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果胶酶
果胶酶

果胶酶( pectinase)是指能够分解果胶质的酶,果胶酶广泛存在于各种微生物中,细菌、真菌和放线菌都能产生相关酶类。果胶酶在工业生产领域中是一种重要的新兴酶类,在食品、酿酒、环保、医药及纺织工业应用越来越广泛。据报道,果胶酶在全世界食品酶的销售额中占25%。

果胶酶基本参数

产品名称果胶酶英文名称pectinase
分子量20kD-60kD活性范围pHB.0-9.0
等电点pHA.0-9.0 pH值<6
分类原果胶酶、多聚半乳糖醛酸酶、裂解酶来源细菌、真菌和放线菌等微生物

果胶酶分类

果胶酶的主要功能是通过裂解或β消去作用切断果胶质中的糖苷键,使果胶质裂解为多聚半乳糖醛酸。广义上,果胶酶可被分为3种类型。

1、原果胶酶(PG)

把能够促使原果胶溶解的酶命名为原果胶酶。根据其作用机理分为两种类型:A型原果胶酶与B型原果胶酶。前者主要作用于原果胶的内部的多聚半乳糖醛酸区域。而后者主要作用于外部的连接聚半乳糖醛酸链和细胞壁组分的多糖链。

2、多聚半乳糖醛酸酶( Polygalacturonases)

聚半乳糖醛酸酶是在有水环境下促进聚半乳糖醛酸链水解的一种果胶酶,应用最为广泛。根据水解作用机理不同,它可以分为内切聚半乳糖醛酸酶(E.C.3.2.1.15)和外切聚半乳糖醛酸酶(E.C.3.2.1.67)。

3、裂解酶( pectin lyases,PL)

裂解酶(反式消去酶)是通过反式消去作用裂解果胶聚合体的一种果胶酶,裂解酶在C-4位置上断开糖苷键,同时从C-5处消去一个H原子从而产生一个不饱和产物。

果胶酶性质

国内外科学家利用层析、电泳等手段对果胶酶的酶学性质进行了研究,明确了一些果胶酶的分子量、动力学性质及其影响因素。果胶酶分子量一般在20kD-60kD之间,单体存在,个别以多聚体形式存在,如海栖热枹菌果胶酸裂解酶分子量为115.2kD,结构为四聚体。通常果胶酶活性范围在pHB.0-9.0,等电点pHA.0-9.0。不同菌种所产果胶酶性质有所不同。

真菌分解果胶类物质的酶主要是耐酸的多聚半乳糖醛酸酶和耐碱的果胶裂解酶,以内切型(endo-)为主,也有外切型(exdo-)。PG作用的最适pH值一般低于6,大部分PG最适作用温度为45℃,Mr为30000~50000,其前体蛋白般包含360~390个氨基酸残基,基中N端信号肽为17~40个残基。PL一般作用的最适pH值大于9,最适作用温度在55℃左右,其前体蛋白一般为370-380个残基,但有的低于250个残基,有的无N端信号肽。已报道的PE前体蛋白为331个残基。

细菌产生的果胶酶的Mr为10000~80000,最适作用pH值一般中性偏碱,最适作用温度一般为60℃左右。酵母中只有很少部分株系产生果胶酶,酿酒酵母( Saccharomycescerevisiae) endo-pg的前体蛋白含360~380个残基,基中N端从1-18残基为信号肽序列,381~388残基的位置有糖基化位点,His222为酶的活性区域

果胶酶应用

1、果汁酿造

由于各种水果中果胶的含量差别较大,而且果胶质的成分也略有差异,因此,要根据不同品种、不同加工目的来确定果胶酶的酶组成。由于PG的专一性对果胶的酯化度要求不如PL高,在澄清果汁方面往往注重以PG为主的酶组,而在提高浸出汁,特别是自流汁方面往往注重使用以PL为主的酶制剂。同时还要注意果胶酶的最适用量范围。据报道,在猕猴桃果汁中的用量为0.09~0.17mL/L,而在桑椹果汁中的用量为0.15~0.21mL/L,果汁中的果胶能基本分解,透光率达到95%以上。

2、提取物

天然生物活性物质提取物是目前中药进入国际市场的一种理想方式,出口比例已超过中药,并呈上升趋势。天然色素如葡萄紫、番茄红、紫苏紫、萝卜红等均可使用酶法提取,但所用果胶酶不得含有花青素酶等杂酶以免影响某些产品色泽。利用果胶酶生产的提取物有:银杏叶提取物、大蒜油浓缩液、虅菇浓缩液、人参浆、当归浸膏、甘草液等。另外,在香菇多糖、金针菇多糖、山楂叶总黄酮等的提取中也使用了果胶酶。

4、纺织品

用碱性果胶酶处理代替碱对棉、麻等织物进行煮炼加工和整理工,在比较缓和的pH值和温度条件下使处理后的织物手感柔软,强度高,取代了耗能大、污染严重的传统热碱脱胶工艺。另外,可避免因微生物处理造成的纤维素的降解。

5、造纸业

通过果胶酶等酶处理降解植物纤维原料中的果胶、半纤维素及木质素,使其分散成满足造纸工业不同要求的束纤维或单纤维,以生产柔软、均一、有弹性的高品质材料。由于纸浆中高分子果胶带负电,经酶降解至六糖以下即可将其除去,避免了成品纸的静电现象。

参考资料
1.果胶酶研究及应用[]
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