促進(jìn)植物內(nèi)源性果膠甲酯酶催化作用的因素與機(jī)制及其在果蔬加工中的應(yīng)用

徐嘉悅，王永濤，饒 雷，吳曉蒙，廖小軍，趙 靚,2,*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，國(guó)家果蔬加工工程技術(shù)研究中心，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部果蔬加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，食品非熱加工北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)（興化）健康食品產(chǎn)業(yè)研究院，江蘇 興化 225700）

果蔬是健康飲食的重要組成部分，它能提供人體所必需的微量營(yíng)養(yǎng)素，如維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維等。此外，為了減少果蔬的浪費(fèi)并提高果蔬原料的高值利用，健康且安全的果蔬加工制品，如果蔬汁、果蔬干等層出不窮，深受消費(fèi)者們的喜愛(ài)。果蔬制品的質(zhì)地是評(píng)價(jià)其品質(zhì)的重要指標(biāo)，質(zhì)構(gòu)變化對(duì)果蔬制品出汁率及硬度、脆度等影響極大，其主要受植物內(nèi)源果膠甲酯酶（pectin methylesterase，PME）（EC 3.1.1.11）脫甲基酯化的影響。

針對(duì)植物內(nèi)源性PME的研究主要集中在植物生長(zhǎng)發(fā)育與果蔬貯藏加工兩方面。PME在植物生長(zhǎng)發(fā)育中發(fā)揮重要作用[1-2]，如調(diào)控細(xì)胞壁延伸與花粉的形成[3-8]、調(diào)節(jié)植物與病原體的相互作用等[4,9-10]。在果蔬貯藏與加工方面，研究主要集中在PME脫甲基酯化對(duì)果膠及果蔬質(zhì)構(gòu)的影響[11-13]。此外，缺少對(duì)影響植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化的影響因素及機(jī)制的文獻(xiàn)綜述。并且由于PME會(huì)導(dǎo)致果蔬濁汁在貯藏過(guò)程中變得渾濁和不穩(wěn)定，且PME耐熱性高于天然存在的大多數(shù)腐敗微生物[14]，因此多數(shù)研究將PME作為引起果蔬品質(zhì)劣變的關(guān)鍵酶進(jìn)行控制[15]，如番石榴汁巴氏殺菌的條件需基于PME滅活大于90%[14]。目前在果蔬貯藏及加工過(guò)程中通過(guò)抑制PME活性來(lái)改善果蔬質(zhì)構(gòu)的措施有：通過(guò)熱加工及非熱加工等技術(shù)鈍化PME，如高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)[16-17]、高壓二氧化碳技術(shù)[18-19]、溫壓結(jié)合處理[20-22]、熱超聲技術(shù)[23]、熱處理[24-26]、微波處理[27-29]、歐姆加熱[30]及高壓均質(zhì)技術(shù)[31]；還可以通過(guò)氣體調(diào)節(jié)[32-33]、添加外源化學(xué)物質(zhì)[34-36]、優(yōu)化果蔬包裝材料[37-38]及貯藏溫度[39]等。

保持及提高PME活性有助于制備低酯果膠、增加果蔬出汁率、促進(jìn)果實(shí)香氣釋放等，現(xiàn)今食品企業(yè)通常會(huì)添加外源PME等酶混合制劑來(lái)提高果蔬出汁率[40-42]，但是外源添加酶的含量及其作用條件較難控制[43-44]、酶處理時(shí)間較長(zhǎng)、成本較高[41]，在一定程度上限制了其實(shí)際應(yīng)用。因此本文以促進(jìn)植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化為基礎(chǔ)，綜述促進(jìn)植物內(nèi)源性PME催化作用的因素及其影響機(jī)制，以及促進(jìn)植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化在果蔬加工中的積極作用。

1 PME及植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化

PME分子質(zhì)量為25～54 kDa[9]，存在于所有高等植物中，也能由植物致病真菌（如曲霉菌）和細(xì)菌（如假單胞桿菌）產(chǎn)生[9,45]。PME通過(guò)靜電作用與細(xì)胞壁中的果膠結(jié)合，若結(jié)合的酯鍵相鄰處有羧基，則PME會(huì)催化高酯果膠（酯化度＞50%，相當(dāng)于甲氧基質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.0%～16.3%）脫去半乳糖醛酸殘基中的O-6-甲酯基得到低酯果膠（酯化度＜50%，相當(dāng)于甲氧基質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜7.0%），并釋放甲醇和氫離子[9]。此外，植物中還存在PME的抑制蛋白（PME inhibitor，PMEI）[7,46]，PMEI能通過(guò)非共價(jià)作用覆蓋PME活性位點(diǎn)或影響PME與底物的結(jié)合來(lái)抑制PME活性[47]，現(xiàn)有研究利用分子模擬仿真技術(shù)模擬PMEI對(duì)PME活性的抑制效果[48]，如獼猴桃PMEI對(duì)大多數(shù)植物內(nèi)源性PME都有抑制活性，番茄和擬南芥PMEI可抑制橙汁中的PME活性[47]。目前PMEI的抑制作用已在植物體內(nèi)、食品加工、生化領(lǐng)域得到了廣泛的研究[47,49]。果膠是一種多糖，是植物細(xì)胞壁及胞間層的主要結(jié)構(gòu)成分，可以維持果蔬硬度和彈性[39,50]（圖1）。果膠可分為通過(guò)非共價(jià)鍵和非離子鍵與細(xì)胞壁松散結(jié)合的水溶性果膠（water-soluble pectin，WSP）、未被甲基酯化的離子型果膠（chelator-soluble pectin，CSP）和通過(guò)酯鍵與細(xì)胞壁多糖共價(jià)結(jié)合的堿溶性果膠（Na2CO3-soluble pectin，NSP）[51]。果膠主要由同型半乳糖醛酸聚糖（homogalacturonan，HG）組成，其質(zhì)量約占果膠的65%。HG是大量甲基酯化的β-D-半乳糖醛酸以α-1,4-糖苷鍵連接而成的線(xiàn)性多聚物[47]。

圖1 植物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)組成[52]Fig. 1 Structural composition of plant cell walls[52]

青果時(shí)期，果蔬細(xì)胞壁含有較多的NSP，此時(shí)細(xì)胞壁內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密且細(xì)胞間結(jié)合力較強(qiáng)，果蔬易在外界機(jī)械力作用下破碎出汁[53]。隨著果蔬成熟，PME通過(guò)脫去高酯果膠HG鏈上的甲氧基得到低酯果膠，降低果膠酯化度，形成連續(xù)脫酯化半乳糖醛酸殘基片段[54-55]，進(jìn)而細(xì)胞壁溶解，細(xì)胞間黏附力下降[56-57]，果實(shí)變軟有彈性，此時(shí)破碎后果蔬出汁率提升但汁液黏稠[58]。低酯果膠還會(huì)在聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase，PG）、果膠酸裂解酶（pectate lyase，PL）和果膠裂解酶（pectin lyase，PNL）等果膠酶或非酶作用下繼續(xù)降解成果膠酸，降低汁液黏度[58-60]。此外，形成的低酯果膠還可以與鈣離子（Ca2＋）交聯(lián)成凝膠沉淀[61]。

2 促進(jìn)植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化的影響因素及其機(jī)制研究

不同品種或成熟度果蔬中的PME具有不同活性、耐壓性、耐熱性等[62]。如番茄PME較耐壓，滅活壓力大于1 GPa；李子或胡蘿卜PME對(duì)壓力較敏感，滅活壓力大于600 MPa[3]。此外，果蔬貯藏及加工過(guò)程中影響植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化的因素眾多且機(jī)制復(fù)雜[63]，根據(jù)現(xiàn)有研究總結(jié)得到可以促進(jìn)植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化的影響因素有：貯藏期內(nèi)果蔬乙烯含量、果蔬組織完整性、加工過(guò)程中PME所處環(huán)境中的pH值、金屬離子濃度、溫度及壓力，具體如圖2所示。

圖2 促進(jìn)植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化的影響因素及機(jī)制Fig. 2 Factors promoting the catalysis of plant endogenous PME on pectin demethylesterification and underlying mechanisms

2.1 乙烯含量

在呼吸躍變型果蔬（如番茄、獼猴桃、芒果等）的貯藏過(guò)程中，植物自身代謝使得乙烯含量升高，當(dāng)乙烯含量積累到一定程度之后便會(huì)引起果蔬質(zhì)構(gòu)軟化，甚至出現(xiàn)腐軟現(xiàn)象。果蔬貯藏過(guò)程中乙烯含量的變化能調(diào)控PME活性變化，進(jìn)而影響果蔬質(zhì)構(gòu)，如在葡萄成熟過(guò)程中，乙烯含量升高可以促進(jìn)葡萄細(xì)胞壁中PME和PG的基因表達(dá)，進(jìn)而使得PME和PG含量升高，促進(jìn)酶促反應(yīng)的發(fā)生[64]，二者進(jìn)一步作用高酯果膠，使其最終降解為半乳糖醛酸，導(dǎo)致果蔬軟化[65]。因此在果蔬生長(zhǎng)期、成熟期、衰老期3 個(gè)階段內(nèi)乙烯含量變化使得植物內(nèi)源性PME活性呈現(xiàn)先緩慢升高后迅速降低變化趨勢(shì)[66]，如西班牙櫻桃掛樹(shù)生長(zhǎng)過(guò)程中PME活力極低，隨著櫻桃成熟可采，PME活力增長(zhǎng)了6 倍以上[67]；早熟期及晚熟期印度香蕉PME活性沒(méi)有顯著性差異，成熟期香蕉的PME活力為早熟期的1.56 倍[65]；澳洲溫柏鮮切后呼吸速率增加且釋放的乙烯量升高，將鮮切溫柏置于聚乙烯袋中放置14 d后PME活力相較第0天增長(zhǎng)了83.43%[68]。

2.2 組織完整性

完整果蔬組織中高酯果膠與植物內(nèi)源性PME物理分離，其中高酯果膠主要分布于細(xì)胞壁的胞間層，PME局部分布于細(xì)胞壁中，因此破壞完整果蔬組織有利于促進(jìn)植物內(nèi)源性PME與高酯果膠結(jié)合發(fā)生脫甲基酯化反應(yīng)。如完整的青豆在室溫條件下無(wú)法檢測(cè)到PME脫甲基酯化的產(chǎn)物甲醇，若將青豆切成薄片則能在同樣室溫條件下檢測(cè)到甲醇，盡管甲醇釋放量較低[69]。超高壓處理后，200～400 MPa、50 ℃條件下破碎胡蘿卜中的PME活性最高，甲醇釋放量較處理前提高了19 倍，100～400 MPa、60 ℃條件下完整胡蘿卜中的PME活性最高，甲醇釋放量較處理前提高了14.3 倍[70]，相比完整胡蘿卜，破碎胡蘿卜經(jīng)超高壓處理后甲醇釋放量提高更明顯。

2.3 pH值

PME對(duì)其所處環(huán)境中pH值變化較敏感。PME來(lái)源不同，其最適pH值也不同，最適pH值主要通過(guò)提供PME最佳活性環(huán)境及抑制PMEI-PME結(jié)合來(lái)促進(jìn)植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化。由于植物內(nèi)源性PME的最適pH值環(huán)境為中性或堿性（pH值約為6～8）[3]，且其與酸性細(xì)胞壁相連[9]，如木瓜PME最適pH值為6～9[71]，番茄PME最適pH值為11[9]，因此在低pH值下PME活性較低[72]。此外，堿性環(huán)境中，游離羧基和帶負(fù)電的酶之間產(chǎn)生靜電排斥，使PME從底物中釋放出來(lái)繼續(xù)作用催化高酯果膠脫甲基酯化[9]。

一般PMEI在pH≥9.0時(shí)因構(gòu)象變化而無(wú)法與PME結(jié)合進(jìn)而無(wú)法抑制PME脫甲基酯化[73]，但獼猴桃中的PMEI-PME復(fù)合物結(jié)構(gòu)不受pH值變化影響，其在pH 10.0時(shí)仍很穩(wěn)定[47,73]。

2.4 金屬離子濃度

適宜濃度金屬離子（如Ca2＋）可以軟化細(xì)胞壁，促使細(xì)胞壁中高酯果膠溶出并結(jié)合PME發(fā)生脫甲氧基反應(yīng)[61]。高酯果膠脫甲氧過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生H＋并生成低酯果膠，低酯果膠中的游離羧基能結(jié)合帶正電的PME，中性或稍低pH值環(huán)境中帶正電的PME與Ca2＋競(jìng)爭(zhēng)游離羧基，因此適宜提高Ca2＋濃度可促進(jìn)低酯果膠釋放PME，使其重新游離并繼續(xù)催化高酯果膠；Ca2＋使PME的肽鏈多點(diǎn)交聯(lián)，從而進(jìn)一步穩(wěn)定PME結(jié)構(gòu)。

果蔬內(nèi)含有Ca2＋，但其濃度太低，不能促進(jìn)PME脫甲基酯化[74]。有研究通過(guò)添加Ca2＋來(lái)促進(jìn)PME催化高酯果膠脫甲氧基，如Anthon等添加0.05 mol/L Ca2＋至青豆切片水溶液，發(fā)現(xiàn)PME脫甲基酯化產(chǎn)物甲醇的釋放量增加1 倍[74]。除Ca2＋，NaCl也能促進(jìn)植物內(nèi)源性PME脫甲氧基，如中性pH值條件下，青椒PME在0.13 mol/L NaCl溶液中具有最高活性[1]，還有研究發(fā)現(xiàn)0.10～0.20 mol/L NaCl有利于植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化[75]。

此外，PME通過(guò)靜電作用與高酯果膠結(jié)合，若結(jié)合的酯鍵相鄰處有羧基，則PME會(huì)催化高酯果膠脫甲基酯化為低酯果膠，此時(shí)若環(huán)境中金屬離子濃度太高，其會(huì)結(jié)合高酯果膠中游離羧基，抑制PME的催化反應(yīng)[1,3,9,76]，如存在1.0 mol/L NaCl時(shí)PME活性降低80%[76]。

2.5 溫度

適宜溫度熱處理促進(jìn)植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化的主要原因可總結(jié)為以下3 個(gè)方面：

第一，PME分子運(yùn)動(dòng)會(huì)隨著溫度升高而加快，進(jìn)而活性升高，若溫度過(guò)高其會(huì)破壞PME分子內(nèi)及分子間的共價(jià)鍵進(jìn)而活性降低甚至失活[3]，一般情況下，PME最適溫度為45～55 ℃[9,77]。通過(guò)熱處理促進(jìn)PME脫甲氧基的研究較多，如60 ℃處理后青豆中脫甲基酯化產(chǎn)物甲醇的釋放量增長(zhǎng)至87 倍[74]；番茄PME在pH 7.2、55 ℃或pH 4.4、60 ℃條件下活性最高，若將溫度從20 ℃升高至55 ℃，PME催化活性可提高2～6 倍[3]；21～65 ℃處理?xiàng)l件下，40 ℃時(shí)番茄PME活性最大，其能催化脫甲基酯化反應(yīng)生成低酯果膠進(jìn)而改善番茄汁稠度[78]；純化后的番茄PME脫甲基酯化的最適條件為pH 8.0、55 ℃、300 MPa或pH 4.4、57 ℃、450 MPa[11]。此外，還有研究表明在番茄PG存在的條件下，番茄PME最適溫度會(huì)降低至30 ℃左右[11]；在50～60 ℃條件下PME及PG均具有較高活性[79]，因此，該溫度下不僅能增加果蔬出汁率，還能避免果蔬汁貯藏期內(nèi)的渾濁及沉淀。

第二，適宜溫度（＞40 ℃）處理可使PMEI-PME復(fù)合物發(fā)生解離[1]，進(jìn)而促進(jìn)植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化[9]。熱處理后PMEI還能繼續(xù)結(jié)合果蔬汁中殘余PME，防止貯藏期間內(nèi)果蔬汁渾濁[3]。

第三，適宜熱處理能降低細(xì)胞內(nèi)膨脹壓力、軟化組織、增強(qiáng)果蔬細(xì)胞膜對(duì)Ca2＋的通透性，進(jìn)一步促進(jìn)細(xì)胞壁中果膠流出并與內(nèi)源性PME結(jié)合發(fā)生脫甲基酯化反應(yīng)[80]。有研究用甲醇產(chǎn)生速率表示PME活性，室溫時(shí)完整的青豆中無(wú)甲醇釋放，大于等于45 ℃熱處理1 h并在室溫下靜置23 h后，青豆中甲醇含量顯著升高，這是因?yàn)闊崽幚砥茐牧饲喽沟募?xì)胞結(jié)構(gòu)，使得高酯果膠流出，亦或改變了果膠結(jié)構(gòu)，增加了植物內(nèi)源性PME與果膠接觸的可能性[74]。

2.6 壓力

超高壓（high pressure processing，HPP）是指在常溫或稍高于常溫（25～60 ℃）的條件下進(jìn)行100～1 000 MPa的加壓處理，以達(dá)到對(duì)食品殺菌、鈍酶、改性等目的。目前大量文獻(xiàn)報(bào)道了HPP促進(jìn)植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化或提高植物內(nèi)源性PME熱穩(wěn)定性的條件及作用效果（表1）。

表1 HPP促進(jìn)PME脫甲基酯化的作用條件及作用效果Table 1 Promoting effect of HPP conditions on PME demethylesterification of pectin

此外，還有研究表明，HPP處理后果膠分子結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)未發(fā)生顯著變化[91]，因此推測(cè)HPP增強(qiáng)PME脫甲基酯化主要與HPP增強(qiáng)植物內(nèi)源性PME穩(wěn)定性、減弱PME抑制劑的作用、促進(jìn)酶與底物的結(jié)合、影響反應(yīng)平衡等有關(guān)?；诖送茰y(cè)，本文總結(jié)了現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)HPP促進(jìn)植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化的6種機(jī)制。

第一，天然構(gòu)象的酶通常會(huì)折疊至最低能量狀態(tài)，因此在天然構(gòu)象時(shí)，酶無(wú)法獲得最大催化活性和反應(yīng)穩(wěn)定性，采用較低壓力條件下的（＜300 MPa）HPP處理可以通過(guò)修飾酶靜電、疏水相互作用、氫鍵來(lái)影響酶的三級(jí)、四級(jí)結(jié)構(gòu)，使PME暴露出更多活性位點(diǎn)或增加現(xiàn)有活性位點(diǎn)的大小[92]，進(jìn)而促進(jìn)植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化[93]。此外，加壓過(guò)程中氫鍵的形成會(huì)改變酶的摩爾體積，并形成分子間二硫鍵，從而進(jìn)一步穩(wěn)定酶構(gòu)象[94]；HPP還能增強(qiáng)蛋白質(zhì)中弱酸性及堿性基團(tuán)與水分子之間的電致伸縮，形成更穩(wěn)定的離子鍵，同時(shí)減少蛋白質(zhì)分子上游離親水基團(tuán)數(shù)量，形成了更穩(wěn)定的蛋白質(zhì)水合結(jié)構(gòu)，從而提高了蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性[93]。

第二，HPP可提高PME的熱穩(wěn)定性，且一定溫度下PME活性會(huì)隨HPP處理壓力的升高而增大。在壓力小于300 MPa、溫度高于50 ℃處理?xiàng)l件下，純化胡蘿卜PME活性會(huì)隨壓力升高而增大，相比60 ℃、100 MPa處理，60 ℃、300 MPa處理后PME活力升高了75%[95]；在壓力不超過(guò)300 MPa、溫度不低于64 ℃處理?xiàng)l件下，純化的香蕉PME活性會(huì)隨壓力升高而增大[96]。進(jìn)一步分析并總結(jié)原因：1）溫度升高會(huì)破壞蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而降低PME活性，而HPP（＜200 MPa）處理后PME四級(jí)結(jié)構(gòu)可能會(huì)重新折疊，進(jìn)而PME恢復(fù)活性[63]；2）高溫作用后PME氫鍵不穩(wěn)定，水分子與蛋白質(zhì)分子間的作用力被破壞，影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及PME活性[97]，而壓力會(huì)增強(qiáng)PME穩(wěn)定性，有研究采用核磁共振和低頻拉曼光譜法檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，HPP處理后蛋白質(zhì)中的氫鍵長(zhǎng)度更短且氫鍵更穩(wěn)定[82]，且HPP會(huì)促進(jìn)蛋白質(zhì)中弱酸性及堿性基團(tuán)與水分子形成穩(wěn)定的離子鍵，進(jìn)一步提高PME活性[93]；3）根據(jù)微觀有序原理，恒溫下壓力的升高會(huì)導(dǎo)致分子的有序化，且向體積減小的方向進(jìn)行，進(jìn)而有利于促進(jìn)PME催化反應(yīng)，而熱作用與高壓作用方向相反[82]。

第三，HPP處理會(huì)壓縮溶液體積進(jìn)而提高處理過(guò)程中底物的濃度，進(jìn)一步加快植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化速率[82,92]。

第四，HPP能降低PME抑制劑對(duì)PME的抑制作用。1）100 MPa以上壓力的HPP處理會(huì)使PMEI與PME解離，進(jìn)而促進(jìn)植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化[9]，處理結(jié)束后PMEI還可與PME重新結(jié)合，并抑制殘余PME活性，防止貯藏期內(nèi)果蔬汁品質(zhì)劣變[3]；2）HPP能影響果蔬汁中多酚氧化酶活性，促進(jìn)多酚氧化，而多酚氧化產(chǎn)物會(huì)抑制PME活性，如200、300 MPa/10 min/20 ℃條件下HPP處理可以激活多酚氧化酶，此時(shí)PME活性顯著降低，而400 MPa條件會(huì)抑制多酚氧化酶活性，使PME活力增加64.8%[81]。

第五，HPP促進(jìn)植物內(nèi)源性PME與高酯果膠的結(jié)合機(jī)率。有研究推測(cè)高壓處理后草莓汁黏度下降是由于200 MPa的HPP能縮減植物內(nèi)源性PME與果膠之間的空間，增大二者結(jié)合機(jī)率，從而促進(jìn)PME脫甲基酯化[98]。其次，HPP處理會(huì)破壞植物細(xì)胞膜，增加游離PME含量，也能增大其與果膠結(jié)合機(jī)率[98]。

第六，HPP通過(guò)減小反應(yīng)體系體積來(lái)促進(jìn)植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化。PME脫甲基酯化后反應(yīng)體系體積減小，在果膠上產(chǎn)生更多帶電基團(tuán)[99]，此時(shí)加壓處理會(huì)促進(jìn)去甲基酯化反應(yīng)向體積減小的方向進(jìn)行。此外，HPP能促進(jìn)弱電解質(zhì)電離[93]，進(jìn)而通過(guò)庫(kù)侖作用使得水偶極子在帶電基團(tuán)附近緊密排列，產(chǎn)生電致伸縮效應(yīng)進(jìn)而降低反應(yīng)體積[100]。

3 促進(jìn)植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化在果蔬加工中的應(yīng)用

3.1 改善果蔬制品質(zhì)構(gòu)品質(zhì)

采用適宜溫度處理、超高壓處理、Ca2＋處理等促進(jìn)植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化產(chǎn)生低酯果膠后，隨著游離羧基數(shù)量的增多，低酯果膠能進(jìn)一步與添加的外源Ca2＋交聯(lián)形成低酯凝膠或CSP，從而改善果蔬或果蔬制品的硬度和脆度，還能避免非酶促降解或者PG等酶催化低酯果膠引起的軟化問(wèn)題。新鮮果蔬中的PME受外源乙烯調(diào)控后活性升高，則其會(huì)結(jié)合并作用于高酯果膠從而生成低酯果膠，此時(shí)通過(guò)添加外源Ca2＋可以更好地保持果蔬硬度，目前這一措施已在木瓜、櫻桃、蘋(píng)果、葡萄、茄子等中得以應(yīng)用[35]。此外，低酯果膠可以結(jié)合外源添加的Ca2＋生成CSP，使WSP含量降低，其能增強(qiáng)細(xì)胞壁強(qiáng)度，從而提高低鹽鹽漬黃瓜、蘿卜泡菜等發(fā)酵果蔬制品的脆度、改善灌裝果蔬制品的質(zhì)構(gòu)等[101]。有研究用CSP/WSP的比值表征熟荷根的硬度，若該比值不低于0.25，則熟荷根硬度大且較脆，若該比值不高于0.25則熟荷根呈粉狀[57]。還有研究使用Ca2＋真空浸漬來(lái)改善HPP處理導(dǎo)致鮮切馬鈴薯硬度下降的問(wèn)題[102]，此外，經(jīng)Ca2＋固化處理的番茄丁在貯藏30 d后硬度仍比未固化的番茄丁硬度大[103]。

目前外源添加的Ca2＋主要來(lái)源于乳酸鈣、氯化鈣。其中乳酸鈣處理效果優(yōu)于氯化鈣，其得到的制品更脆，且能避免添加氯元素所帶來(lái)的苦、異味，5～30 g/L乳酸鈣現(xiàn)已作為哈密瓜、草莓、胡蘿卜等果蔬的固化劑[104]。

3.2 制備低酯凝膠

高酯果膠制備高酯凝膠的條件較為苛刻：pH值為2.0～3.5的酸性環(huán)境且存在一定濃度的共存溶質(zhì)。如蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)在55%以上才能形成凝膠，因此高酯凝膠主要適用于高糖類(lèi)食品的生產(chǎn)[91]。而PME脫甲基酯化產(chǎn)生的低酯果膠能在較寬的pH值范圍、有糖或無(wú)糖的條件下與Ca2＋結(jié)合成低酯凝膠[105]，形成條件更簡(jiǎn)單，目前低酯凝膠廣泛應(yīng)用于低糖、低熱量食品的生產(chǎn)中。此外，在實(shí)際應(yīng)用中，相比高酯凝膠，低酯凝膠具有更高的硬度、膠黏性和耐嚼性[106]，其可以增加腌菜等果蔬制品的脆度和硬度[42]，更好地保留果蔬泥的稠度[107]。

此外，相比常壓酶法和傳統(tǒng)堿法制備低酯果膠，HPP激活植物內(nèi)源性PME生成低酯果膠的效率更高，較常壓酶法提高了5 倍，且生成的低酯果膠分子質(zhì)量較大，中性糖側(cè)鏈較少，進(jìn)而低酯果膠黏度更高、增稠性更好，能較快形成均一、黏彈性更好的凝膠[91]。

3.3 提高果蔬出汁率

果蔬汁營(yíng)養(yǎng)豐富，風(fēng)味獨(dú)特，現(xiàn)已逐漸成為消費(fèi)者們的首選飲料[108]。隨著大健康時(shí)代的來(lái)臨和消費(fèi)者們對(duì)更少加工、更營(yíng)養(yǎng)、更健康產(chǎn)品需求的不斷增長(zhǎng)，果蔬汁加工業(yè)正由過(guò)去的濃縮還原果蔬汁向非濃縮還原果蔬汁轉(zhuǎn)變。此外，采用純物理非熱加工技術(shù)如HPP加工得到的非濃縮還原果蔬汁能更好地保留果蔬原有的新鮮品質(zhì)和良好風(fēng)味，滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)“健康”和“天然”食品的需求[63]。然而部分果蔬如柿子等含有豐富果膠，破碎后果漿較黏稠，壓榨取汁難度大[109]，低出率汁率會(huì)嚴(yán)重影響果蔬汁生產(chǎn)效，同時(shí)造成原料的大量浪費(fèi)。

有研究表明，促進(jìn)植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化生成低酯果膠，同時(shí)PG繼續(xù)降解低酯果膠可以顯著提高果蔬出汁率[45]。其中，PME是熱不穩(wěn)定的壓力穩(wěn)定酶，而PG是熱穩(wěn)定的壓力不穩(wěn)定酶[11]，因此，一定溫度及壓力條件下的HPP處理可在激活PME的同時(shí)保持PG活性[110]。此外，HPP處理后的靜置溫度也十分關(guān)鍵，一般情況下PG最適溫度為55～60 ℃，但其會(huì)受果蔬種類(lèi)影響，恭城月柿PG最適溫度為30～40 ℃；PME最適溫度為45～55 ℃，但其會(huì)因PG存在降低至30 ℃左右[111]，因此在30～40 ℃的靜置溫度下果漿黏度下降且出汁率升高，最終可以通過(guò)離心獲得果蔬清汁[41]。

此外，不同類(lèi)型的果蔬汁產(chǎn)品的產(chǎn)品特性也不同，如果蔬濃縮汁需要具有較好的出汁率和存在部分可溶性果膠（有利于保留濃縮汁良好的風(fēng)味和色澤）。因此，針對(duì)果蔬濃縮汁的產(chǎn)品特性，加工過(guò)程或貯藏過(guò)程中需要抑制部分PME活性保留一定水溶性高酯果膠，有研究表明殘留20%的PME活力時(shí)，4～30 ℃條件下貯藏4 個(gè)月后橙汁都能保持較好的風(fēng)味品質(zhì)[112]；殘留14%的PME活力時(shí)，番茄汁能在4 ℃條件下穩(wěn)定貯藏77 d[26]?？偨Y(jié)得到以下4 個(gè)措施以保持果蔬濃縮汁品質(zhì)及貯藏期間穩(wěn)定性：1）使用PME抑制劑[9]；2）80～90 ℃熱滅活果蔬濁汁中殘余PME活性[60]；3）外源添加天然混濁劑[12]；4）高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)[113]、高壓均質(zhì)技術(shù)[106]和超聲處理[114]可減小果蔬濁汁中可溶性固形物的粒徑，增強(qiáng)果蔬濁汁貯藏期內(nèi)的穩(wěn)定性。

3.4 促進(jìn)香氣釋放

通過(guò)氫鍵、疏水相互作用及物理阻礙，果膠、麥芽糖糊精、改性淀粉等粒徑較大的物質(zhì)可與香氣等小分子物質(zhì)結(jié)合，控制其揮發(fā)與釋放[115]，其中果膠主要通過(guò)其復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)保留香氣成分并抑制其向外擴(kuò)散。有研究表明，相同分子質(zhì)量下，果膠酯化度降低可以更好地緩釋香氣成分，如丁酸甲酯、丁酸乙酯、壬醛、己酸、鄰氨基苯甲酸甲酯、乙酸等[116]，主要是因?yàn)楣z黏度增加100 倍，香氣化合物擴(kuò)散系數(shù)為酯化度較高的果膠的2～3 倍，而高酯果膠硬度高、黏著性強(qiáng)，因此其會(huì)抑制香氣的釋放，低酯果膠黏度較低，更有利于香氣的釋放并提供更好的感官品質(zhì)[116]。此外，分子質(zhì)量高的低酯果膠凝膠特性強(qiáng)、柔韌性高，其與Ca2＋生成的低酯凝膠后，Ca2＋與果膠主鏈中羧基的強(qiáng)相互作用會(huì)阻礙芳香族化合物與果膠間的相互作用，進(jìn)而使得芳香族化合物的釋放性更強(qiáng)[117]，且低酯凝膠的黏度變化不會(huì)影響芳香醛的釋放[118]。

4 結(jié) 語(yǔ)

在果蔬貯藏與加工中，果膠在保持果蔬及其制品的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)與穩(wěn)定性方面發(fā)揮重要作用，而果膠與植物內(nèi)源性PME密切相關(guān)。目前PME催化果膠作用機(jī)制及其對(duì)果蔬質(zhì)構(gòu)的影響已有了成熟的研究與認(rèn)識(shí)，本文在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步總結(jié)了果蔬貯藏加工過(guò)程中乙烯含量、溫度、壓力等6 個(gè)影響植物內(nèi)源性PME活性的因素及其影響機(jī)制，詳細(xì)分析了促進(jìn)植物內(nèi)源性PME脫甲基酯化在果蔬加工中的應(yīng)用。然而，目前實(shí)際食品生產(chǎn)中，鮮有研究通過(guò)激活植物內(nèi)源性PME來(lái)改善果蔬加工品質(zhì)，且較少研究關(guān)注低酯果膠的生產(chǎn)與應(yīng)用，而低酯果膠具有較好的加工及功能特性；因此，激活植物內(nèi)源性PME、促進(jìn)低酯果膠的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用是未來(lái)研究及生產(chǎn)的新目標(biāo)與新方向。