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果膠酶
果膠酶

果膠酶( pectinase)是指能夠分解果膠質的酶,果膠酶廣泛存在于各種微生物中,細菌、真菌和放線菌都能產生相關酶類。果膠酶在工業生產領域中是一種重要的新興酶類,在食品、釀酒、環保、醫藥及紡織工業應用越來越廣泛。據報道,果膠酶在全世界食品酶的銷售額中占25%。

果膠酶基本參數

產品名稱果膠酶英文名稱pectinase
分子量20kD-60kD活性范圍pHB.0-9.0
等電點pHA.0-9.0 pH值<6
分類原果膠酶、多聚半乳糖醛酸酶、裂解酶來源細菌、真菌和放線菌等微生物

果膠酶分類

果膠酶的主要功能是通過裂解或β消去作用切斷果膠質中的糖苷鍵,使果膠質裂解為多聚半乳糖醛酸。廣義上,果膠酶可被分為3種類型。

1、原果膠酶(PG)

把能夠促使原果膠溶解的酶命名為原果膠酶。根據其作用機理分為兩種類型:A型原果膠酶與B型原果膠酶。前者主要作用于原果膠的內部的多聚半乳糖醛酸區域。而后者主要作用于外部的連接聚半乳糖醛酸鏈和細胞壁組分的多糖鏈。

2、多聚半乳糖醛酸酶( Polygalacturonases)

聚半乳糖醛酸酶是在有水環境下促進聚半乳糖醛酸鏈水解的一種果膠酶,應用最為廣泛。根據水解作用機理不同,它可以分為內切聚半乳糖醛酸酶(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)是通過反式消去作用裂解果膠聚合體的一種果膠酶,裂解酶在C-4位置上斷開糖苷鍵,同時從C-5處消去一個H原子從而產生一個不飽和產物。

果膠酶性質

國內外科學家利用層析、電泳等手段對果膠酶的酶學性質進行了研究,明確了一些果膠酶的分子量、動力學性質及其影響因素。果膠酶分子量一般在20kD-60kD之間,單體存在,個別以多聚體形式存在,如海棲熱枹菌果膠酸裂解酶分子量為115.2kD,結構為四聚體。通常果膠酶活性范圍在pHB.0-9.0,等電點pHA.0-9.0。不同菌種所產果膠酶性質有所不同。

真菌分解果膠類物質的酶主要是耐酸的多聚半乳糖醛酸酶和耐堿的果膠裂解酶,以內切型(endo-)為主,也有外切型(exdo-)。PG作用的最適pH值一般低于6,大部分PG最適作用溫度為45℃,Mr為30000~50000,其前體蛋白般包含360~390個氨基酸殘基,基中N端信號肽為17~40個殘基。PL一般作用的最適pH值大于9,最適作用溫度在55℃左右,其前體蛋白一般為370-380個殘基,但有的低于250個殘基,有的無N端信號肽。已報道的PE前體蛋白為331個殘基。

細菌產生的果膠酶的Mr為10000~80000,最適作用pH值一般中性偏堿,最適作用溫度一般為60℃左右。酵母中只有很少部分株系產生果膠酶,釀酒酵母( Saccharomycescerevisiae) endo-pg的前體蛋白含360~380個殘基,基中N端從1-18殘基為信號肽序列,381~388殘基的位置有糖基化位點,His222為酶的活性區域

果膠酶應用

1、果汁釀造

由于各種水果中果膠的含量差別較大,而且果膠質的成分也略有差異,因此,要根據不同品種、不同加工目的來確定果膠酶的酶組成。由于PG的專一性對果膠的酯化度要求不如PL高,在澄清果汁方面往往注重以PG為主的酶組,而在提高浸出汁,特別是自流汁方面往往注重使用以PL為主的酶制劑。同時還要注意果膠酶的最適用量范圍。據報道,在獼猴桃果汁中的用量為0.09~0.17mL/L,而在桑椹果汁中的用量為0.15~0.21mL/L,果汁中的果膠能基本分解,透光率達到95%以上。

2、提取物

天然生物活性物質提取物是目前中藥進入國際市場的一種理想方式,出口比例已超過中藥,并呈上升趨勢。天然色素如葡萄紫、番茄紅、紫蘇紫、蘿卜紅等均可使用酶法提取,但所用果膠酶不得含有花青素酶等雜酶以免影響某些產品色澤。利用果膠酶生產的提取物有:銀杏葉提取物、大蒜油濃縮液、虅菇濃縮液、人參漿、當歸浸膏、甘草液等。另外,在香菇多糖、金針菇多糖、山楂葉總黃酮等的提取中也使用了果膠酶。

4、紡織品

用堿性果膠酶處理代替堿對棉、麻等織物進行煮煉加工和整理工,在比較緩和的pH值和溫度條件下使處理后的織物手感柔軟,強度高,取代了耗能大、污染嚴重的傳統熱堿脫膠工藝。另外,可避免因微生物處理造成的纖維素的降解。

5、造紙業

通過果膠酶等酶處理降解植物纖維原料中的果膠、半纖維素及木質素,使其分散成滿足造紙工業不同要求的束纖維或單纖維,以生產柔軟、均一、有彈性的高品質材料。由于紙漿中高分子果膠帶負電,經酶降解至六糖以下即可將其除去,避免了成品紙的靜電現象。

參考資料
1.果膠酶研究及應用[]
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