果蔬汁制造工艺的研究进展

果蔬汁制造工艺的研究进展

0微生物的应用水果和蔬菜是人类的重要食品。自古人类就开始用简单的方法如挤压、浸提等方法获得果蔬汁,但由于不了解果蔬汁易败坏的原因,当时也只限于饮用前直接制造。直至二十世纪三十年代,果蔬汁制造工艺取得重大进展,例如,Schmitthenner发明了无菌过滤工艺,即在常温下分离微生物的工艺;Mehlitz研究了酶法澄清工艺并迅速投入实际应用。二战以后,无论是在美国还是在所有欧洲国家,果蔬汁饮料工业都是发展最为迅速的工业之一。从二十世纪六十年代开始,第三世界各国的果蔬汁饮料的产量也迅速增加。目前,果蔬汁已发展成为世界食品市场重要的组成部分。近年来,随着果蔬汁加工业的兴起,人类已开发出应用于果蔬汁中的多种酶类,如果胶酶、果胶酯酶、纤维素酶、鼠李糖苷酶、中性蛋白酶、半乳甘露聚糖酶、液化葡萄糖苷酶等,其中使用最多的是果胶酶。1酯化果胶lactin对溶液粘度的影响果胶酶(ExogenousPecticEnzymes)主要由黑曲霉(Aspergillusniger)产生,按作用方式的不同分为两大类,酯酶(Pectinesterase)和解聚酶(DepolymerizingEnzymes),后者包括水解酶(Hydrolases)和裂解酶(Lyases)。果胶酯酶(PE,EC3.1.1.11)随机切除甲酯化果胶中的甲基,产生甲醇和游离羧基,也可水解乙酯,但其水解速度只有去甲酯的3%~13%,属于水解酶类。PE对于果胶溶液的粘度几乎没有影响。解聚酶(DepolymerizingEnzymes)包括聚半乳糖醛酸酶(Polygalacturonase,PG)和裂解酶(PectinLyases)。PG可分为外切型(Exo-PG)和内切型(Endo-PG)。Exo-PG(EC3.2.1.67)从聚半乳糖醛酸链的非还原端切除1-2个半乳糖醛酸残基。Endo-PG(EC3.2.1.15)只能裂开和游离羧基相邻的糖苷链,能迅速降低底物的粘度,其最佳的作用底物是果胶酸。裂解酶由β消去反应裂解α-1,4糖苷键,在反应产物的非还原端残基C-4与C-5之间产生一个双键,在235nm处产生光吸收。2果胶的填充物和浓度果蔬汁加工时首先将植物细胞壁破坏,大多数植物细胞壁主要由纤维素、半纤维素和果胶等组成,其中果胶随成熟度的增加,酯化程度也较高,而且是影响出汁率的主要因素之一。果胶在植物中作为一种细胞间隙填充物而存在。它是由半乳糖醛酸α-1,4键联接而成的聚合物,其羧基大部分与甲醇发生甲酯化而形成果胶酸,果胶在酸性及高浓度糖存在下形成凝胶的性质用于生产果冻、果酱,但在果蔬汁加工中却导致压榨与澄清发生困难,而采用果胶酶则解决了这个问题。果胶酶作为果蔬汁生产中最重要的酶之一,已被广泛应用于果蔬汁的工业生产,以提高生产效率和产品的质量。2.1果胶制备工艺浆果类水果、胡萝卜等的细胞壁和细胞膜由果胶、纤维素、淀粉、蛋白质等物质构成,破碎后的果泥十分粘稠,压榨取汁非常困难。加入果胶酶能催化果胶解聚。细胞壁降解的第一阶段,由endo-PG和PL有限降解中层的可溶性果胶,使组织崩溃,细胞分离,细胞壁基本保持完整的细胞悬浮在粘度较高的介质中。在endo-PG+PE和/或PL作用下进一步降解可溶性果胶和胞壁果胶,有利于压榨取汁。用果胶分解酶处理果浆可以有效降低粘度,改善压榨性能,提高出汁率、可溶性固形物含量,同时有利于后续的澄清、过滤和浓缩工序。不同的果蔬出汁率可提高10%~35%不等,因不同种类的果胶含量不同而不同,也因压榨的方法不同而不同。1986年Steinbuch等人发表了用酶法液化工艺处理蔬菜和水果的研究报告。他们用甜菜、芹菜、和胡萝卜进行了试验。甜菜中含有大量天然色素甜菜红,用这种工艺既能提高出汁率,又大大地减少了色素的损失。酶法液化工艺制得的胡萝卜汁的出汁率高达86%,胡萝卜素含量为9.3mg/100g,而传统工艺的出汁率为48%,胡萝卜素含量为5.6mg/100g。用此工艺制得的芹菜汁的出汁率高达79%,而传统工艺的出汁率为49%。1987年,Nani等人发表了酶法制造澄清梨原汁的试验报告。与传统澄清梨原汁制造工艺相比,这种方法使出汁率从78%提高到89%,使含酸量(折合成苹果酸含量)从0.17g/100g增加到0.27g/100g。大量实验证明,将果胶酶应用于果蔬汁加工中能显著提高出汁率,增加饮料产量。2.2果胶酯酶系统果胶酶作用于果蔬汁时,除降低粘度外,还可产生絮凝作用,使果蔬汁澄清。澄清机理的实质包括果胶的酶促水解和非酶的静电絮凝两部分。新加工的果蔬汁一般是稳定的胶体系统,其主要稳定因素是果胶,果胶的粘性对胶体起保护作用,也能阻止果蔬汁蛋白与带相反电荷的多酚物质或悬浮颗粒发生反应而沉降。当果蔬汁中的果胶酶作用部分水解,使体系粘度下降,胶体失去了稳定性,使原来被包裹在内部的带正电荷的蛋白质颗粒暴露出来,与其它带负电荷的粒子相撞,就导致絮凝的发生。许多商品果胶酶制剂可用于苹果汁的澄清。研究结果表明,当加入内切-聚半乳糖醛酸酶和果胶酯酶混合制剂,使果胶中30%的酯键和5%的糖苷键被水解时,苹果汁就能达到充分澄清。实验证明,在苹果汁中添加0.07%的果胶酶制剂,在45℃下反应2h,过滤后可得到透光率达95%左右、吸光度为0.15的透明果汁。2.3果胶酶提高超滤系统的生物处理能力利用超滤技术生产清汁及浓缩清汁在果蔬汁加工业中越来越流行。超滤比传统的过滤速度快、效果好,但它的主要缺点是由于果蔬汁中大量糖的存在,在超滤过程中会使超滤系统产生次生覆膜,降低了超滤通量。加入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,增加了产量。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,超滤膜难以清洗。用果胶酶对超滤膜清洗与化学方法相比,其优点是能100%地进行生物分解,它们可以在最佳的pH、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,增加产量,节省能源。因此,超滤技术与酶技术配合对超滤作用的发挥至关重要。2.4果胶酶处理前后果蔬原料组分含量的变化利用果胶酶生产果蔬汁不仅提高了出汁率,而且保留了果蔬汁中的营养成分。首先果蔬汁的可溶性固形物含量明显提高,而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组成,果蔬汁中的胡萝卜素的保存率也明显提高。ChangTung-sun等对果胶酶处理果汁的研究表明,酶处理后的果汁的葡萄糖、山梨糖和果糖含量显著提高,蔗糖含量略有下降,总糖含量上升。甜玉米、胡萝卜的试验有相似的结果。此外,由于果胶的脱酯化和半乳糖醛酸的大量生成,造成果汁的可滴定酸度上升,pH下降。芳香物质含量也有明显提高,经果胶酶处理后的葡萄汁,各种酯类、萜类、醇类和挥发性酚类含量提高,葡萄汁的风味更佳。由于细胞壁的崩溃,类胡萝卜素、花色苷等大量色素溶出,大大提高了果蔬汁的外观品质。K、Na、Ca、Zn等矿物质元素含量也有较大提高。2.5粗果胶酶处理含有纤维素和半纤维素的粗果胶酶制剂能够作用于果实皮层,使之细胞分离、结构破坏而脱落。如柑桔囊衣、莲子肉皮和大蒜膜层经粗果胶酶处理后,可以