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(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。

水果中富含纖維素且不易水解, 其結(jié)晶狀剛性結(jié)構(gòu)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(chǎn)中的關(guān)注熱點(diǎn)。

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(duì)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極大的優(yōu)勢(shì)。

01 纖維素酶的結(jié)構(gòu)

纖維素酶是由多種水解酶組成的一個(gè)復(fù)雜酶系, 主要由葡萄糖內(nèi)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。

02 纖維素酶在果汁飲料中的應(yīng)用

2.1 柑橘汁生產(chǎn)中的應(yīng)用

由于柑橘味道酸甜可口, 富含維生素C、葉酸和鉀, 對(duì)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(zhì), 簡單的直接榨汁技術(shù)不能滿足人們對(duì)柑橘汁品質(zhì)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(chǎn)污染遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)生產(chǎn)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(guān)。

Ben-Shalom利用纖維素酶水解柑橘內(nèi)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(zhì)。

2.2 草莓汁生產(chǎn)中的應(yīng)用

草莓富含多種天然營養(yǎng)物質(zhì)且口感酸甜, 深受人們喜愛。但草莓結(jié)構(gòu)松軟,破碎以后草莓漿黏度太大且漿渣不易分離導(dǎo)致草莓汁得率極低。

一般工廠會(huì)采用果膠酶預(yù)處理原料，但國內(nèi)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(yǎng)性可溶物, 極大影響草莓汁的營養(yǎng)價(jià)值。

萬日余等采用綠色木霉菌株 YV95os 生產(chǎn)的纖維素酶制劑應(yīng)用于草莓果汁加工與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝相比,出汁率提高9.2%,壓榨時(shí)間縮短15 min, 提高草莓汁的生產(chǎn)效率。

為降低草莓果汁中纖維素的聚合度、結(jié)晶度,增加纖維素的可及度、提高纖維素的反應(yīng)活性可對(duì)果汁進(jìn)行超聲或酯化預(yù)處理。

2.3 芒果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用

芒果含有豐富多種營養(yǎng)物質(zhì),且香甜可口是世界五大水果之一, 素有熱帶水果之王的美稱。但芒果采收期短、含水量高, 鮮果極易腐敗變質(zhì)。芒果汁是芒果深加工的主要產(chǎn)品形式。由于芒果富含可食性纖維和果膠,導(dǎo)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(duì)降低芒果漿黏度的影響, 發(fā)現(xiàn)丹麥產(chǎn)的 Ultrazym100 對(duì)芒果漿黏度的降低效果最好,可使黏度降低82%, 果膠酶和纖維素酶同時(shí)使用時(shí)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(duì)果漿進(jìn)行處理,當(dāng)果膠酶添加量0.01%、纖維素酶添加量0.007%時(shí), 芒果的出汁率最高可達(dá) 71.15%。

2.4 菠蘿汁生產(chǎn)中的應(yīng)用

菠蘿多汁且味道酸甜可口,富含多種營養(yǎng)物質(zhì)深受消費(fèi)者喜愛。但是,菠蘿生產(chǎn)季節(jié)性強(qiáng),收獲期較為集中,含水量高, 呼吸強(qiáng)度大,在貯藏、運(yùn)輸過程容易腐爛變質(zhì)。

菠蘿汁加工是菠蘿深加工的重要生產(chǎn)方式。但現(xiàn)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(zhì)是纖維素和果膠物質(zhì)。陳渝等研究了果膠酶和纖維素酶對(duì)菠蘿汁澄清效果,未經(jīng)處理的菠蘿汁在20℃時(shí)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(chǎn)中的應(yīng)用

牛心柿果富含多糖、纖維素、有機(jī)酸及礦物質(zhì)和人體必需氨基酸,具有很高的食用價(jià)值和藥用價(jià)值。

但柿果中富含纖維素和多糖類物質(zhì),果漿黏度大。工業(yè)榨汁機(jī)械擠壓果漿出汁率低,產(chǎn)品質(zhì)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(duì)牛心柿果漿處理5h出汁率為74.9%。

03 展望

在食品加工中, 利用纖維素酶預(yù)處理水果原料生產(chǎn)果汁飲料相對(duì)于傳統(tǒng)的水果飲料加工不僅減少了水果營養(yǎng)的損失,改善了口感,更利于消化吸收,節(jié)約了加工時(shí)間和成本, 減少環(huán)境污染等。

同時(shí),纖維素酶的利用不僅僅只使用在水果的深加工方面,在發(fā)酵、釀造及新型能源的開發(fā)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(yè)的原料來源的未來發(fā)展方向之一。

目前纖維素酶已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在包括食品在內(nèi)的各個(gè)不同行業(yè)。纖維素酶的生產(chǎn)最大的瓶頸問題是菌種的產(chǎn)酶條件優(yōu)化以及工業(yè)生產(chǎn)中酶活不高且耐酸堿性差。

采用誘變育種結(jié)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(xié)同作用來降解纖維素,有針對(duì)性的選擇酶種類和復(fù)配酶來提高產(chǎn)品品質(zhì)也是纖維素降解菌劑發(fā)展的趨勢(shì)。