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行業新聞

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纖維素酶的研究進展及在飲料生產中的應用
時間:2023-01-06
     隨著人們生活水平的不斷提高, 純天然、高果汁含量的飲料成為行業發展的新趨勢。
     水果中富含纖維素且不易水解, 其結晶狀剛性結構加大果汁加工難度。纖維素易被專性纖維素酶水解, 所以纖維素酶的研究成為飲料生產中的關注熱點。

     來源于黑曲霉(Aspergillus niger)的半纖維素酶(hemicellulase)和纖維二糖酶(cellobiase); 來源于黑曲霉、里氏木霉(Trichoderma reesei)、綠色木霉(Trichoderma  viride)等的纖維素酶(cellulase)在 GB 2760-2014 中允許使用。隨著人們對食品安 全的期望越來越高, 纖維素酶高安 全性在食品加工中有著大優勢。


     1纖維素酶的結構
     纖維素酶是由多種水解酶組成的一個復雜酶系, 主要由葡萄糖內切酶、葡萄糖外切酶、β-葡萄糖苷酶3種酶組成(見表 1)。要把纖維素分子降解成葡萄糖, 需要3種酶共同作用完成。
     2纖維素酶在果汁飲料中的應用
     2.1 柑橘汁生產中的應用 
     由于柑橘味道酸甜可口, 富含維生素C、葉酸和鉀, 對人體健康有重要作用。但柑橘囊衣富含纖維素和有苦味的苷類物質, 簡單的直接榨汁技術不能滿足人們對柑橘汁品質的要求, 利用纖維素酶水解柑橘囊衣中的纖維素可得到完整的柑橘囊胞,生產污染遠遠小于傳統生產工藝。 
     Baker研究表明, 柑橘果皮和果肉之間的黏附作用與果膠、纖維素和半纖維素有關。
     Ben-Shalom利用纖維素酶水解柑橘內果皮中的囊衣部分,柑橘汁出汁率高且保持柑橘原有的味道和品質。 
     2.2 草莓汁生產中的應用 
     草莓富含多種天然營養物質且口感酸甜, 深受人們喜愛。但草莓結構松軟,破碎以后草莓漿黏度太大且漿渣不易分離導致草莓汁得率低。
     一般工廠會采用果膠酶預處理原料,但國內果膠酶多為單一酶, 且主要用于果汁的脫膠和澄清等方面,不能充分釋放出果漿中大量營養性可溶物, 影響草莓汁的營養價值。
     萬日余等采用綠色木霉菌株 YV95os 生產的纖維素酶制劑應用于草莓果汁加工與傳統生產工藝相比,出汁率提高9.2%,壓榨時間縮短15 min, 提高草莓汁的生產效率。
     為降低草莓果汁中纖維素的聚合度、結晶度,增加纖維素的可及度、提高纖維素的反應活性可對果汁進行超聲或酯化預處理。
     2.3 芒果汁生產中的應用 
     芒果含有豐富多種營養物質,且香甜可口是世界五大水果之一, 素有熱帶水果王的美稱。但芒果采收期短、含水量高, 鮮果易腐敗變質。芒果汁是芒果深加工的主要產品形式。由于芒果富含可食性纖維和果膠,導致 果漿黏度大、出汁率不高; 纖維素酶和果膠酶水解果漿中的纖維素與果膠降低了果漿的黏度、提高出汁率。
     Sreenath 等研究了纖維素酶和果膠酶對降低芒果漿黏度的影響, 發現丹麥產的 Ultrazym100 對芒果漿黏度的降低效果好,可使黏度降低82%, 果膠酶和纖維素酶同時使用時能將出汁率提高 8%~10%。
     李昌寶等以“象牙”芒果為原料,用纖維素酶和果膠酶對果漿進行處理,當果膠酶添加量0.01%、纖維素酶添加量0.007%時, 芒果的出汁率高可達 71.15%。 
     2.4 菠蘿汁生產中的應用 
     菠蘿多汁且味道酸甜可口,富含多種營養物質深受消費者喜愛。但是,菠蘿生產季節性強,收獲期較為集中,含水量高, 呼吸強度大,在貯藏、運輸過程容易腐爛變質。
     菠蘿汁加工是菠蘿深加工的重要生產方式。但現有的菠蘿汁加工無法得到澄清菠蘿汁。而引起菠蘿汁渾濁的主要物質是纖維素和果膠物質。陳渝等研究了果膠酶和纖維素酶對菠蘿汁澄清效果,未經處理的菠蘿汁在20℃時的透光性為40%, 在30℃條件下使用8.84 U/100 mL果膠酶、42.13U/100 mL纖維素酶處理菠蘿汁40 min可得到透光性為87%的果汁。 
     2.5 牛心柿汁生產中的應用 
     牛心柿果富含多糖、纖維素、有機酸及礦物質和人體需氨基酸,具有很高的食用價值和藥用價值。
     但柿果中富含纖維素和多糖類物質,果漿黏度大。工業榨汁機械擠壓果漿出汁率低,產品質量差。采用纖維素酶處理柿果果漿,能夠大大減少果漿中的纖維素含量,使果漿黏度降低。 
     王軍等采用陜西牛心柿為原料在50℃條件下用0.20%的果膠酶和0.03%纖維素酶對牛心柿果漿處理5h出汁率為74.9%。
     3展望
     在食品加工中, 利用纖維素酶預處理水果原料生產果汁飲料相對于傳統的水果飲料加工不僅減少了水果營養的損失,改善了口感,更利于消化吸收,節約了加工時間和成本, 減少環境污染等。
     同時,纖維素酶的利用不僅僅只使用在水果的深加工方面,在發酵、釀造及新型能源的開發研究上也有使用。并且利用纖維素酶把纖維素廢渣回收利用變廢為寶是開辟食品工業的原料來源的未來發展方向之一。 
     目前纖維素酶已經廣泛地應用在包括食品在內的各個不同行業。纖維素酶的生產大的瓶頸問題是菌種的產酶條件優化以及工業生產中酶活不高且耐酸堿性差。
     采用誘變育種結合基因工程等手段有望逐步解決此類問題。而探究多種微生物協同作用來降解纖維素,有針對性的選擇酶種類和復配酶來提高產品品質也是纖維素降解菌劑發展的趨勢。
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