酶在果汁加工中的應(yīng)用

陳安格

（寧夏伊品生物科技股份有限公司，寧夏 銀川 750001）

酶是由活細胞產(chǎn)生的高分子蛋白質(zhì)物質(zhì)。它們表現(xiàn)出生物催化作用，促進生物的分解，并且由于其特異性，高效率和溫和的反應(yīng)，使酶在現(xiàn)代食品生產(chǎn)中很受歡迎。（Toledo et al.，2019）。大多數(shù)水果都含有豐富的維生素C、酚類化合物和類胡蘿卜素，是人體飲食營養(yǎng)的必需來源。水果中含有的抗氧化劑可以清除自由基，這對人體健康有幫助，而加工果汁仍然具有清除自由基的潛力（Gardner，White，McPhail，& Duthie，2000）。此外，新鮮的水果很難儲存，并且由于其水分含量太高，通常保質(zhì)期較短。將水果加工成果汁可以有效延長保質(zhì)期，改善口感，幫助身體吸收水果中的營養(yǎng)，可以達到更好的利用和保存水果的目的。

但是，由于水果中含有果膠、纖維素、蛋白質(zhì)等成分，因此在果汁加工過程中會出現(xiàn)一些問題，如粘度高、擠壓速率低、果汁產(chǎn)量低、易渾濁、易褐變等。一些果汁獨特的香氣成分容易流失，苦味難以去除（Ribeiro，Henrique，Oliveira，Macedo，& Fleuri，2010）。果膠物質(zhì)是造成果汁渾濁的主要因素，由于果膠的主要作用是保護和支持植物細胞，這也導(dǎo)致果肉在機械壓榨中出汁率低、耗時長，生產(chǎn)成本增加。果膠酶、纖維素酶、淀粉酶等酶的應(yīng)用以及這些酶在果汁加工中的組合可以改善這些問題，并顯著提高果汁的質(zhì)量和產(chǎn)量。現(xiàn)代果汁加工通常涉及三個部分，即提取，澄清和穩(wěn)定。與傳統(tǒng)的熱提取或冷提取方法相比，酶處理可以更好地提高果汁的回收率（Sharma，Patel，& Sugandha，2017）。在酶促反應(yīng)下，果汁可以有更高的透明度，酶處理已成為現(xiàn)代果汁加工的重要組成部分。

1.酶的行業(yè)應(yīng)用

酶是具有三級或四級蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的生物催化劑。它由長鏈氨基酸組成，存在于植物、動物和微生物中，它參與生物體內(nèi)的所有生命活動和生命過程。酶的催化反應(yīng)可以在合適的溫度和pH條件下發(fā)生，它們廣泛應(yīng)用于食品加工、化學(xué)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，酶可以大規(guī)模生產(chǎn)，使其純化并具有明顯的特性。因此，生產(chǎn)量身定制的酶成為可能（Kirk，Borchert，& Fuglsang，2002）。特異性的酶可以適應(yīng)新的工藝條件，導(dǎo)致酶在各個領(lǐng)域的使用進一步擴大。如表1所示，酶在各個行業(yè)的應(yīng)用變得更加多樣化，規(guī)模越來越大。

表1 酶在行業(yè)中的部分應(yīng)用（Kirk et al．，2002）

2.酶的分類

工業(yè)加工中使用的酶需要適當(dāng)?shù)奶崛〖兓椒ā＝?jīng)過提取等工藝步驟后，它們將會成為絕對純度的產(chǎn)品。根據(jù)其催化類型不同，酶可以進行分類，見表2。這些類別進一步細分。每種酶都由酶委員會（EC）編號，以賦予其唯一的四位數(shù)代碼。果汁加工中使用的主要酶包括果膠酶，淀粉酶和纖維素酶，都被稱為水解酶（Ribeiro et al.，2010）。

表2 基于反應(yīng)類型的酶分類（McDonald & Tipton，2014）

3.酶在果汁加工工藝中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的提取方法無法獲得令人滿意的果汁數(shù)量和質(zhì)量的背景之下。酶促反應(yīng)可以提高果汁產(chǎn)量，釋放果汁中的重要營養(yǎng)物質(zhì)。在提高果汁質(zhì)量方面，酶的添加可以降低果汁的粘度，增加過濾性，防止果汁變黑，清除果汁不良色澤并改善其外觀。尤其對于柑橘類果汁，可以使用酶來去除苦味（Kumar，2015）。

3.1 在果汁加工中所需要的重要酶類

果汁產(chǎn)量低的原因很復(fù)雜。但主要是因為水果中的雜質(zhì)太多，如淀粉、果膠和纖維素等，它們在水果的細胞壁中含量豐富。酶處理的應(yīng)用可以降解這些大分子，使果汁更容易過濾，回收率更高，果汁的澄清度得到提高。果汁產(chǎn)量的增加意味著原材料成本的降低。

3.1.1 果膠酶

果膠酶在商業(yè)生產(chǎn)中有著悠久的應(yīng)用歷史，可以使工業(yè)生產(chǎn)獲得更高的價值。它通常來自三個來源，細菌、真菌和酵母。果膠酶是一種異源酶，具有多種類型，如果膠甲基酯酶（PME）和果膠解聚酶。它們的種類不同，適當(dāng)?shù)膒H值和溫度也不同。根據(jù)作用位置的不同，它們也可以分為核外切酶和內(nèi)切酶。

果膠是一類細胞基質(zhì)多糖，其D-半乳糖醛酸的酯化程度不同，通過α-1，4糖苷鍵連接。原膠素主要有三種類型：果膠、果膠酸和酯酸。它們具有很高的結(jié)合水和膠體穩(wěn)定性，在水果中含量豐富。由于果膠物質(zhì)的粘性，果汁的流出被阻塞。果膠酶可以切割糖苷鍵并修飾果膠，以提高果膠的汁液產(chǎn)量。酸性果膠酶主要用于去除果膠，而尼日爾杏仁素產(chǎn)生的果膠酶等真菌性消化酶通常用于果汁的澄清。降低果汁的濁度可以提高果汁的過濾效率，從而提高產(chǎn)量（Rebello et al.，2017）。此外，作為一種多糖，果膠可以促進水果中纖維素和半纖維素纖維的交聯(lián)。因此，果膠酶的使用也可以促進纖維素酶更接近底物（Giacobbe et al.，2014）。

研究表明，在使用果膠酶處理杏、李子和芒果果肉的實驗中，使用0.5%的酶濃度在45度下液化5小時，杏子的汁質(zhì)收率可達78%，而李子的出汁率可以達到82%。在酶濃度為0.9%，45度液化6小時的條件下，芒果果汁產(chǎn)量最大可達59%（Chauhan，Tyagi，& Singh，2001）。在菠蘿汁的生產(chǎn)過程中，果膠酶可以在提取過程中與木聚糖酶和纖維素酶產(chǎn)生協(xié)同作用。與對照組相比，菠蘿汁產(chǎn)量提高了52.9%，澄清度也有良好的優(yōu)化 （Pal & Khanum，2011）。

3.1.2 纖維素酶

纖維素酶通常用于提高果汁的果汁產(chǎn)量和可溶性固體的含量，因為可以降解植物細胞壁的纖維素。其至少包括三個酶基，從而將纖維素水解為葡萄糖，分別是：Exo β葡聚糖酶，內(nèi)切β葡聚糖酶和β葡萄糖苷酶。纖維素酶反應(yīng)不同于一般的酶反應(yīng)。一般來說，纖維素酶是一種多組分的酶系統(tǒng)，底物結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，它可以被定義為酶的一個家族。商業(yè)纖維素酶制劑通常還包括半纖維素酶。簡而言之，在纖維素酶的作用下，纖維素被水解成小的纖維素低聚糖，然后轉(zhuǎn)化為葡萄糖，纖維素酶的最佳pH值一般為4.5～6.5。由于大部分植物細胞壁的組成物質(zhì)是果膠和纖維素等其他多糖類物質(zhì)相互作用，一起組成細胞壁，因此單獨使用一種酶的效果并不理想。纖維素酶加入后，果膠酶和纖維素酶具有相互協(xié)同作用。實驗表明，纖維素酶和果膠酶的聯(lián)合使用可以提高菠蘿汁的產(chǎn)量和澄清度（Pal & Khanum，2011）。纖維素酶和果膠酶在提取和澄清果汁中起著至關(guān)重要的作用。使用纖維素酶作為起協(xié)同作用的多組分酶系可以提高果汁加工工藝的性能，節(jié)省原料，提高果汁的穩(wěn)定性和質(zhì)地。它還可以有效地降低來自杏子和木瓜等熱帶水果的果泥的粘度。不同酶活性的果膠酶、纖維素酶和花青素酶復(fù)合酶處理黑莓汁比無酶對照組增加11.33%～13.8%的出汁率（Wang，Xu，& Jin，2009）。果汁在生產(chǎn)過程中必須經(jīng)過超濾，通過這一過程來過濾掉不需要的雜質(zhì)，但是果膠物質(zhì)使果漿粘度增加，阻礙了過濾膜的過濾效率，在加入纖維素酶后，能夠使果膠類物質(zhì)分解，加快了過濾效率，而且還可以降低超濾膜的損耗。然而，與果膠酶不同的是，果膠酶經(jīng)常被用于果汁生產(chǎn)，纖維素酶在某些國家地區(qū)是不允許的使用的，例如歐盟。

3.1.3 淀粉酶

酶來源于細菌和真菌，而淀粉酶存在于人類唾液中，這是人類化學(xué)消化的第一步。在果汁加工中，一些水果通常在未成熟的條件下收集并在低溫下儲存一段時間。長期低溫貯存后，果肉中會含有大量的淀粉。淀粉會使果汁不均勻和分層。真菌復(fù)合物α淀粉酶是工業(yè)中常見的淀粉酶。這種酶能迅速切斷淀粉糊精、糖原、寡核苷或多糖等底物分子α-1.4葡萄糖苷鍵，形成較多的麥芽糖和少量麥芽三糖、葡萄糖等低聚糖。淀粉處理是蘋果汁加工，因為未成熟的蘋果含有高百分比的淀粉（約15%），并且淀粉顆粒會與果肉中的其他鄰近分子形成氫鍵，氫鍵會阻止淀粉水解。因此，淀粉顆粒的滲透阻力增強，難以降解。淀粉酶可以有效地降解蘋果汁中的淀粉顆粒，特別是當(dāng)它們作用于糊化淀粉時。這是縮短處理時間的有效方法（Carr??n，Ceci，& Lozano，2004）。淀粉酶的應(yīng)用也避免了老化淀粉的產(chǎn)生。在實際生產(chǎn)中，要生產(chǎn)出高質(zhì)量的果汁，保證果汁的產(chǎn)量，不同種類的酶的作用都不容忽視。幾種酶通常一起使用。

3.2 酶在果汁工藝優(yōu)化中的應(yīng)用

與機械粉碎榨汁相比，酶處理果汁具有更多優(yōu)勢。為了確保果汁生產(chǎn)過程的優(yōu)化，在實際生產(chǎn)中使用了組合酶（果膠酶，纖維素酶和淀粉酶的組合）。聯(lián)合酶的應(yīng)用不僅可以軟化細胞組織，提高果汁恢復(fù)，還可以釋放細胞的內(nèi)容物（Rebello et al.，2017）。水果的種類很多，不同類型的酶適用于不同果肉的酶促反應(yīng)。不同的果汁對其工藝效果有不同的評價指標(biāo)。除了果汁收率和濁度外，一些果汁還需要考慮花青素含量、葡萄糖、山梨糖、果糖等營養(yǎng)指標(biāo)以及K，Zn等對人類身體有益的元素含量，以提高產(chǎn)品的競爭力，獲得消費者認可。同時，酶解工藝條件的參數(shù)如不同酶的濃度、酶解溫度、酶解時間和pH值對不同果肉有不同程度的影響。香蕉汁在不同條件下用不同濃度的混合酶處理時發(fā)現(xiàn)，香蕉汁的過濾性、粘度和透明度與酶濃度、反應(yīng)時間和溫度顯著相關(guān)（Lee，Yusof，Hamid，& Baharin，2006）。

實際生產(chǎn)中，可以根據(jù)不同果實品種的具體條件和成熟度選擇合適的酶制劑，并可以使用合適的工藝條件處理果肉，從而可以達到滿意的效果。許多研究選擇了正交試驗、響應(yīng)面試驗等一定的工藝優(yōu)化方法，以及相應(yīng)的評價指標(biāo)和效果，篩選出合適的酶解條件，獲得了不同果蔬汁酶解的最佳工藝，具有行業(yè)指導(dǎo)性。

3.3 酶在對果汁感官的改善

果汁的感官品質(zhì)，如顏色、風(fēng)味和香氣，決定了它的質(zhì)量。要避免果汁在生產(chǎn)加工中感官品質(zhì)的損失，才能獲得更高的經(jīng)濟價值。為了優(yōu)化工藝，酶在果汁加工中的應(yīng)用不僅僅是果膠酶、纖維素酶和淀粉酶，而是組合酶。非酶促褐變是一種化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)常發(fā)生在果汁的儲存和加工過程中。非酶促褐變導(dǎo)致果實果肉和果實顆粒在儲存一定時間后絮凝析出。而且，在褐變反應(yīng)過程中，經(jīng)常產(chǎn)生帶有熒光的中間體，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，對原汁的顏色和外觀有一定的影響，甚至導(dǎo)致成品丟失。葡萄糖氧化酶的應(yīng)用可以有效防止果汁的氧化，抑制果汁的褐變。它對延長產(chǎn)品的保質(zhì)期和保持果汁的風(fēng)味具有顯著作用。同時，葡萄糖氧化酶與增效劑聯(lián)合使用，具有較好的抗氧化和褐變抑制作用。研究表明，葡萄糖氧化酶在低溫下能有效緩解百香果中花青素的降解效率（Weber & Larsen，2017）。

柑橘類水果具有很高的營養(yǎng)價值，基于它們的柑橘汁富含維生素C和鉀等礦物質(zhì)。它們用于預(yù)防某些疾病，維持心肌功能，降低血壓起著重要作用（Ribeiro et al.，2010）。然而，柑橘汁含有檸檬苦素，柚皮苷等物質(zhì)，這些物質(zhì)會導(dǎo)致果汁的苦味。一種能夠代謝檸檬苦素的酶，例如柚皮苷酶，可用于將其轉(zhuǎn)化為非苦味產(chǎn)品，以清除果汁的苦味。聚半乳糖醛酸酶也是一種應(yīng)用于果汁過程中的常見酶，可用于果汁中淀粉和果膠的水解，效果優(yōu)于單獨淀粉酶和果膠酶。由于果汁中存在多酚，水果在加工過程中容易發(fā)生酶促反應(yīng)并變黑，從而影響果汁的顏色。用漆酶處理果汁可以使果汁的顏色更穩(wěn)定，多種酶的聯(lián)合作用可以改善果汁的口感。

4.總結(jié)

混合酶的應(yīng)用是當(dāng)前食品加工技術(shù)的常見部分。它可以節(jié)省成本和時間，降低果肉的濁度和粘度，提高果汁的質(zhì)量，增加果汁的產(chǎn)量。長期以來，人們一直將果膠酶應(yīng)用于果汁生產(chǎn)，利用其分解果膠，瓦解植物的細胞壁和胞間層，使榨取果汁變得容易，果膠酶對提高果汁產(chǎn)量和透明度有明顯的影響。而纖維素酶和淀粉酶在果汁質(zhì)量中也占據(jù)一定作用，提高果汁的收率和澄清度，通過纖維素酶和果膠酶的協(xié)同作用，提高水果出汁率，降低了生產(chǎn)成本。隨著人們對果汁質(zhì)量要求的不斷提高，果汁的生產(chǎn)技術(shù)越來越先進，用酶法提高果汁質(zhì)量得到了越來越多人的認可。隨著酶技術(shù)的提高，人們發(fā)現(xiàn)了更多優(yōu)秀的酶種，酶純化技術(shù)也越來越成熟，越來越多的不同功能的酶將用于食品工業(yè)。