黑果腺肋花楸果汁生物降糖工艺研究

摘要：  在黑果腺肋花楸多酚浸膏加工中，需要在不改变多酚类物质原有结构和性质的情况下，有效降低果汁的糖度。利用生物法，可将黑果腺肋花楸果汁中的糖分转化成CO2、水和乙醇，然后利用蒸馏法除去，从而实现降糖目标。影响生物降糖的主要因素包括降糖温度、通气量和降糖pH值，通过对黑果腺肋花楸果汁生物降糖的研究，得出最佳降糖温度为果汁中心温度30℃，最佳通气量为30 v/v·h，最佳降糖pH值为4～4.5。黑果腺肋花楸果汁糖度降低到1%以下，降糖比率达到94.3%以上。

关键词：  黑果腺肋花楸;  果汁;  生物法;  降糖

中图分类号：   S 665. 9， TS 262. 7                  文献标识码：   A                  文章编号：1001 - 9499（2019）02 - 0036 - 04

黑果腺肋花楸（Aronia melanocarpa）原产于北美[ 1 ]，上世纪九十年代引入我国。黑果腺肋花楸果汁中富含花青素、类黄酮、酚酸、原花青素等多酚类物质，这些物质能够清除人体内过剩的自由基，对于人体维持正常的新陈代谢具有特殊的功效[ 2 ]。为了充分利用黑果腺肋花楸多酚类物质的抗氧化性，可对这些多酚类物质进行分离、纯化，得到具有较高保健价值的黑果腺肋花楸多酚浸膏。目前，功能性物质分离一般采用有机溶剂提取或萃取的工艺，但黑果腺肋花楸多酚类物质属于具有抗氧化性的一类混合物质，因此很难用单一的提取或萃取工艺将数种多酚类物质同时分离出来。而利用逐一分离法，可将黑果腺肋花楸果汁中的水分、糖分、有机酸、果胶等物质进行逐一分离，最终得到含有较纯多酚类物质的浸膏，从而实现黑果腺肋花楸多酚类物质的纯化。

在黑果腺肋花楸果汁中，水分所占比例为75%～80%，糖分所占比例为15%～18%[ 3 ]，是首先要考虑除去的两种物质。水分可利用蒸馏法去除，糖分通常采用化学或者物理的方法去除。利用化学方法进行降糖[ 4 ]，需要使用氧化剂，这样会对多酚类物质造成破环;利用物理方法进行降糖，需要使用膜过滤技术[ 5 ]，但黑果腺肋花楸果汁中的糖分多以单糖和低聚糖为主，其分子大小与单体多酚类物质分子相仿。因此，利用膜过滤技术不能将糖分与多酚类物质完全分离。本研究利用生物法，将黑果腺肋花楸果汁中的糖分转化成CO2、水和乙醇，然后利用蒸馏法去除，从而实现降糖目标。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

1. 1. 1 原料及化学试剂

黑果腺肋花楸果实：辽宁省建平县富山黑果腺肋花楸基地;

干酵母：广西湘桂酵母科技有限公司;

果胶酶：泰安信得利生物工程有限公司;

柠檬酸：食品级，山东潍坊英轩实业有限公司;

盐酸：分析纯，天津博迪化工有限公司;

氢氧化钠：分析纯，沈阳瑞丰精细化学品有限公司;

硫酸铜：分析纯，沈阳东兴试剂厂;

酒石酸鉀钠：分析纯，沈阳化学试剂厂;

亚铁氰化钾：分析纯，沈阳新兴试剂厂;

葡萄糖：分析纯，沈阳瑞丰精细化学品有限公司。

1. 1. 2 仪器与设备

榨汁机、酶解罐、发酵罐、恒温培养箱、供氧泵、灭菌锅、超净工作台、电子天平、显微镜、pH计。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 试验流程

果实→清洗→沥干→榨汁→酶解→巴氏灭菌→添加干酵母→生物降糖→测定含糖量→当糖度降低到1%以下时，终止降糖。

1. 2. 2 果汁中心温度对生物降糖速率的影响

在降糖过程中，保持果汁中心温度分别为25、30、35、40℃，果汁pH值保持自然状态，在通气量为零的情况下，进行生物降糖。每天测定一次果汁含糖量，当糖度降低到1%以下时，终止降糖，记录降糖时间，测定细菌总数，并对降糖后的果汁进行感官评价[ 6 ]，得出最佳生物降糖温度。

1. 2. 3 通气量对生物降糖时间的影响

保持果汁中心温度为最佳生物降糖温度，果汁pH值为自然状态，向果汁中通入无菌空气，通气量分别为0、10、20、30、40、50 v/v·h，进行生物降糖。当糖度降低到1%以下时，终止降糖，记录降糖时间，得出最佳生物降糖通气量。

1. 2. 4 果汁pH值对生物降糖时间的影响

调整果汁pH值分别为3、3.5、4、4.5、5，保持果汁中心温度为最佳生物降糖温度，通气量为最佳生物降糖通气量，进行生物降糖。当糖度降低到1%以下时，终止降糖，记录降糖时间，得出最佳生物降糖pH值。

1. 2. 5 分析方法

含糖量测定：盐酸水解，斐林试剂法[ 6 - 7 ];

细菌总数测定：孔雀绿、沙黄染色，血球计数板法[ 8 - 12 ]。

2 结果与分析

2. 1 果汁中心温度对生物降糖速率的影响

在自然溶氧条件下，保持果汁原有pH值，果汁中心温度对生物降糖速率的影响及降糖后果汁品质评价的研究结果（表1）表明，随着中心温度的升高，生物降糖曲线斜率逐渐增加，降糖速率不断提高。当果汁中心温度为25℃时，生物降糖13天，含糖量降低到1%以下，降糖后果汁细菌总数小于100个/mL，果汁无异味，说明中心温度25℃进行生物降糖，果汁品质可控。当温度为30℃时，生物降糖需要9天，降糖后果汁细菌总数小于100个/mL，果汁无异味，说明此温度条件下生物降糖，果汁品质可控。当果汁中心温度为35℃和40℃时，生物降糖时间分别为5天和3天，降糖时间进一步缩短，但是降糖后果汁细菌总数均大于100个/mL，并且出现异味，说明果汁品质不可控。因此，果汁中心温度30℃为最佳生物降糖温度。

2. 2 通气量对生物降糖时间的影响

当果汁中心温度为30℃时，保持果汁原有pH值，随着通气量的增加，生物降糖时间逐渐减小。当通气量从0增加到10 v/v·h时，降糖时间曲线斜率最大，降糖时间下降最快，通气量对降糖时间影响最大;当通气量从10 v/v·h增加到30 v/v·h时，降糖时间曲线斜率变小，降糖时间下降变缓，通气量对降糖时间影响减小;当通气量从30 v/v·h增加到50 v/v·h时，降糖时间曲线斜率为零，此时通气量对降糖时间无影响。因此，选择30 v/v·h为最佳生物降糖通气量。

2. 3 果汁pH值对生物降糖时间的影响

当通气量为30 v/v·h时，保持果汁中心温度为30℃，果汁pH值对生物降糖时间的影响结果表明，当果汁pH值为3时，生物降糖为10天，降糖时间最长;当果汁pH值为3.5时，生物降糖降低到7天，降糖时间减小;当果汁pH值为4.0时，生物降糖为5天，降糖时间进一步减小;当果汁pH值为4.5时，生物降糖仍为5天，降糖时间不变，此时降糖速度最快;当果汁pH值为5.0时，生物降糖為6天，降糖时间增加。因此，选择pH 4～4.5作为最佳生物降糖pH值。

3 讨论与结论

3. 1 本研究没有选择以环境温度为研究对象，其原因是果汁中心温度能够直接反应果汁内部温度变化。果汁生物降糖是一个放热的过程，果汁中心温度通常比环境温度高出8～14℃。在酵母菌生长周期中[ 12 ]，不同生长阶段，代谢产生的热量不同。因此在生物降糖过程中，需要及时掌握果汁中心温度，以便进行温度控制。

3. 2 在生物降糖过程中，酵母菌以有氧代谢为主，产物为CO2和水，通入无菌空气可使CO2迅速排出，不会对酵母繁殖生长产生抑制作用，因此酵母繁殖速度非常快[ 13 ]。所以，干酵母添加量的变化对降糖速度影响很小，不必作为生物降糖的影响因素进行研究。在生物降糖过程中，也存在酵母菌无氧代谢，主要产物为乙醇和CO2。果汁降糖后，含有3%～7%的乙醇，可利用蒸馏法去除。由于酵母细胞体积显著大于多酚类物质分子，因此可以选择适当孔径的超滤膜，将酵母细胞滤除[ 14 - 15 ]。

3. 3 在生物降糖前，必须对果汁进行灭菌处理，通入的空气也必须是无菌空气，这些措施是为了尽可能降低果汁中细菌总数，但难以做到绝对无菌。同时，生物降糖以酵母菌有氧代谢为主，所产生的酒精浓度较低，对细菌繁殖的抑制作用有限。如果降糖温度过高，会导致细菌快速繁殖，形成优势菌群，从而使果汁出现异味。所以，在降糖初期适当降低环境温度，可以保证酵母菌形成优势菌群，避免细菌大量繁殖。

3. 4 生物降糖后，黑果腺肋花楸果汁糖度在1%以下，降糖比率达到94.3%以上。在生物降糖过程中，当果汁糖度低于1%以下时，酵母菌的生长已经进入衰亡期，因此降糖速度变慢。如果继续降糖，酵母细胞会形成自溶，产生的酵母蛋白极易滋生细菌。因此，如何防止酵母细胞自溶，继续提高降糖能力，有待进一步研究。

3. 5 综上所述，通过对黑果腺肋花楸果汁生物降糖的研究得出，随着果汁中心温度的升高，果汁生物降糖速率不断增加;当果汁中心温度低于30℃时，果汁降糖后，品质可控;当果汁中心温度高于35℃时，果汁降糖后，滋生大量细菌，出现异味，品质不可控。这说明果汁中心温度30℃为最佳生物降糖温度。

3. 6 随着通气量的增加，生物降糖时间逐渐减小;当通气量大于30 v/v·h时，降糖时间最短;最佳生物降糖通气量为30 v/v·h。当果汁pH值在3～4时，随着pH值的升高，降糖时间逐渐减小;当果汁pH值在4～4.5时，降糖时间没有变化;当果汁pH值在4.5～5时，随着pH值的升高，降糖时间增加;最佳生物降糖pH值为4～4.5。

参考文献

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第1作者简介：  王鹏（1979-），  男，  高级工程师，  从事浆果栽培与加工研究。

收稿日期： 2019 - 01 - 20

（责任编辑：   张亚楠）