酶
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《软饮料工业手册》第316页（6234字）
果蔬中存在各种酶，例如果胶酯酶(PE)、聚半乳糖醛酸酶(PG)等果胶分解酶及多酚氧化酶(PPO)、抗坏血酸氧化酶(AAO)、脂肪氧化酶(LOG)、柠檬苦素分解酶等。这些酶对果蔬的成熟生理起重要作用，同时对果蔬汁制造和产品保藏中的品质产生各种影响。因此在果蔬加工过程中，根据需要有时要利用某些酶的作用，有时则要破坏酶的活力。
(一)果胶分解酶
果胶分解酶作为保持浑浊果蔬汁品质的主要作用是保持果蔬汁稳定的浑浊(Cloud)状态，不生成凝胶状的沉淀。果胶分解酶与果蔬汁浑浊关系极大。在第一篇澄清剂一节中已作介绍，果胶分解酶大致可分为果胶酯酶(PE)和聚半乳糖醛酸酶(PG)，其中PE的活力度和作用对浑浊性的影响较大。
对于浓缩果蔬汁，在其失去浑浊稳定性时，就会产生凝胶和澄清化，这是由于PE的作用，果胶变成低甲氧基果胶并与多价离子结合，形成凝胶状的果胶酯酸盐。这种现象与浓缩果蔬汁所用的原料种类、果浆和果胶的含量及其性质而有不同。为了防止这一现象的出现，可以采取加热处理，使PE失去活力，或在－18℃以下温度贮藏。可是加热处理会使果汁风味发生变化，因此加热处理应控制在最小限度内。低温冷冻贮藏可以抑制酶的作用。对于兑入新鲜果汁的浓缩果汁，不经过加热处理而冷冻贮藏，产品质量也不会出现问题。可是在解冻时，由于酶的活动加剧，有时会引起其分离或凝胶化。因此冷冻果蔬汁解冻后的管理也很重要。
为了保持浑浊稳定性而进行的热处理，有时会由于加热温度产生特异的作用。例如，柑橘浓缩汁，不同的浓缩度，其加热温度条件也是不同的。与天然果蔬汁相比，果蔬汁浓度越高，热处理的稳定性也越高。
研究表明，天然果汁与1／2、1／4的浓缩果汁，在87．8～93．3℃的热处理条件下可以保持其稳定性，而1／6浓缩果汁在71．1℃温度下就足以保持其稳定性。浓度高时，较低的加热温度就可获得稳定性。柑橘浓缩汁当温度升至77～82．2℃时，浑浊稳定性就显着提高。但在这一温度范围内的热处理，浑浊稳定性与酶失活的程度不是平行的，因为与凝胶化和分离、澄清化有关的主要因素除PE外，还有其他未知的因素。而且在71．0～82．3℃的温度下，即使加热15s以上较长的时间，稳定性并不比较短的加热时间有明显增加。另一方面浑浊稳定性与含浆量的关系也受热处理和贮藏条件的影响。柑橘浓缩汁中的PE活力随加热温度升高而降低，但酶的活力量随含浆量的增多而增强。试验表明，在26．5℃温度贮藏24h，含浆量10%的果汁易凝胶，而5%的果汁不凝胶，但63．0℃以下的热处理会引起明显的澄清化。加热温度与凝胶和澄清化的关系，5%浆量的果汁在4．5℃贮藏1周后，再进行63℃以下温度的热处理时会形成微凝胶并明显澄清化。将其进行85℃的热处理，3个月后会显着澄清。但90．5℃的热处理，虽出现微凝胶但不会澄清。澄清化一般与贮藏条件无关，90．5℃以上加热就可防止澄清现象的发生。
凝胶与澄清化也会因原料种类不同而有差异。一般葡萄柚汁比橙汁容易凝胶和澄清。关于含浆量的影响，对于凤梨甜橙、橘、邓肯葡萄柚汁等，含浆量越多，浓缩后越易凝胶和澄清化，但伏令夏橙汁在浓缩后基本无变化。
1．果胶酯酶(PE)
(1)柑橘类 PE分布于各种水果中，但在果实不同部位其活力是不同的。例如PE在甜橙的汁胞膜中的活力最高，其余顺次为囊衣、果皮、种子和果汁。在果皮中的表皮层中的活力要比在白皮层中的高。温州蜜柑也有同样情况，特别是在汁胞膜中的活力远比在其他部位中的高，而且比橙中的还高。葡萄柚与甜橙不同，汁胞膜中的PE活力最高，其次是果皮囊衣。柠檬中的PE活力依次是果皮、果汁和种子。关于成熟度对PE活力的影响，甜橙在成熟过程中，PE的活力随糖酸比的增高而增强，但在柠檬和葡萄柚中则随成熟过程而减少。温州蜜柑在成熟过程中，汁胞膜、囊瓣的PE的活力有所增加，但在表皮中的活力稍降低。收获后在低温(5℃)贮藏中其PE活力基本不变。
在果汁加工中，浓缩度、加热温度、pH、原料水果的成熟度、果胶及果浆的含量对PE活力均有影响，使PE完全失去活力的条件参见表2－1－30。表中果汁温度从室温至加热温度的时间为0．8s。由表可见，PE失活的条件随pH、加热温度和保温时间的不同而有不同，同时与原料水果的品种和种类、含浆量有关。pH高，需要高温加热。加热温度低，则保温时间要长。
表2－1－30 柑橘果汁PE失活的加热条件
(2)其他水果苹果中的PE的活力一般比柑橘弱，但随其成熟度增加而增强，且耐热性强。试验表明，加热至93℃时，PE尚残存活力，因此灭酶时需要进行98℃以上的热处理。抽提精制的浓缩酶在pH3．5、68～70℃、5min加热条件下会完全失去活力。但在果汁中，68℃、40min加热其活力尚残存80%。完全使PE失活需要80℃、15min的加热条件。这是因为在抽提精制中，酶已经劣化，而PE在果汁中不易失活是由于其他成分的保护作用，这也是果汁加工需要研究的课题之一。
洋梨中的PE的活力随其成熟度的增加而增强，在成熟的早期阶段达到最高值，以后迅速降低，但收获后不再减少。
桃中的PE的活力随其成熟度增加而增加，但桃中含有外切和内切两种果胶酯酶。
香蕉在追熟期，果皮从绿色变为黄色时，PE的活力增加，在完熟阶段其活力最强。
番茄在从绿色变为红熟和全红时，PE的活力逐渐增强，追熟中也有增强。番茄浆经过60℃、15s的热处理，PE的活力降至1／5，而82．5℃、15s的加热条件可以使其全部失活。
2．聚半乳糖醛酸酶(PG)
PG在各种水果中的分布情况，由于存在阻碍物质等因素，PG很难检测到。PG分布在甜橙、柠檬的不同部位，其中以表皮中的活力最强，其次为白皮层和果浆中的。PG为外切酶。也有研究指出橙汁中没有检出PG或PMG(聚半乳糖醛酸甲酯酶)。
未熟桃子中没有PG，但在成熟和追熟过程中其PG的活力增加，这与水溶性果胶的增加相平行。果肉软化发生在PG检出以前，一旦发现PG后，其活力就迅速增加。完熟的桃子可以分离出内切和外切两种酶。
洋梨仅在完熟果中存在PG活力，包括内切外切两种PG。
番茄在绿色阶段没有PG活力，在从橙色向红色转变时PG活力迅速增强。在完熟的番茄中发现有内切酶。由番茄精制的PG在60℃、20～30min加热条件下失活90%，番茄浆在93．5℃、15～87s的预加热中尚存3%～6%的活力，而在104．4℃、15s的加热条件下会完全失去活力。番茄与洋梨、鳄梨一样，在追熟过程中，其中PG的活力增强。
(二)多酚氧化酶(PPO)
有些水果的果肉或果汁在空气中放置时就会产生褐变。使其色调、风味和营养价值发生变化，以致影响产品的品质。这种褐变包括非酶褐变和酶褐变。酶褐变的基质是多酚类物质。由于PPO的作用，多酚类物质向苯醌氧化，往往聚合或共聚成类黑精，形成色素。
苹果在去皮或剖切等过程中容易产生褐变。多酚类物质除绿原酸、l－表儿茶酸(lEpicatechin)外，还有栎皮酮(Quercetin)、间苯三酚(Phloroglucinol)、间苯二酚(Resorcinol)等多种成分。其中与褐变有关的是绿原酸和l－表儿茶酸。但间苯三酚或间苯二酚含量高时，就会促进以绿原酸氧化为触媒的PPO反应。苹果汁的褐变以儿茶酚(Catechol)为主体。另外研究表明，在苹果果肉由于PPO的作用而产生褐变时，苹果中的多数多酚化合物(绿原酸除外)都能抑制亚油酸的氧化，具有抗氧化能力。
洋梨在去皮或剖切时，如果暴露在空气中也会产生褐变。PPO褐变的基质有儿茶酸(d-Catechin)、l－表儿茶酸。这种酶与绿原酸的褐变反应比儿茶酸弱。也有研究表明，洋梨PPO的褐变基质是邻二酚(Ortho-diphenol)，间位、对位基质都不会发生褐变反应。
桃的PPO褐变的基质是儿茶酚，主要与邻二羟基作用，对以二羟基为基质的物质也会发生褐变反应，但速度较慢。对以一羟基、间二羟基为基质的物质不会发生褐变反应。在柠檬酸、磷酸缓冲溶液中，这种酶作用的最佳pH范围为5．9～6．3。
葡萄(康科特种)的PPO的褐变基质是焦没食子酸、咖啡酸、dl－多巴(dl－DOPA)。但儿茶酚最易被PPO氧化，最佳作用条件为pH5．9～6．3、25～30℃。酶的活力在葡萄完熟时最强，因此添加从完熟葡萄抽提的粗酶时，花色苷色素退色也最严重。
为了防止褐变，除氧是很有效的。通常可以采取破坏或抑制水果中氧化酶活力的方法，例如浸渍或喷雾食盐或抗坏血酸溶液等方法。食盐水使基质与氧隔离，有抑制酶的作用。抗坏血酸作为酶的抑制剂，还不如说是抗氧剂。由于PPO耐热性差，90℃、10s或87℃、30s就可使99%的酶失去活力，因此，采用热处理例如热烫、巴氏杀菌灭酶等方法使PPO失活，最终可避免褐变。由于酶褐变反应必须有氧参与，因此加工时应尽量减少果蔬与氧接触的机会，在水果破碎后尽快浸提或榨汁，最好采用封闭式系统加工。另一方面选用单宁含量少的果蔬原料也可以减少褐变。
1．过氧化酶(PO)
PO也是与褐变有关的一种酶，在H2O2存在下，PO可以氧化酚类、焦没食子酸、对苯二酚等，但在水果中，PO的活力一般比PPO弱。
PO在柑橘果皮外侧中最多，果汁与果浆中最少，但新鲜橙汁在H2O2+O2+Mn2+存在下，会含有氧化果汁成分的PO。在H2O2含量低时，反应极慢。杀菌前果汁放置2～3h时风味不会由于PO而变差。榨汁时不论强弱，其风味与PO有负相关的关系。
桃子的PO基质是愈创木酚。在柠檬酸－磷酸缓冲液中，PO作用的最佳条件是pH4．6～4．8。
从葡萄抽提的粗制PO的活力随葡萄的成熟过程而减弱，在完熟的葡萄中，PO活力极低。
温州蜜柑中的PO的活力以表皮部位最强，以后依次为囊衣、汁胞膜、白皮层，果肉和果汁。澄清果汁中的PO仅有果肉的1／7左右。在果肉磨碎时，大部分转入果汁中。囊衣中的PO的活力在成熟过程中变化很大。在70℃温度下，果肉中的PO完全失活。稍耐热的白皮层、囊衣的PO在80℃以上基本失活。PO对于温州蜜柑果汁的品质几乎没有影响。但在研究热处理条件等时，PO可以作为加热温度与时间的综合加热效果的一个指标。
番茄中的PO活力由于追熟而减弱，这是可溶性酶，但结合型酶在追熟中的活力基本保持一定。两者含量之比在追熟中接近1。
2．抗坏血酸氧化酶(AAO)
AAO是在有氧存在时能特异氧化抗坏血酸的酶。分解生成物也是非酶褐变主要作用的物质。
马叙种葡萄柚中的AAO活力是柑橘类水果中最强的，特别是在白皮层中的。果汁中的AAO活力随生长过程而减弱。柠檬、莱姆酸橙中的AAO活力极弱。未成熟的橙中存在AAO，其中70%含于可溶性抽提物中，其余30%与细胞壁结合。香蕉中的AAO活力随香蕉的追熟而增强。
AAO也与D－抗坏血酸作用，但作用时间极慢，约为L－抗坏血酸的1／8。AAO在100℃温度下，2min就会完全失去活力。天然物中存在阻碍AAO作用的物质。
3．脂肪氧化酶(LOG)
LOG不仅氧化分解亚油酸和亚麻酸等不饱和脂肪酸，使之变败或变味，同时还与蛋白质和碳水化合物等成分发生反应，成为导致食品品质变差的主要原因。研究表明，LOG在20～25℃较佳温度下还与叶绿素和胡萝卜素的分解有关。对于易发生低温损害的水果，即使在低温下，LOG也有较高的活力。柑橘类果汁中的脂肪酸多为亚油酸等不饱和脂肪酸，因此在浓缩柑橘汁制造过程中，LOG成为失香的主要原因。
温州蜜柑果肉部分的LOG活力比果皮中的高4～6倍，最大活力出现在水果完熟前4～8星期。LOG活力与基质亚油酸、亚麻酸的含量有关。果皮、果肉中的脂肪酸随成熟而增加，而LOG活力也增强。在收获后贮藏的某一阶段，LOG与脂肪酸含量也增加。
4．柠檬苦素分解酶
柑橘类水果的苦味成分除类黄酮系的柚皮苷外，还有香豆素的类柠檬苦素(Limonoid)。类柠檬苦素除柠檬苦素(Limonin)外，还有喏嘧啉、二氧柠檬苦素、二乙酰喏嘧啉、柠檬苦酸等。类柠檬苦素对温州蜜柑风味的影响极大。类柠檬苦素是由于三萜类化合物的生物性氧化而成的。主要含于白皮层内，随成熟过程而减少。柠檬苦素具有抑制其自动氧化的能力，但由于天然含有的酶的作用，即使在有效BHA存在下，或不存在游离氧时都能反应。研究表明，柠檬苦酯脱氢酶(LD：Limonoate dehydrogenase)可以将柠檬苦素的前体柠檬苦酸A环内酯(LARL)变为不呈苦味的17－脱氢柠檬苦酸A环内酯。像贮藏果汁或浓缩果汁，在LARL变为柠檬苦素时，在用ID处理前，需要用碱处理果汁，以水解柠檬苦素的D－环。这种酶在酸性pH范围内活性较弱，目前已有在酸性范围内反应的LD酶。