Пектиназа - это общий термин для группы ферментов, которые катализируют распад пектиновых веществ. Пектиновые вещества обычно содержатся в высших растениях, таких как овощи, фрукты, кукуруза, соя и т. д., и являются одним из компонентов некрахмальных полисахаридов.

Пектиназа, разлагающая пектиновые вещества, играет важную роль в промышленном производстве. В процессе обработки пектиназа эффективно разлагает полигалактуроновую и рамноловую кислоты в пектине и превращает их в сахар и другие полезные соединения, тем самым решая проблему порчи и ухудшения качества переработанных продуктов питания.

Являясь одним из четырех основных ферментных препаратов в мире, пектиназа широко используется в пищевой промышленности, например, для осветления соков, приготовления соков, пивоварения и экстракции масла. С быстрым развитием промышленности Китая растет и рыночный спрос на пектиназу, а ее прикладное значение неоценимо. В этой статье в основном рассматривается применение пектиназы в пищевой и других видах промышленного производства, чтобы обеспечить прочное теоретическое руководство для углубленного изучения и исследования пектиназы.

Обзор пектиназы

Пектиназа широко распространена в высших растениях и микроорганизмах. Согласно статистике, на долю микробной пектиназы приходится 25% от общего объема мировых продаж пищевых ферментов.

Зарубежные исследования пектиназы начались в 1930-х годах, а промышленное производство - в 1950-х. Отечественные исследования начались в 1967 году, а промышленное производство - в конце 1980-х. С развитием индустрии выращивания и переработки фруктов в Китае, разработка и применение пектиназы становятся все более глубокими.

В соответствии с различными способами образования галактуроновой кислоты, пектиназы можно разделить на протопектиназу, пектин-эстеразу и фермент расщепления пектина. Хорошо известно, что микробные ферменты подвержены влиянию таких факторов, как субстрат, температура, концентрация и рН, поэтому пектиназы также демонстрируют тонкие различия в зависимости от воздействия физических и химических факторов.

В соответствии с оптимальным значением pH пектиназы можно разделить на кислую и щелочную. В настоящее время изучается и применяется более кислая пектиназа, в основном используемая для выжимания фруктовых соков и осветления соков, действие фермента при оптимальном значении рН в кислотном диапазоне, изучение щелочной пектиназы может расширить сферу применения пектиназы.

Применение пектиназы в пищевой промышленности

С непрерывным развитием промышленности пектиназа привлекает все большее внимание рынка, особенно в пищевой промышленности, она широко используется, например, в осветлении сока, соковыжимании, пивоварении, ферментации чая и кофе, улучшении кормов для животных и т.д., что приносит большое удобство в производстве и жизни людей.

Осветление сока
Исследования пектиназного осветления фруктовых соков можно отнести к 1930-м годам, когда считалось, что основной причиной помутнения фруктовых и овощных соков является пектин; в то время как исследования принципа осветления фруктовых соков начались в 1960-х годах.

Исследователи предложили упрощенную модель пектиназного осветления яблочного сока, которая, по сути, включает ферментативный гидролиз пектина и неферментативную электростатическую флокуляцию.

Когда пектин во фруктовом и овощном соке частично гидролизуется под действием пектиназы, некоторые положительно заряженные частицы белка, заключенные в нем, обнажаются и сталкиваются с другими отрицательно заряженными частицами, а затем агрегируются, что приводит к флокуляции.

В процессе осаждения флокулянта пектиназа адсорбирует и опутывает другие взвешенные частицы в соке, которые могут быть удалены центрифугированием и фильтрацией, что позволяет достичь цели осветления.

Исследователи по применению пектиназы для осветления сахарного сока обнаружили, что сахарный сок в пектиноподобных веществах вызван взвесью коллоидных частиц сахарного сока, являющихся одним из основных триггеров; добавление пектиназы может быть специально гидролизовано пектиноподобными веществами, так что другие коллоидные вещества в системе из-за потери защитного эффекта пектина и выпадения осадка выпадают в осадок, чтобы достичь осветления сока.

Повышение выхода сока из фруктов и овощей
Общая клеточная стенка фруктов и овощей содержит большое количество пектина, целлюлозы, крахмала, белка и других веществ. После дробления мякоть становится очень вязкой, в результате чего отжать сок очень сложно и выход сока низкий, а ферментная технология позволяет преодолеть вышеперечисленные недостатки.

Пектиназа обычно используется для ускорения экстракции сока и аромата, а также для удаления пектина. Пектиназа не только катализирует деполимеризацию пектина, эффективно снижает вязкость, улучшает эффективность прессования, увеличивает выход сока и содержание растворимых сухих веществ, но и повышает содержание ароматических компонентов в соке, уменьшает образование выжимки и облегчает последующую переработку.

Сообщается, что использование ферментной технологии может увеличить выход сока из различных фруктов и овощей на 10% - 35%, причем конкретные значения зависят от содержания пектина в различных фруктах и овощах и различий в методах прессования. В процессе производства концентрата сока личи сотрудники обработали мякоть личи пектиназой для удаления нерастворимых твердых частиц и увеличения выхода сока, а полученный вакуумный концентрированный сок личи смог сохранить свои питательные и сенсорные качества в течение шести месяцев при температуре -20 ℃.

Используемые для повышения выхода сока из фруктов и овощей ферментные технологии обычно делятся на два вида: первый - технология пропитки пульпы, то есть в разбитую фруктово-овощную пульпу добавляют пектиназу, роль которой играет период времени после получения сока; второй - технология полного разжижения, то есть в пульпу добавляют пектиназу и целлюлазу, а затем используют оба синергетических эффекта клеточной стенки фруктов и овощей, насколько это возможно, чтобы полностью разложить.

Но технология разжижения легко приводит к ухудшению вкуса сока, его подрумяниванию и т.д., в то же время эта ферментная технология требует большего количества ферментных добавок, что увеличивает стоимость производства. Поэтому в реальном производстве эти две технологии часто используются в комбинации, чтобы значительно повысить выход фруктовых и овощных соков.

Улучшение качества вина
Использование пектиназы в виноделии позволяет увеличить экстракцию натуральных пигментов, улучшить цвет и вкус вина, усилить аромат вина, а также производить игристое вино, что играет важную роль в улучшении качества вина.

Исследователи изучают влияние пектиназы на основные компоненты красного вина, результаты показывают, что добавление пектиназы практически не влияет на содержание сахара и кислоты в виноградном соке, но может снизить вязкость сока, что способствует солюбилизации пигментов; образцы с добавлением пектиназы ферментируются более энергично и быстро, чем образцы без добавления пектиназы, и это может уменьшить количество образования летучих кислот, увеличить содержание сухого фильтрата в исходном вине и общее содержание фенола, а также улучшить качество вина.

Ферментация чая и кофе
Микроорганизмы, продуцирующие щелочную пектиназу, используются для удаления липкой кожицы кофейных зерен во время ферментации кофе, а щелочная пектиназа иногда добавляется для удаления поверхностного слоя, похожего на мякоть, который содержит большое количество пектина. Щелочные пектиназы также используются при переработке чая для увеличения количества фенольных веществ, улучшения качества чая и содействия его ферментации.

Исследователи отметили, что пектиназа может значительно улучшить качество черного дробленого чая и черного чая, в частности, может улучшить его скорость выщелачивания водой; может улучшить растворимый чайный порошок в процессе заваривания легко образует пену (Патент США 3787582); при обработке пектиназой чайного фильтрата, она может разрушить пектин, уменьшить растворимый чай, чтобы сформировать твердую пленку силы.

Кроме того, пектиназа может повысить растворимость чая в холодной воде, усилить аромат, улучшить цвет и прозрачность супа.

Добыча нефти
В процессе экстракции растительного масла важную роль играют ферменты, разрушающие клеточные стенки, в том числе щелочная пектиназа. Например, добавление щелочной пектиназы в экстракцию оливкового масла позволяет разрушить пектин, играющий роль в эмульгировании, и повысить выход масла, при этом полученное масло очень стабильно при хранении, а содержание полифенолов и витамина Е увеличилось.

Добыча натуральных продуктов
Пектиновые вещества в разной степени влияют или препятствуют высвобождению натуральных продуктов. В подходящих условиях растительные клетки подвергаются автолизу, могут также вырабатывать некоторые ферменты разложения (например, пектиназу), но это приводит к структурным изменениям в продуктах, подлежащих выделению, и даже к образованию некоторых небольших молекул, которые в большинстве случаев не способствуют выделению побочных продуктов.

Поэтому опора на собственную ферментную систему растительной клетки не способствует извлечению натуральных продуктов. Как правило, внутриклеточная ферментная система должна быть инактивирована и пассивирована при высокой температуре перед селективной обработкой ферментами. Обычно натуральные пигменты, такие как виноградный фиолетовый, томатный красный и редисочный красный, могут быть извлечены с помощью ферментативных методов, но используемая пектиназа не должна содержать антоцианиназу и другие различные ферменты, чтобы не повлиять на цвет определенных продуктов.

Кроме того, экстракты натуральных биологически активных веществ очень популярны на международном рынке, доля экспорта превышает объем экспорта традиционной китайской медицины и продолжает расти. Экстракты, которые могут быть получены с помощью пектиназы, включают: Экстракт гинкго билоба, концентрат чесночного масла, концентрат грибов, сироп женьшеня, экстракт дягиля, жидкость солодки и так далее.

Корм для животных
Пектиназа также может использоваться в качестве кормовой добавки для животных. Ее использование в кормопроизводстве для жвачных животных позволяет снизить вязкость корма, повысить усвоение питательных веществ и высвободить питательные вещества. Исследователи изучили влияние пектиназы на показатели роста и тушки бройлеров и отметили, что добавление препарата пектиназы к рациону из кукурузно-соевой муки может значительно увеличить среднесуточный прирост массы и потребление корма 21-дневными бройлерами, а также улучшить коэффициент конверсии корма.

Очистка сточных вод
В настоящее время проблема очистки сточных вод на заводах все еще нуждается в изучении. Например, сточные воды, образующиеся при производстве некоторых консервированных фруктов, трудно разлагаются из-за пектина и других веществ, что затрудняет последующую очистку сточных вод. Выбор пектиназы для решения проблемы сточных вод консервированных фруктов, несомненно, является лучшим выбором, не только для снижения производственных затрат, но и для защиты окружающей среды.

Другие аспекты
Продукт обработки пектиновых веществ пектиназой может быть использован в качестве пищевого волокна, которое может лечить и предотвращать некоторые хронические заболевания. При разумном использовании ожидается разработка нового вида здорового питания или лекарства, которое станет благовестником для пациентов с хроническими заболеваниями.

Проблемы, на которые следует обратить внимание

Как уже упоминалось выше, пектиназа широко используется в пищевой промышленности, но до сих пор ее промышленное применение в основном сосредоточено на переработке фруктовых и овощных соков, хотя задействованы и другие аспекты, но соответствующие технологии еще недостаточно зрелые, то есть пектиназа в применении все еще имеет определенные ограничения.

Кроме того, на пектиназу как на своего рода комплексную протеазу, на ее действие влияют температура, pH, время, субстрат и другие факторы, и из-за различных целей производителей, количество пектиназы в производстве, количество добавок и способ действия также отличаются, поэтому при практическом применении необходимо учитывать различные факторы, выбирать оптимальную температуру, pH и так далее, и стремиться к тому, чтобы фермент играл максимально полезную роль.

Мысли и перспективы

В последние годы исследования пектиназы достигли определенных успехов, например, пектиназа используется в технологии осветления и переработки фруктовых соков, но другие аспекты ее применения все еще нуждаются в развитии.

Кроме того, исследования и применение кислотной пектиназы больше, не зная, что щелочная пектиназа в пищевой, текстильной и бумажной промышленности имеют потенциальную ценность применения. Более глубокие исследования механизма, инженерных свойств и молекулярной биологии деградации субстратов щелочной пектиназой позволят улучшить ее действие и расширить сферу применения пектиназы для удовлетворения потребностей различных смежных отраслей.

С развитием и прогрессом общества, стремительным подъемом китайской промышленности, уровень жизни людей продолжает повышаться, стремление к продуктам также становится все более и более уникальным, поэтому рынок специфической пектиназы востребован особенно остро. Приверженность исследованиям в области применения пектиназы, учет ее синергетического эффекта с другими ферментами, расширение областей применения и использование различных методов для улучшения ферментативной активности пектиназы будет горячей точкой исследования и применения пектиназы в будущем, а также ее будущей тенденцией развития.