収穫された果実・野菜の25%～80%は、腐敗しやすい特性に起因して輸送および保管中にロスが発生すると推定されている。そのため、収穫後の保管および加工の双方において特別な管理が必要である。果実・野菜の加工は、ジュース、パルプ、ピューレ、ゼリー、ドライフルーツ、菓子、ジャム等の製造により進展しており、これにより継続的な消費、廃棄ロスの低減、ならびに加工品の消費拡大が可能となる。

酵素は果実・野菜のライフサイクル全体を通じて重要である。酵素は収穫後も活性を保持し、色調、テクスチャー、味、香り、栄養価に望ましくない影響を及ぼす場合がある。酵素の使用は果実・野菜の加工を支援し、主として多糖類の加水分解に作用するとともに、細胞内化合物の抽出を促進する。これら生体分子の組成および含有量は植物種ごとに異なるため、工程ごとに適切な酵素が必要となる。酵素プロセスは、化学薬品の使用と比較して、高い特異性、温和な反応条件、廃棄物発生量の低減等の利点を有する。果実・野菜加工で使用される主な酵素には、ペクチンエステラーゼ、ペクチナーゼ、プロトペクチナーゼ、ヘミセルラーゼ、α-アミラーゼ、グルコアミラーゼ等が含まれる。

ペクチナーゼ

ペクチンはプロトペクチン、ペクチン酸、ペクチン等を含み、生鮮果実の総重量の約0.5%～4.0%を占めるほか、隣接細胞を結合する中層（ミドルラメラ）の構成成分として2%～35%を占める。ペクチンは、植物由来または微生物由来のペクチン分解酵素（ペクチン溶解酵素）により分解され得る。これらの酵素は果実から得られるほか、ジュース抽出副産物の発酵によっても得られる。ペクチンエステラーゼ（ポリメチルガラクツロネートエステラーゼ、PMGE、EC 3.1.1.11）は、ペクチンのメチルエステル基の加水分解を触媒し、メタノールを遊離させるとともに、ペクチンをペクタンへ変換する。ペクチナーゼの添加は炭水化物の加水分解を促進し、果実の搾汁性を向上させることで抽出収率を増加させ、酸、香味成分、色素成分の濃縮を高める。したがって、ペクチナーゼは食品加工産業において重要な役割を担い、特に飲料製造で広く使用されるほか、油脂、シロップ、デンプンの抽出にも用いられる。これらの酵素は、加工を容易にする目的で野菜のテクスチャーを低減するためにも使用される。ジュース製造では、マセレーション、液化、清澄化を促進するため、マセレーション酵素として知られるペクチナーゼ、セルラーゼ、ヘミセルラーゼの併用がしばしば採用される。

セルラーゼ

セルラーゼは、複数のグルコース単位からなる多糖であるセルロースの加水分解を促進する。これらの酵素は高い特異性を有する生体触媒であり、相乗的に作用して糖を遊離させる。なかでもグルコースは、エタノール、甘味料、植物ホルモン、有機酸等への転換が可能であることから、産業上重要である。セルラーゼの主要な商業製剤は糸状菌から得られる。セルラーゼは飲料産業において果汁製造およびワイン加工に使用される。植物細胞内に液体を保持するセルロース鎖を切断することで、ジュースの抽出および果実ネクター製造におけるマセレーションを促進する。さらに、不快味の原因となる化合物を分解し、香味成分を遊離させることで、飲料の香りおよび風味を改善する。

キシラナーゼ（ヘミセルラーゼ）

ヘミセルロースの一種であるキシランは、世界で最も豊富なバイオポリマーであり、再生可能な有機炭素の約30%を占める。ヘミセルラーゼ（キシラナーゼ）は、ヘミセルロースポリマーを分解する酵素群である。これらの酵素は、細菌、真菌、藻類、原生動物、線虫、甲殻類、昆虫、植物によって産生される。キシラナーゼは、果実・果汁産業における清澄化および液化のために、セルラーゼおよびペクチナーゼと併用される。

α-アミラーゼ

α-アミラーゼは植物、哺乳類組織、微生物に存在する。真菌由来α-アミラーゼは熱感受性であり、70℃を超える温度で失活する。α-アミラーゼは世界の酵素市場の約30%を占め、デンプン糖化、繊維産業、製紙、醸造、製パン、洗剤、ケーキ、果汁、デンプンシロップ、蒸留所工程、胃部不調に対する薬剤の調製、その他の医薬品等、多様な産業プロセスに適用されている。

食品産業における酵素の使用は大幅に増加しており、コストを削減しつつ生産量を増加させ、最終製品の付加価値を高めている。酵素支援抽出は、さまざまな生理活性分子の製造に向けた環境配慮型の抽出手法でもあり、処理時間およびエネルギーを削減するとともに、商業規模においてより再現性の高い抽出プロセスを提供し得ることから、将来市場における重要性が示されている。

参考文献

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