試析果膠酶的生產和應用

＊吳 婕

（淮北師范大學信息學院 安徽 235000）

隨著人們物質生活水平的提高，消費結構的轉變，果品成為了人們日常生活中必不可少的一種營養(yǎng)物質。我國的果品資源極為豐富，每年的果品產量排名世界第一。雖然果品本身的營養(yǎng)種類非常豐富，含水量較高，但是也很容易受到微生物的腐蝕，所以無法長時間的保存。為了將我國果品資源極為豐富的優(yōu)勢充分利用起來，增強我國農產品的國際競爭力，非常有必要加大果品加工業(yè)的發(fā)展力度。但是，在果品加工領域的發(fā)展過程中，還存在著很多問題。例如，果汁的澄清、果實的脫皮以及果品加工中香氣成分和營養(yǎng)物質的損耗等。要想解決這些問題，除了要對現(xiàn)有的果品加工工藝進行改善之外，還需要對果膠酶進行有效的應用。

1.果膠酶的相關概述

(1)果膠酶的定義

果膠酶，指的是能夠分解果膠物質的多種酶的總稱[1]。是現(xiàn)階段果汁生產過程中必不可少的一種酶制劑，在果汁的提取與澄清、果汁通量的優(yōu)化等方面有著廣泛的應用。目前，果膠酶一般以灰白色或者微黃色粉末狀態(tài)存在，也有少量呈棕黃色液體狀態(tài)。果膠酶的來源渠道非常廣泛，從微生物、植物以及動物中，都可以提取出果膠酶。目前，市場上流通的食品級果膠酶，主要來源于黑曲霉的代謝產物。

(2)果膠酶的分類

①原果膠酶（PG）。這種果膠酶可以將原本不溶性的原果膠進行分解，使其轉化為水溶性的果膠。按照原果膠酶的作用方式，又可以將原果膠酶細分為兩種，即外切酶和內切酶。利用苯酚-硫酸法將溶液中原果膠所釋放出的果膠物質含量測定出來，最終測定值就是原果膠酶的活力。

②果膠酯酶（PE）。這種果膠酶的主要作用就是促進脫脂化作用。即將半乳糖醛酸主鏈上的甲基進行脫除，并釋放出甲醇和果膠酸酯。

③果膠水解酶（PH）。這種果膠酶又可以細分為以下六種：聚半乳糖醛酸酶、聚半乳糖醛酸甲酯水解酶、聚鼠李半乳糖醛酸酶、阿拉伯聚糖酶、半乳聚糖酶、木糖基半乳糖醛酸酶[2]。

④果膠裂解酶（PL）。這種果膠酶是在反式消去作用下，對果膠聚合體進行裂解而成的一種果膠酶。按照作用機理與底物的差異，又可以將其細分為以下幾種：內切聚半乳糖醛酸裂解酶、外切聚半乳糖醛酸裂解酶、內切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶、外切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶[3]。

(3)果膠酶的作用方式

果膠酶是一種復合酶，主要作用就是裂解果膠質中的糖苷鍵，或者以β消除作用將果膠質中的糖苷鍵進行切斷，使果膠質轉換成多聚半乳糖醛酸[4]。其作用方式，如圖1所示。

圖1 果膠酶的作用方式

2.果膠酶的生產研究

(1)產酶菌株

從動物或者植物中提取果膠酶，最終的提取量非常少，所以從微生物中提取是最主要的果膠酶生產方式。目前，針對從微生物中提取果膠酶的研究，主要集中在菌株培育條件和發(fā)酵底物的選擇方面。要想保證果膠酶的順利生產，第一步就是要成功培育出合適的微生物。果膠酶產生菌主要以真菌和細菌為主。其中，真菌中的曲霉屬，和細菌中的假單胞菌屬、黃單胞菌屬、芽孢桿菌屬等，都能夠產生出大量的果膠酶[5]。

近幾年來，國內外在果膠酶的研究當中，還是關注菌株的培育。也就是說，國內外的學者開始研究采取何種措施才能夠提高菌株的產酶量。但是，這些學者將主要精力都集中到了菌種的選育方面，并最終決定使用紫外線、亞硝基胍、亞硝酸等理化誘變育種[6]。這些菌種在誘變后，酶活力得到了明顯的提高。另外，黑曲霉是一種安全性較強的真菌，所以國內外專家學者針對黑曲霉的研究也比較深入，并同時研究得出溫度為30℃，起始pH值為6.5的環(huán)境是最佳的果膠酶生產環(huán)境。

(2)微生物發(fā)酵產果膠酶

將果膠質添加到微生物培養(yǎng)基中，可以對微生物產生誘導作用，使其成功合成果膠酶。但是，在應用這種方法生產果膠酶的過程中，為了控制生產成本，會將果膠制劑替換成植物組織，例如果渣、果皮、麩皮以及豆粕等。

目前，果膠酶的發(fā)酵生產工藝主要有兩種，一種是固態(tài)發(fā)酵生產工藝，另一種是液態(tài)發(fā)酵生產工藝。首先，固態(tài)發(fā)酵生產工藝，是我國最主要的果膠酶生產方式。這種生產工藝的發(fā)酵底物以農業(yè)廢棄物或者農產品加工副產物為主，原料成本很低。另外，采購生產設備的成本也比較低。其次，液態(tài)發(fā)酵生產工藝，是一種自動化、連續(xù)化的生產工藝。但是其最終生產出來的果膠酶活力卻偏低。

3.果膠酶的應用研究

（1）果膠酶在果汁加工中的應用。果膠酶在果汁加工領域中的應用非常廣泛。首先，果膠酶的應用，可以對水果中的膠狀物質和可溶性果膠進行水解，降低果汁的黏度，提高出汁率。其次，在對水果進行沉淀、過濾或者離心處理的時候，果膠酶的應用，可以對果汁中懸浮物的穩(wěn)定性產生破壞，使其進行凝聚沉淀，進而達到果汁澄清的效果。再次，在超濾膜處理過程中，果膠酶的應用還可以明顯減少超濾時間，提高果汁的超濾通量，增強果汁的穩(wěn)定性。這樣一來，即便是果汁經過濃縮，也不會再次出現(xiàn)渾濁問題。而且，濃縮后的果汁中的營養(yǎng)成分更高。目前，果膠酶已經在蘋果汁生產、柑橘汁生產以及枇杷汁生產中得到廣泛的應用。

（2）果膠酶在食品行業(yè)中的應用。果膠酶在食品行業(yè)中的應用，主要體現(xiàn)在以下三方面。首先，將堿性果膠酶微生物應用到咖啡發(fā)酵過程中，不僅可以將咖啡豆的黏表皮進行有效的去除，還可去除果膠質含量較多的果肉狀表層。另外，對纖維素酶與半纖維素酶之間的協(xié)同作用加以利用，還可以明顯加快咖啡豆黏表皮的降解速度。其次，將堿性果膠酶應用到茶葉加工中，也可以明顯加快茶葉的發(fā)酵速度。但是，在應用堿性果膠酶的時候，必須要對酶劑量進行嚴格的控制，避免對茶葉產生破壞。最后，以堿性果膠酶為代表的細胞壁降解酶，還可以應用到榨取植物油的過程當中。例如，將堿性果膠酶添加到橄欖油榨取過程中，就可以通過破壞其乳化作用的果膠來實現(xiàn)植物油收率的提高。

（3）果膠酶在紡織行業(yè)中的應用。果膠酶在紡織行業(yè)中的應用，主要體現(xiàn)在以下兩方面。首先，在棉纖維精煉中，堿性果膠酶的應用可以有效水解棉纖維上的果膠物質，并釋放出非纖維素類的雜質，進而提高棉纖維的濕潤度，保證棉纖維的強度。與傳統(tǒng)的棉纖維精煉技術相比，在保證棉纖維濕潤度相同的情況下，應用了果膠酶的精煉技術，成本更加低廉，且顏色與移染性差異也不明顯。而且，堿性果膠酶在棉纖維精煉中的應用，還表現(xiàn)出了明顯的環(huán)境友好性，即不僅具有相對安全的作業(yè)環(huán)境，整個作業(yè)過程產生的能耗也較低。其次，堿性果膠酶在植物韌皮纖維脫膠中的應用，可以在不損害麻類纖維的情況下，將與纖維黏著的膠類物質進行快速的去除，且表現(xiàn)出了以下三方面的優(yōu)勢：第一不會對植物纖維產生破壞；第二不會對周圍的生態(tài)環(huán)境產生污染；第三可以對各種能源資源進行有效的節(jié)約。

（4）果膠酶在造紙行業(yè)中的應用。在熱磨機械紙漿過程中，真葉木原料中的溶解性膠體物質會被釋放出來。這些膠體物質的成分以果膠或聚半乳糖醛酸為主，如果不對其進行去除，整個造紙過程的過濾環(huán)節(jié)將會出現(xiàn)各種各樣的問題。而堿性果膠酶的應用，就可以利用其特點對果膠或者聚半乳糖醛酸進行徹底的降解，進而為紙漿質量的提升提供保證。

（5）果膠酶在環(huán)境領域中的應用。在柑橘、蔬菜等物質的加工制作過程中，必然會產生大量的廢水。而這些廢水中，就存在著大量的果膠。如果使用傳統(tǒng)的處理方法，需要經過一系列復雜流程，不僅處理成本較高、處理時間較長，還有可能對環(huán)境產生嚴重的污染。如果將堿性果膠酶或者堿性果膠酶微生物直接添加到廢水當中，就可以對廢水中的果膠進行直接分解，不僅處理效果好、處理成本低，還不會對環(huán)境產生影響。

（6）果膠酶在飼料添加劑中的應用。在飼料生產過程中，堿性果膠酶可以與纖維素酶、半纖維素酶混合在一起，對植物細胞壁中的果膠和纖維進行降解，并成功釋放出蛋白質、維生素、淀粉等物質，使飼料的營養(yǎng)價值得到提升。另外，將堿性果膠酶添加到飼料中，還可以對飼料的黏度進行調整，提升動物對飼料營養(yǎng)物質的吸收效果。

（7）果膠酶在洗滌劑中的應用。在洗滌領域中，如果底物被食品污垢所污染，要想將這些食品污垢徹底去除，具有一定的難度。尤其是水果與蔬菜汁形成的干涸污漬，去除難度非常大。如果將堿性果膠酶添加到洗滌劑中，則可以有效增強洗滌劑的去污能力，將食品污垢從底物上徹底的去除。

4.結語

綜上所述，果膠酶是一種有著廣闊應用前景的酶制劑。但是，與西方發(fā)達國家相比，我國在果膠酶的生產與應用方面的研究還有很大的提升空間。對此，我們要進一步加強果膠酶的研究，不斷的提高果膠酶的生產產量，不斷的拓展果膠酶的應用范圍。