Schätzungen zufolge gehen aufgrund der hohen Verderblichkeit während Transport und Lagerung 25 % bis 80 % der geernteten Früchte und Gemüse verloren. Daher erfordern sie sowohl in der Nachernte-Lagerung als auch in der Verarbeitung besondere Sorgfalt. Die Verarbeitung von Obst und Gemüse hat sich durch die Herstellung von Säften, Pulpen, Pürees, Gelees, Trockenfrüchten, Süßwaren und Konfitüren weiterentwickelt, was einen kontinuierlichen Konsum ermöglicht, Abfälle reduziert und den Verbrauch verarbeiteter Produkte steigert.

Enzyme sind über den gesamten Lebenszyklus von Obst und Gemüse von Bedeutung. Enzyme bleiben auch nach der Ernte aktiv und können unerwünschte Auswirkungen auf Farbe, Textur, Geschmack, Geruch und Nährwert haben. Der Einsatz von Enzymen unterstützt die Verarbeitung von Obst und Gemüse, indem er vor allem die Hydrolyse von Polysacchariden fördert und die Extraktion intrazellulärer Verbindungen erleichtert. Da sich der Gehalt dieser Biomoleküle je nach Pflanze in Zusammensetzung und Menge unterscheidet, sind für jeden Prozess unterschiedliche Enzyme erforderlich. Enzymatische Verfahren bieten gegenüber dem Einsatz von Chemikalien Vorteile wie höhere Spezifität, milde Reaktionsbedingungen und geringere Abfallmengen. Zu den wichtigsten in der Obst- und Gemüseverarbeitung eingesetzten Enzymen zählen Pektinesterase, Pektinase, Protopektinase, Hemicellulase, α-Amylase, Glucoamylase usw.

Pektinasen

Pektine umfassen Protopektine, Pektinsäuren und pektische Substanzen und machen etwa 0,5 % bis 4,0 % des Gesamtgewichts frischer Früchte aus; zudem sind sie mit 2 % bis 35 % Bestandteile der Mittellamellen, die benachbarte Zellen miteinander verbinden. Pektin kann durch pektinolytische Enzyme abgebaut werden, die pflanzlichen oder mikrobiellen Ursprungs sein können. Diese Enzyme werden aus Früchten gewonnen und auch durch Fermentation von Nebenprodukten der Saftgewinnung hergestellt. Die Pektinesterase (Polymethylgalacturonat-Esterase, PMGE, EC 3.1.1.11) katalysiert die Hydrolyse von Methylestergruppen aus Pektin, setzt Methanol frei und wandelt Pektin in Pektat um. Die Zugabe von Pektinase erleichtert die Hydrolyse von Kohlenhydraten, was ein besseres Auspressen der Früchte ermöglicht, die Extraktionsausbeute erhöht und die Konzentration von Säuren, Aromastoffen und Farbstoffen steigert. Folglich spielen Pektinasen eine zentrale Rolle in der Lebensmittelverarbeitungsindustrie, insbesondere bei der Herstellung von Getränken; sie werden zudem широко zur Extraktion von Ölen, Sirupen und Stärken eingesetzt. Diese Enzyme werden verwendet, um die Textur von Gemüse zu reduzieren und dadurch die Verarbeitung zu erleichtern. In der Saftproduktion werden häufig Kombinationen aus Pektinasen, Cellulasen und Hemicellulasen eingesetzt, sogenannte Mazerationsenzyme, um Mazeration, Verflüssigung und Klärung zu unterstützen.

Cellulasen

Cellulasen fördern die Hydrolyse von Cellulose, einem Polysaccharid, das aus mehreren Glucoseeinheiten besteht. Diese Enzyme sind hochspezifische Biokatalysatoren, die synergistisch wirken, um Zucker freizusetzen; Glucose ist dabei von großer industrieller Bedeutung, da sie unter anderem zu Ethanol, Süßungsmitteln, Phytohormonen und organischen Säuren umgesetzt werden kann. Die wichtigsten kommerziellen Cellulase-Präparate werden aus filamentösen Pilzen gewonnen. Cellulasen werden in der Getränkeindustrie zur Herstellung von Fruchtsäften und bei der Weinverarbeitung eingesetzt. Sie erleichtern die Saftgewinnung und die Mazeration zur Herstellung von Fruchtnektaren, indem sie Celluloseketten spalten, die dazu beitragen, Flüssigkeit in den Pflanzenzellen zu binden. Darüber hinaus bauen sie unangenehm schmeckende Verbindungen ab, setzen Aromastoffe frei und verbessern Aroma und Geschmack von Getränken.

Xylanasen (Hemicellulasen)

Das Hemicellulose-Xylan ist das weltweit am häufigsten vorkommende Biopolymer und repräsentiert etwa 30 % des erneuerbaren organischen Kohlenstoffs. Hemicellulasen (Xylanasen) sind eine Gruppe von Enzymen, die Hemicellulose-Polymere abbauen. Diese Enzyme werden von Bakterien, Pilzen, Algen, Protozoen, Nematoden, Krebstieren, Insekten und Pflanzen produziert. Xylanasen werden zusammen mit Cellulasen und Pektinasen zur Klärung und Verflüssigung in der Obst- und Saftindustrie eingesetzt.

α-Amylasen

α-Amylase kommt in Pflanzen, Säugetiergeweben und Mikroorganismen vor. Pilz-α-Amylase ist thermosensitiv und wird bei Temperaturen über 70 °C inaktiviert. α-Amylasen machen etwa 30 % der Enzyme auf dem Weltmarkt aus und werden in zahlreichen industriellen Prozessen eingesetzt, z. B. bei der Stärkeverzuckerung, in der Textilindustrie, Papierherstellung, Brauerei, Bäckerei, in Waschmitteln, Kuchen, Fruchtsäften, Stärkesirupen, Brennereien, bei der Herstellung von Arzneimitteln gegen Magenbeschwerden sowie in weiteren pharmazeutischen Anwendungen.

Der Einsatz von Enzymen in der Lebensmittelindustrie hat deutlich zugenommen, wodurch der Mehrwert des Endprodukts steigt und die Produktion erhöht wird, während gleichzeitig die Kosten sinken. Die enzymunterstützte Extraktion ist zudem ein umweltfreundliches Extraktionsverfahren zur Gewinnung einer Vielzahl bioaktiver Moleküle, das Prozesszeit und Energie einspart und potenziell einen besser reproduzierbaren Extraktionsprozess im kommerziellen Maßstab ermöglicht, was seine Bedeutung für zukünftige Märkte unterstreicht.

Referenz

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1. Chandrasekaran M . Enzymes in Food and Beverage Processing [J]. Food Australia, 1977, 46(4):179.