显提高，这些可溶性固形物由可溶性蛋白质和多糖类物质等营养成分所组成，果汁中胡萝卜素的保存率也明显提高。

由于维生素C（Vc）是水果中最不稳定的营养素，凡是能把Vc保存下来的加工技术，同样也能保存水果中的其他营养素。

在大枣提汁加工中，应用果胶酶处理果汁,实验结果表明，当酶用量在O.3％，pH值为3.5，浸提温度为50℃，浸提时间4h，枣汁中的维生素C保存率最高[13]。

产品枣香浓郁，颜色红亮，营养丰富。

果胶酶酶解法提汁比一般的热水法提汁可以减少Ve的损失，提高Ve的含量。

大枣提汁采用酶解法较热水浸提法效果好，Vc的保存率高。

大枣汁中Vc的保存的研究对于提高大枣汁的产品质量有着非常重要的意义。

应用果胶酶生产的果汁，其营养损失量少，色泽纯正，果香味浓郁，果胶酶在果汁生产中得到了广泛的应用。

4结论

目前，果胶酶在果品加工中的应用主要是降低果汁的黏度，有助于压榨并提高出汁率；在进行沉淀、过滤和离心时，破坏果汁中悬浮的稳定性，使其凝聚沉淀，得到澄清果汁；用果胶酶处理超滤膜能提高果汁超滤的通量，缩短超滤时间；降低非酶褐变，稳定果汁，使浓缩后不再发生混浊，而且可溶性固形物含量及其它营养成分如胡萝卜素含量均比非酶处理的有显著提高，在对果汁的原料进行处理时，可用于果实脱皮，近年果胶酶在果品的软化、脱苦和去除异味等方面也有所研究，不同活性比例的果胶酶制剂已在许多国家成为标准加工作业[14]。

随着酶技术本身的发展，果胶酶在食品工业尤其在果品加工业中的应用前景会更加广阔。

参考文献

[1]倪鸿静,张晓梅.固态法生产果胶酶及其应用的研究[J].云南化工,1991,4:

18-20.

[2]张水华.食品分析[M].北京:

中国轻工业出版社,2007.

[3]张海燕,吴天祥.微生物果胶酶的研究进展[J].酿酒技术,2006,9:

82-85.

[4]余奇飞.果胶酶在果汁生产中的应用探讨[J].食品饲料添加剂信息,1994,3:

7-9.

致谢

首先感谢我的所有老师，是你们给了我更多的知识，让我的知识结构更加稳固。

本课题在选题及研究过程中得到徐明磊老师的悉心指导，和徐老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路。

徐老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，在此，再次感谢徐老师。

  感谢老师对我的教育培养，你们细心指导我的学习与研究，教我做人之道，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。

  从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助