帝斯曼-果胶甲酯酶在水果加工中的应用

FORINTERNALUSEONLY水果加工系列-果胶甲基酯酶在水果加工中的应用-果粒酶法硬化-苹果汁生产（单倍汁/浓缩浊汁/浓缩清汁）赵学超大中华区应用专家帝斯曼食品配料部FORINTERNALUSEONLY-果胶甲基酯酶在果粒硬化中的应用PageFORINTERNALUSEONLY1.植物细胞壁的基本结构2外层：初生细胞壁-纤维素微纤丝随机地分布于果胶中胞间层：主要由果胶构成内层：次生细胞壁-纤维素微纤丝有规则地嵌入在果胶和半纤维素中植物细胞壁结构来源于果胶分子基本结构•结构：果胶平滑区主链基本上由半乳糖醛酸通过α-1，4糖苷键连接而成，其中部分半乳糖醛酸被甲酯化毛发区OOHCOOHOHOHOHOOHCOOCH3OHOHOH鼠李糖半乳糖醛酸聚糖Ⅱ鼠李糖半乳糖醛酸聚糖Ⅰ毛发区半乳糖醛酸单元甲基化半乳糖醛酸单元鼠李糖单元阿拉伯糖或者半乳糖单元乙酰化基团（马铃薯和甜菜果胶中含量较高，柑橘属果胶几乎不存在）木糖单元（苹果果胶中含量较高）页FORINTERNALUSEONLY43.DSMFirmFruit®开发背景水果制品在加工过程中的质量问题•消费者要求食品中的水果蔬菜有理想与稳定的质感，硬度，色泽，所有特性与未经处理产品越接近越好。•但是大多数经工业化处理的水果如草莓，蕃茄等被机械搅拌，热，冷等处理后质构发生不利的变化，产生粘糊的口感。页FORINTERNALUSEONLY54.水果质构完整性根本原因•水果质构的完整性主要归功于细胞壁中胞间层和初生细胞壁的完整性，而在胞间层和初生细胞壁中，果胶物质是一种容易发生变化的主要成分。•水果在成熟，储藏或者加工期间质构的变化主要归因于果胶物质的变化，即从不可溶性果胶（原果胶）转变成水溶性果胶，再从水溶性果胶转变成寡糖，这会使胞间层和初生细胞壁丧失了完整性，从而导致了水果细胞壁的坍塌，导致了水果质构的变化•相对于细胞壁中的纤维素和半纤维素而言，果胶的水溶性更强，更容易发生化学反应（pH的变化，导致果胶发生β-消除反应，导致果胶分子链的断裂）或酶促反应，从而导致果胶的酯化度的降低（内源果胶甲酯酶/Endo-PME作用）和分子链的断裂（内源聚半乳糖醛酸酶/Endo-PGase作用）,导致果胶分子的断裂，最终影响水果质构的变化•综上所述，如果在水果加工期间，能对果胶物质进行合理修饰，保护果胶物质，就能有效保护水果质构的完整性，从而更能迎合消费者的需求，提升水果制品的附加值页FORINTERNALUSEONLY65.水果酶法硬化的原理•许多成熟水果中的果胶是以高酯果胶的形式存在。添加一种纯的果胶甲酯酶会降低水果中高酯果胶的酯化度，从而会形成果胶酸，而果胶酸会和水果本身或者外源添加的钙离子在原位形成坚实的不可溶的且热不可逆的果胶酸钙凝胶。该凝胶能克服水果在加工过程中由机械处理和热处理带来的不利影响，其结果是增加了水果紧实度，使水果在整个生产过程中保持紧实的质构和形状的完整性果胶甲酯酶OOHCOOHOHOHOH+CH3OH•果胶甲酯酶和果胶分子中的平滑区部分有较高的亲和力，因而主要作用于平滑区部分，水解甲基化半乳糖醛酸残基中的酯键，生成半乳糖醛酸单元和甲醇，从而会降低果胶的酯化度，最终的产物为果胶酸页FORINTERNALUSEONLY76.水果酶法硬化的优势1.利用水果自身存在的果胶2.酶制剂作为加工助剂，无需在产品标签中申明3.传统硬化工艺也是利用钙盐和果胶酸形成果胶酸钙的原理来保护水果质构，而酶法硬化工艺能产生更多的果胶酸，会形成更多的果胶酸钙，放大了该原理的保护效果4.减轻硬化剂（钙盐）的使用量，防止其对水果制品的风味和口味造成影响5.提高水果的硬度，保持其形状完整度，减轻其汁液流失程度，有利于提高水果加工的出成率6.有利于保持水果自身的色素，当水果制品作为配料使用时，防止色素迁移到产品中7.酶法硬化工艺适应性强：•应用不同类型的水果处理：新鲜，速冻前处理，解冻后处理•应用不同的硬化工艺：连续式工艺和间歇式工艺FORINTERNALUSEONLYPage87.DSM产品•DSM果胶甲酯酶产品：Rapidase®FPSuper和Rapidase®PEP•Rapidase®FPSuper是液体酶制剂，是由非转基因黑曲霉菌种生产而来。活力为900PEU/g。通过犹太（Kosher）和哈拉（Halal）认证，不含防腐剂，适合生产有机产品。•Rapidase®PEP也是液体酶制剂，是由自克隆的黑曲霉菌种生产而来，活力为5000PEU/g。通过犹太（Kosher）和哈拉（Halal）认证•RapidaseFPSuper和RapidasePEP是加工助剂，不残留在最终的产品中，因此可以不用在终产品标签中明示。•这两个产品优点在于都只含有果胶甲酯酶，不含其他果胶、半纤维素和淀粉的降解酶。•黑曲霉生产的果胶甲酯酶（PME）有如下特性：–最适pH4.5(接近破碎水果的pH)–最适温度40-45℃（5-10℃时有30%活力，85℃以上失活）。页FORINTERNALUSEONLY9.1钙源法规问题-氯化钙9食品分类号食品名称最大使用量/(g/kg)备注01.05.01稀奶油按生产需要适量使用04.01.02.04水果罐头1.004.01.02.05果酱1.004.02.02.04蔬菜罐头1.004.04豆类制品按生产需要适量使用05.04装饰糖果(如工艺造型，或用于蛋糕装饰)、顶饰(非水果材料)和甜汁0.411.05调味糖浆0.414.01.03其他饮用水（自然来源饮用水除外）0.1g/L以Ca计36mg/LGB2760-2011氯化钙/calciumchlorideCNS号18.002INS号509功能稳定剂和凝固剂、增稠剂备注：在水果加工使用氯化钙，一定要注意其用量，否则容易产生苦味和风味改变问题；而乳酸钙在这两方面的问题较轻页FORINTERNALUSEONLY108.2钙源法规问题-乳酸钙食品分类号食品名称最大使用量/(g/kg)备注04.01.02加工水果按生产需要适量使用04.02.02.04蔬菜罐头（仅限酸黄瓜产品）1.505.02糖果按生产需要适量使用12.10复合调味料（仅限油炸薯片调味料）10.014.06固体饮料类21.616.06膨化食品1.0GB2760-2011乳酸钙/calciumlactateCNS号01.310INS号327功能酸度调节剂、抗氧化剂、乳化剂、稳定剂和凝固剂、增稠剂页FORINTERNALUSEONLY119.1水果硬化工艺-新鲜草莓硬化水果用量推荐工艺条件新鲜草莓连续式工艺40℃保持20min将草莓粒或者草莓块浸渍在pH4.5缓冲溶液（柠檬酸）中：Rapidase®PEP推荐用量为0.4%，氯化钙或者乳酸钙用量为1%注：以上酶浓度与钙盐浓度均指浸渍液浓度，与草莓重量无关间歇式工艺将草莓粒或者草莓块浸渍在pH4.5缓冲溶液（柠檬酸）中：以草莓重量计，Rapidase®PEP用量为0.05-0.1%；氯化钙或者乳酸钙用量为0.2-0.4%40℃保持20-30minRapidase®PEP在新鲜草莓中的应用说明备注：活力范围：pH：3.5-5.5页FORINTERNALUSEONLY129.2水果硬化工艺-速冻草莓硬化处理水果用量推荐工艺条件草莓IQF草莓速冻前硬化处理室温保持20min将含有Rapidase®PEP浸渍液喷洒在草莓上，酶制剂推荐用量为0.2%，氯化钙或者乳酸钙用量为0.3%，并用柠檬酸将pH调制至4.5IQF草莓解冻后硬化处理将需要解冻的IQF草莓放入到含有Rapidase®PEP浸渍液，酶制剂推荐用量为0.1%，氯化钙或者乳酸钙用量为0.3%，并用柠檬酸将pH调制至4.50-15℃保持12-24hRapidase®PEP在草莓速冻中的应用说明备注：以上酶浓度与钙盐浓度均指浸渍液浓度，与草莓重量无关页FORINTERNALUSEONLY1310.1具体应用案例分享-新鲜草莓冷冻之前的硬化处理编号实验方案硬度/Kg1#空白322#只添加0.5%氯化钙45(40%↑)3#5‰Rapidase®PEP+0.5%氯化钙103(222%↑)4#5‰Rapidase®PEP+0.5%氯化钙，并调整pH114(256%↑)Rapidase®PEP在新鲜草莓速冻中的应用效果页FORINTERNALUSEONLY10.2具体应用案例分享-Rapidase®FPSuper在新鲜草莓中的应用效果14草莓组成空白只添加5mmol钙Rapidase®FPSuper（1g/Kg草莓）+5mmol钙，45℃作用20min草莓硬度/Kg3.69.214.8酒精不溶物（AIS）5.8%5.6%5.8%果胶甲酯化度46%43%25%原果胶30.7%37.8%31.7%可溶性果胶46.7%33%20.2%果胶酸钙22.7%28.9%48.4%Rapidase®FPSuper在新鲜草莓中的应用效果页FORINTERNALUSEONLY1510.3具体应用案例分享-Rapidase®PEP在番茄丁中的应用效果番茄丁硬化效果直接观察番茄丁硬度测试图经过硬化过的番茄丁能很好地耐受热处理，而不致发生产产品软烂等情况。因此番茄丁在热处理中需要硬化来解决其在热处理过程中发生的软烂和汁液流失情况。FORINTERNALUSEONLYPage1610.4具体应用案例分享-Rapidase®PEP在芒果片中的应用效果FORINTERNALUSEONLYPage17客户在木瓜脯生产过程中向我们寻求解决渗糖溶液中有较多残渣的问题。我们采用酶法硬化来解决这个问题。图中1#是木瓜脯未经果胶甲酯酶处理的渗糖溶液，2#是木瓜脯经过果胶甲酯酶处理过的渗糖溶液。从图片中我们可以明显看出，1#中有很多木瓜残渣出现，而2#中糖液比较透亮，木瓜残渣较少，说明经过果胶甲酯酶硬化木瓜脯具有良好的保汁固形硬化作用10.5具体应用案例分享-Rapidase®PEP在木瓜脯中的应用效果FORINTERNALUSEONLY-果胶甲基酯酶在苹果汁生产中的应用页FORINTERNALUSEONLY191.市场趋势和客户需求•市场：虽然苹果浓缩清汁(70-72°Bx)在果汁生产量方面占据统治地位，但是近些年苹果浓缩浊汁(45-65°Bx)或者未经浓缩的苹果单倍浊汁(12°Bx左右)在市场上颇具规模，比如说在德国，有20-25%的苹果汁是以天然浊汁的的形态被消费•优势：德国和意大利等西欧国家的消费者认为苹果浊汁是以一种纯天然的果汁，比苹果清汁有更高的营养价值，因此市场需求越来越大。•难点：同时这些消费者要求苹果浊汁有稳定均一的浑浊形态，换句话说，不能有固液分离或者沉淀出现，这就对浊汁的生产提出较高的要求-上述资料来源于SystemsandProcessesfromGEAforFruit-ProcessingandJuice-MakingIndustries页FORINTERNALUSEONLY202.浑浊微粒稳定性•苹果浊汁稳定性取决于：水溶性果胶含量，浑浊微粒的大小和浑浊微粒中果胶的电荷强度，因此对于天然浊汁的稳定性来说，果胶显得非常重要，但是果胶会受到苹果内源果胶酶或者外源添加的不合适的果胶酶作用（造成果胶分子主链的断裂）而使浊汁的浑浊稳定性受到破坏•工艺优化提升苹果浊汁稳定性：-使用纯的果胶甲基酯化酶（RapidasePEP或者RapidaseFPSuper）-使用卧螺离心机(所制取果汁中有60%微粒直径小于1μm；榨机所制取果汁中仅有20%的微粒直径小于1μm-快速加工：从苹果破碎到果汁巴杀时间越短越好果胶保护层微粒中的蛋白质浑浊微粒果胶破坏蛋白质暴露聚集的浑浊微粒果胶分子主链的破坏导致浑浊微粒沉降的机理页FORINTERNALUSEONLY213.果胶甲酯酶在苹果汁加工的应用苹果RapidasePEP:20-40ppm或RapidaseFPSuper:100-250ppm室温/1h破碎果浆浸渍卧螺1stPremiumjuice巴杀果渣