基本介紹
性質和生產,來源和性質,生產方式,套用,防止茶飲料的冷渾濁,提高茶葉的提取率,保持色澤和減輕苦澀味,展望,
性質和生產
來源和性質
單寧酶除存在於富含單寧的植物中外，還廣泛存在於微生物中。能夠產生單寧酶的微生物來源十分豐富，主要是真菌類的麴黴屬、青黴屬和根霉屬，尤其是麴黴屬中的黑麴黴、米麴黴和黃麴黴；此外，酵母菌、寄生內座殼菌、巴斯德菌、茄形鐮刀菌和綠色木霉等也可產生單寧酶。
單寧酶是一種糖蛋白，不同來源的單寧酶其分子量和糖鏈的含量有所差異，酶蛋白由2-8個單體聚合而成，糖基含量由12%到62%不等。不同來源的單寧酶溫度和pH穩定性不同：最適溫度較高的50-60℃，一般在30-40℃之間，熱穩定範圍在60-70℃以下；來源於真菌和植物的單寧酶的最適pH一般為4.0-6.0，pH穩定性範圍一般是3.0-7.0之間，細菌單寧酶的最適pH一般偏中性。金屬離子對單寧酶活性的影響也有所不同：Libuchi S等發現許多離子對單寧酶無活化作用，但Zn和Ca可抑制酶活，另外EDTA溶液會使酶完全失活，而Aoki K等發現EDTA對酶活無明顯影響。Rajakumar G S等發現Cu，Zn，Fe，Mg均對酶活力有顯著影響。郭魯宏等研究發現除了Mn，Zn抑制酶活之外，其它金屬離子對酶活均無明顯的激活或抑制作用。Kar B 等研究表明Mg、Hg可提高單寧酶活力，Ba、Ca、Zn、Hg、Ag會抑制酶活力，Fe、Co完全抑制酶活。
生產方式
單寧酶是一種誘導酶，可由微生物在單寧酸存在的條件下誘導產生的，目前對單寧酶發酵生產研究的重點多集中在麴黴和青黴上，常通過誘變育種選育和改良生產菌株以及通過最佳化發酵條件等途徑來提高發酵產酶活力。如Libuchi等以Asp oryzae為出發菌株，以單寧酶為誘導物，探討了菌株產單寧酶的最適培養條件。Aoki K等以酵母屬的Candida spK-Ⅰ為出發菌株，以單寧為誘導物，探討了培養的最適條件，發現添加了3%的單寧所得的單寧酶積累量最多。Bradoo S等對產單寧酶的日本麴黴進行搖瓶發酵培養條件最佳化，將酶活力提高了13%。龔加順等利用離子注入技術誘導得到一株單寧酶高產的9701菌株，其搖瓶培養的酶活力高達13.0l IU/ml，比出發菌株9401的酶活力高了2.89倍，且產酶性能穩定，重複性好；對另一株單寧酶高產菌株進行產酶條件最佳化後，獲得了53.58mo1/s的高產酶活力。王征等對黑麴黴的產酶發酵條件進行最佳化研究，獲得316U/m1的較高酶活力。劉如石等對黑麴黴NO.3菌株產酶發酵條件進行最佳化研究，最高酶活力可達144.25U/100mL發酵液，酶比活力為17.71。近期余鈞池等採用先培養菌體後再誘導產酶的方式，在誘導劑濃度為1.5%，誘導培養基初始pH5.0，30℃培養48h的條件下，發酵米麴黴得到的單寧酶活力相當於167.4U/ml發酵液。
基因工程育種具有能定向、穩定遺傳、目的性強、育種周期短和能克服遠緣雜交的障礙等優點，國內外都開展了構建高產單寧酶基因工程菌的研究。Hatamoto O等克隆了米麴黴單寧酶的基因，用3個脫氧核糖核苷酸探針按照單寧酶N-末端和內在的胺基酸序列合成了單寧酶基因。單寧酶低產菌株米麴黴AO1被包含單寧酶基因的質粒pT1轉化後，轉化株的單寧酶活力增加了，且與轉化的質粒數成比例。陳志仕克隆並分析了米麴黴單寧酶基因序列，構建了含單寧酶基因的載體，實現了在大腸桿菌（E.coli）和畢赤酵母（Pichia pastoris）中的表達。鄭穗蘭改造了重組米麴黴單寧酶基因的表達質粒，成功地進行了基因表達框架的改造，通過轉化篩選獲得了轉化子並進行了搖瓶表達的初步摸索。ZHONG X F 等研究了米麴黴單寧酶基因在畢赤酵母（Pichia pastoris）中的表達，酶活力比出發菌株提高了3倍。由於天然菌生產單寧酶主要是通過麴黴屬微生物的發酵獲得，麴黴屬發酵工藝成熟、易於大規模的培養、成本低廉、副產物少、產物分離簡單，人們也對利用重組麴黴表達系統提高單寧酶的表達進行了嘗試。如黃小鳳等利用PCR擴增得到米麴黴單寧酶基因的編碼序列，然後將其連線到黑麴黴的表達載體ANED2-SP2上。將構建好的單寧酶基因表達載體通過原生質轉化法導入黑麴黴菌株ST31中，該重組菌株的單寧酶活力最高為104.02U/ml，比原始天然菌株提高了2-3倍。Tadashi T等將外源的DNA整合到大豆麴黴和米麴黴的染色體中，提高了在ku70 和ku80 基因斷裂過程中基因的中靶頻率，為單寧酶基因的整合提供了參考價值。
單寧酶的生產可採用固體發酵和液體深層發酵兩種方法。雖然固體發酵的設備要求比較簡單，易於推廣，但其缺點是容易污染雜菌；而液體深層發酵比較容易控制，不易污染雜菌，而且生產效率高，目前單寧酶的研究和生產多採用液體深層發酵的方法。
套用
防止茶飲料的冷渾濁
在茶飲料的生產中，茶葉的高溫提取液冷卻後會變渾濁，並產生絮狀沉澱（茶乳酪）。茶葉提取液中固形物濃度越高，這種沉澱現象越嚴重，影響了茶飲料的穩定。此外，茶飲料在冷藏中也會變得渾濁，滋味和香氣都會產生很大的影響，這種現象使其作為冷飲的商品價值受到很大的損害。茶飲料產生茶乳酪沉澱的原因是茶水中的咖啡因與兒茶素或者是以茶黃素等為核心形成的不溶性複合物，防止產生沉澱的方法包括原料茶葉的選擇、適當的抽提條件、膜過濾處理、降低水溶性固形物的濃度等，也有採用添加PVPP進行處理。但不管是哪一個方法都會使茶葉的特有成分咖啡因和兒茶素類的含量下降，添加糖類雖然可抑制沉澱生成，但也存在增加熱量等問題。單寧酶是將茶乳酪轉溶的專一酶，它能斷裂兒茶酚與沒食子酸間的酯鍵，使苦澀味的酯型兒茶素水解，釋放出的沒食子酸陰離子又能與茶黃素、茶紅素競爭咖啡鹼，形成分子量較小的水溶性短鏈物質，從而降低茶湯的混濁度。Takino Y利用米麴黴產生的單寧酶作用於6%的紅茶茶湯，發現單寧酶在茶湯pH 為5.6，溫度為45 ℃的條件下作用30-60分鐘後，茶乳酪產生最少。可口可樂公司利用單寧酶解決茶飲料中的“冷後渾”，取得了良好的效果，渾濁度由80%降至8%。對紅茶進行單寧酶處理，結果發現速溶茶完全溶於冷水，而且滋味良好，而無酶處理的茶的固形物和浸提物產量均低於酶處理的茶。日本專利J P3951260 報導：將提取物的溫度控制在單寧酶適宜溫度（20-80 ℃），添加酶量為每克乾茶0.5～50單位，調整pH4.0～7.0，經酶處理的茶湯用分子量不少於5000道爾頓的超濾膜過濾，再經反滲透濃縮後，冷凍乾燥即得冷水可溶的速溶茶。近年來由於透明塑膠瓶的大量使用，飲料的透明度比以往有更高的要求，單寧酶防止茶飲料產生冷渾濁的作用效果更加受到關注。
提高茶葉的提取率
中森薰等發現，與未用單寧酶處理的茶葉提取液相比，用單寧酶處理的提取液中，單寧的含量增加34%，咖啡因增加43%，而可溶性固形物也增加了24%，因而從茶葉提取出的多種成分能保持在提取液中，不被沉澱，使茶葉的提取率大幅度上升。單寧酶套用於紅茶、綠茶、烏龍茶深加工中, 還能使茶葉中可溶性金屬元素含量增加。Lauren S.等報導，用單寧酶處理紅茶，茶湯中可溶性鐵、鈣的含量分別增加了23%與15%；若在綠茶加工中使用單寧酶，可使離子鐵的含量提高18%，並部分消除夏春茶的苦澀味，提高茶品質。Jakson 和Lee研究報導，添加單寧酶處理茶湯，茶中的鐵、鈣、鎂和鋅等離子的溶解性會增加。單寧酶還可用以輔助茶葉抗氧化劑來對抗食品氧化，如Mai J等報導用單寧酶處理的紅茶水浸出物其抗氧化能力得到增強。
保持色澤和減輕苦澀味
通常茶飲料由於浸出後產生沉澱，就會使提取液中的固形物濃度下, 降而色澤變淡。單寧酶的作用提高了茶成分的得率，就能防止這種現象的發生。同時，由於茶葉中所含的咖啡因、維生素、兒茶素類物質具有多種生理功能，例如茶多酚類的抗氧化作用、抗菌作用等，通過單寧酶處理，提高茶葉有效成分的得率，也就提高了其功能性。美國斯福冰茶公司研究認為，在加工速溶紅茶的提取工序之前，將紅茶先用單寧酶和纖維素酶的溶液噴灑，然後將茶葉放入封閉系統中放置一段時間，不僅可提高原料的製取率，增加可溶性物質的含量，而且還能減輕一些苦澀味，增加茶葉的香氣。在綠茶、烏龍茶加工中的套用研究中也發現，加入一定量的單寧酶能降低酯型兒茶素的含量，從而消除夏秋茶的部分苦澀味道。
展望
單寧酶防止冷混濁、提高提取率、保持色澤和改善口味的作用在茶飲料工業中有廣泛的套用。如何採取更高效的方法培育高產菌株、提取單寧酶液，以降低成本，是單寧酶研究中的主要內容。此外，單寧酶如果是以水溶性酶的狀態進行作用，酶在整個反應系統中與底物、產物混在一起，難以回收利用。尋找合適的載體，將酶固定化，實現酶反應工藝管道化、連續化、自動化，將進一步降低生產成本，提高生產效率。
