试析果胶酶的生产和应用

2021-08-15＊吴婕

当代化工研究 2021年15期

＊吴婕

（淮北师范大学信息学院安徽 235000）

随着人们物质生活水平的提高，消费结构的转变，果品成为了人们日常生活中必不可少的一种营养物质。我国的果品资源极为丰富，每年的果品产量排名世界第一。虽然果品本身的营养种类非常丰富，含水量较高，但是也很容易受到微生物的腐蚀，所以无法长时间的保存。为了将我国果品资源极为丰富的优势充分利用起来，增强我国农产品的国际竞争力，非常有必要加大果品加工业的发展力度。但是，在果品加工领域的发展过程中，还存在着很多问题。例如，果汁的澄清、果实的脱皮以及果品加工中香气成分和营养物质的损耗等。要想解决这些问题，除了要对现有的果品加工工艺进行改善之外，还需要对果胶酶进行有效的应用。

1.果胶酶的相关概述

(1)果胶酶的定义

果胶酶，指的是能够分解果胶物质的多种酶的总称[1]。是现阶段果汁生产过程中必不可少的一种酶制剂，在果汁的提取与澄清、果汁通量的优化等方面有着广泛的应用。目前，果胶酶一般以灰白色或者微黄色粉末状态存在，也有少量呈棕黄色液体状态。果胶酶的来源渠道非常广泛，从微生物、植物以及动物中，都可以提取出果胶酶。目前，市场上流通的食品级果胶酶，主要来源于黑曲霉的代谢产物。

(2)果胶酶的分类

①原果胶酶（PG）。这种果胶酶可以将原本不溶性的原果胶进行分解，使其转化为水溶性的果胶。按照原果胶酶的作用方式，又可以将原果胶酶细分为两种，即外切酶和内切酶。利用苯酚-硫酸法将溶液中原果胶所释放出的果胶物质含量测定出来，最终测定值就是原果胶酶的活力。

②果胶酯酶（PE）。这种果胶酶的主要作用就是促进脱脂化作用。即将半乳糖醛酸主链上的甲基进行脱除，并释放出甲醇和果胶酸酯。

③果胶水解酶（PH）。这种果胶酶又可以细分为以下六种：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果胶裂解酶（PL）。这种果胶酶是在反式消去作用下，对果胶聚合体进行裂解而成的一种果胶酶。按照作用机理与底物的差异，又可以将其细分为以下几种：内切聚半乳糖醛酸裂解酶、外切聚半乳糖醛酸裂解酶、内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)果胶酶的作用方式

果胶酶是一种复合酶，主要作用就是裂解果胶质中的糖苷键，或者以β消除作用将果胶质中的糖苷键进行切断，使果胶质转换成多聚半乳糖醛酸[4]。其作用方式，如图1所示。

图1 果胶酶的作用方式

2.果胶酶的生产研究

(1)产酶菌株

从动物或者植物中提取果胶酶，最终的提取量非常少，所以从微生物中提取是最主要的果胶酶生产方式。目前，针对从微生物中提取果胶酶的研究，主要集中在菌株培育条件和发酵底物的选择方面。要想保证果胶酶的顺利生产，第一步就是要成功培育出合适的微生物。果胶酶产生菌主要以真菌和细菌为主。其中，真菌中的曲霉属，和细菌中的假单胞菌属、黄单胞菌属、芽孢杆菌属等，都能够产生出大量的果胶酶[5]。

近几年来，国内外在果胶酶的研究当中，还是关注菌株的培育。也就是说，国内外的学者开始研究采取何种措施才能够提高菌株的产酶量。但是，这些学者将主要精力都集中到了菌种的选育方面，并最终决定使用紫外线、亚硝基胍、亚硝酸等理化诱变育种[6]。这些菌种在诱变后，酶活力得到了明显的提高。另外，黑曲霉是一种安全性较强的真菌，所以国内外专家学者针对黑曲霉的研究也比较深入，并同时研究得出温度为30℃，起始pH值为6.5的环境是最佳的果胶酶生产环境。

(2)微生物发酵产果胶酶

将果胶质添加到微生物培养基中，可以对微生物产生诱导作用，使其成功合成果胶酶。但是，在应用这种方法生产果胶酶的过程中，为了控制生产成本，会将果胶制剂替换成植物组织，例如果渣、果皮、麸皮以及豆粕等。

目前，果胶酶的发酵生产工艺主要有两种，一种是固态发酵生产工艺，另一种是液态发酵生产工艺。首先，固态发酵生产工艺，是我国最主要的果胶酶生产方式。这种生产工艺的发酵底物以农业废弃物或者农产品加工副产物为主，原料成本很低。另外，采购生产设备的成本也比较低。其次，液态发酵生产工艺，是一种自动化、连续化的生产工艺。但是其最终生产出来的果胶酶活力却偏低。

3.果胶酶的应用研究

（1）果胶酶在果汁加工中的应用。果胶酶在果汁加工领域中的应用非常广泛。首先，果胶酶的应用，可以对水果中的胶状物质和可溶性果胶进行水解，降低果汁的黏度，提高出汁率。其次，在对水果进行沉淀、过滤或者离心处理的时候，果胶酶的应用，可以对果汁中悬浮物的稳定性产生破坏，使其进行凝聚沉淀，进而达到果汁澄清的效果。再次，在超滤膜处理过程中，果胶酶的应用还可以明显减少超滤时间，提高果汁的超滤通量，增强果汁的稳定性。这样一来，即便是果汁经过浓缩，也不会再次出现浑浊问题。而且，浓缩后的果汁中的营养成分更高。目前，果胶酶已经在苹果汁生产、柑橘汁生产以及枇杷汁生产中得到广泛的应用。

（2）果胶酶在食品行业中的应用。果胶酶在食品行业中的应用，主要体现在以下三方面。首先，将碱性果胶酶微生物应用到咖啡发酵过程中，不仅可以将咖啡豆的黏表皮进行有效的去除，还可去除果胶质含量较多的果肉状表层。另外，对纤维素酶与半纤维素酶之间的协同作用加以利用，还可以明显加快咖啡豆黏表皮的降解速度。其次，将碱性果胶酶应用到茶叶加工中，也可以明显加快茶叶的发酵速度。但是，在应用碱性果胶酶的时候，必须要对酶剂量进行严格的控制，避免对茶叶产生破坏。最后，以碱性果胶酶为代表的细胞壁降解酶，还可以应用到榨取植物油的过程当中。例如，将碱性果胶酶添加到橄榄油榨取过程中，就可以通过破坏其乳化作用的果胶来实现植物油收率的提高。

（3）果胶酶在纺织行业中的应用。果胶酶在纺织行业中的应用，主要体现在以下两方面。首先，在棉纤维精炼中，碱性果胶酶的应用可以有效水解棉纤维上的果胶物质，并释放出非纤维素类的杂质，进而提高棉纤维的湿润度，保证棉纤维的强度。与传统的棉纤维精炼技术相比，在保证棉纤维湿润度相同的情况下，应用了果胶酶的精炼技术，成本更加低廉，且颜色与移染性差异也不明显。而且，碱性果胶酶在棉纤维精炼中的应用，还表现出了明显的环境友好性，即不仅具有相对安全的作业环境，整个作业过程产生的能耗也较低。其次，碱性果胶酶在植物韧皮纤维脱胶中的应用，可以在不损害麻类纤维的情况下，将与纤维黏着的胶类物质进行快速的去除，且表现出了以下三方面的优势：第一不会对植物纤维产生破坏；第二不会对周围的生态环境产生污染；第三可以对各种能源资源进行有效的节约。

（4）果胶酶在造纸行业中的应用。在热磨机械纸浆过程中，真叶木原料中的溶解性胶体物质会被释放出来。这些胶体物质的成分以果胶或聚半乳糖醛酸为主，如果不对其进行去除，整个造纸过程的过滤环节将会出现各种各样的问题。而碱性果胶酶的应用，就可以利用其特点对果胶或者聚半乳糖醛酸进行彻底的降解，进而为纸浆质量的提升提供保证。

（5）果胶酶在环境领域中的应用。在柑橘、蔬菜等物质的加工制作过程中，必然会产生大量的废水。而这些废水中，就存在着大量的果胶。如果使用传统的处理方法，需要经过一系列复杂流程，不仅处理成本较高、处理时间较长，还有可能对环境产生严重的污染。如果将碱性果胶酶或者碱性果胶酶微生物直接添加到废水当中，就可以对废水中的果胶进行直接分解，不仅处理效果好、处理成本低，还不会对环境产生影响。

（6）果胶酶在饲料添加剂中的应用。在饲料生产过程中，碱性果胶酶可以与纤维素酶、半纤维素酶混合在一起，对植物细胞壁中的果胶和纤维进行降解，并成功释放出蛋白质、维生素、淀粉等物质，使饲料的营养价值得到提升。另外，将碱性果胶酶添加到饲料中，还可以对饲料的黏度进行调整，提升动物对饲料营养物质的吸收效果。

（7）果胶酶在洗涤剂中的应用。在洗涤领域中，如果底物被食品污垢所污染，要想将这些食品污垢彻底去除，具有一定的难度。尤其是水果与蔬菜汁形成的干涸污渍，去除难度非常大。如果将碱性果胶酶添加到洗涤剂中，则可以有效增强洗涤剂的去污能力，将食品污垢从底物上彻底的去除。