多酶法转化梨汁生产低糖型梨汁的研究及糖成分检测

王 楠，周宏霞，杨 扬，张梅超，李 树

（1.威海市食品药品检验检测研究院，山东 威海264209；2.山东大学（威海）海洋学院，山东 威海264209）

0 引言

梨是我国的重要果品之一，经济价值较高。目前，世界范围内的梨除了部分鲜食外，其加工产品主要是梨罐头，其次为鲜切梨、梨浓缩汁、梨酱、梨果醋、梨果酒、梨膏，还有少量的梨夹心饼、梨保健饮料、蜜饯等[1-3]。其中，梨膏一般是以梨汁为原料，经高温浓缩熬煮而成，具有润肺清心、消痰止咳等作用。市场上现有的梨膏，多配以蜂蜜、百合、胖大海、川贝枇杷等，属于保健食品[4-5]。实际上，从主体成分角度看，梨汁或者梨膏的本质是混合糖浆，其主要成分是果糖，其次是葡萄糖，再次是蔗糖，多糖成分占比非常少。然而根据市场反馈，由于梨膏中葡萄糖和蔗糖具有较高的血糖生成指数（分别为100，60），不适合糖尿病患者食用，因而降低梨汁中的糖类含量以生产血糖生成指数低的梨膏，具有巨大的市场需求[6-7]。试验利用多种食品级酶处理梨汁，以蔗糖转化酶将蔗糖分解为果糖和葡萄糖，再用葡萄糖氧化酶复配过氧化氢酶将葡萄糖氧化成葡萄糖酸，同时添加碳酸钙和氢氧化钠将葡萄糖酸中和成葡萄糖酸钙和葡萄糖酸钠，达到去除蔗糖和葡萄糖的目标，从而只剩血糖生成指数较低的糖尿病患者可以食用的果糖（GI值为30），为梨加工产业及功能性梨膏的研究开发提供试验依据。

梨汁（梨膏）中糖类的组分及含量见表1。

表1 梨汁（梨膏）中糖类的组分及含量/%

1 材料与方法

1.1 材料

新高梨，购于威海市农贸批发市场；食品级蔗糖转化酶，丹麦诺维信公司（Novozymes）提供；食品级葡萄糖氧化酶，美国杜邦-杰能科公司（Genencor）提供；食品级过氧化氢酶，济南百斯杰公司（BestZyme）提供；食品级CaCO3和NaOH，泰州康诺化工有限公司提供；其他试剂均为国产分析纯。

1.2 试验方法

1.2.1 蔗糖转化酶分解蔗糖条件的优化[8]

鲜榨梨汁的总干物质量分数为14%，比重为1.1。取1 L的鲜榨梨汁装入大烧杯中，其总干物质量为150 g，其中蔗糖的含量以15%计，为22.5 g。

（1）蔗糖酶添加量。取5个装有梨汁的烧杯放入50℃的水浴中，分别加入蔗糖酶，加入量占蔗糖总量的0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，3.0%，即分别为0.1，0.2，0.3，0.4，0.6 g，水浴时间均为2 h，取样用HPLC法检测蔗糖的含量。

（2）酶解温度。取3个装有1 L梨汁的烧杯分别放入40，50，60℃的水浴中，加入蔗糖酶0.3 g，水浴时间均为2 h，取样并采用HPLC法检测蔗糖的含量。

（3）酶解时间。取1个装有1 L梨汁的烧杯放入50℃的水浴中，加入蔗糖酶0.3 g，分别在水浴时间为1，2，3，4，5 h时取样，采用HPLC法检测蔗糖的含量。

1.2.2 葡萄糖氧化酶分解葡萄糖条件的优化[9]

鲜榨梨汁的总干物质量分数为14%，比重为1.1。取1 L的鲜榨梨汁装入大烧杯中，其总干物质量为150 g，其中葡萄糖的含量以25%计，为37.5 g。

（1）葡萄糖氧化酶添加量。取5个装有梨汁的烧杯放入50℃的水浴中，分别加入葡萄糖氧化酶，加入量占葡萄糖糖总量的0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，3.0%，即分别为0.2，0.4，0.6，0.8，1.2 g，通空气水浴时间均为2 h，取样并采用HPLC法检测葡萄糖的含量。

（2）酶解温度。取3个装有1 L梨汁的烧杯分别放入40，50，60℃的水浴中，加入葡萄糖氧化酶0.6 g，通空气水浴时间均为2 h，取样并采用HPLC法检测葡萄糖的含量。

（3）酶解时间。取1个装有1 L梨汁的烧杯放入50℃的水浴中，加入葡萄糖氧化酶0.6 g，通空气分别在水浴时间为1，2，3，4，5 h时取样，采用HPLC法检测葡萄糖的含量。

1.2.3 复合酶法催化生成低糖型梨膏

取1个装有1 L梨汁的烧杯放入50℃的水浴中，分别加入蔗糖酶0.3 g，葡萄糖氧化酶0.8 g，过氧化氢酶0.5 g，通空气水浴时间为3 h，取样并采用HPLC法检测蔗糖、葡萄糖和果糖的含量。

2 结果与分析

2.1 蔗糖转化酶分解蔗糖条件的优化

按照1.2.1中的操作方法进行试验后，确定梨汁中蔗糖的含量变化。

蔗糖酶添加量对蔗糖分解的影响见图1，酶解温度对蔗糖分解的影响见图2，酶解时间对蔗糖分解的影响见图3。

图1 蔗糖酶添加量对蔗糖分解的影响

图2 酶解温度对蔗糖分解的影响

图3 酶解时间对蔗糖分解的影响

从图1可以看出，在条件固定为酶解温度50℃，酶解时间2 h的情况下，蔗糖酶的添加量起着重要的作用，随着酶量的增加，被分解的蔗糖量也随之增加，因而剩余蔗糖含量也越来越少，当蔗糖酶添加量达到1.5%时，蔗糖剩余2.3 g。然而，此后若再增加酶量，蔗糖含量并无明显的降低，说明蔗糖酶在低底物浓度时已经失去结合位点活力，因而从成本角度考虑，蔗糖酶的添加量以1.5%为宜。

从图2可以看出，在条件固定为蔗糖酶添加量1.5%，酶解时间2 h的情况下，酶解温度对于蔗糖的分解也起着重要作用。随着温度的升高，被分解的蔗糖量也随之增加，因而剩余蔗糖含量也越来越少，当水浴温度达到50℃时，剩余蔗糖2.2 g。然而，此后若再升高温度至60℃，蔗糖含量并无明显的降低，说明蔗糖酶的最佳活力在50~60℃时并无明显差异，因而从成本角度考虑，蔗糖酶的酶解温度以50℃为宜。

从图3可以看出，在条件固定为蔗糖酶添加量为1.5%，酶解温度50℃的情况下，酶解时间对于蔗糖的分解也起着重要作用。随着时间的延长，被分解的蔗糖量也随之增加，因而剩余蔗糖含量也越来越少，当酶解时间达到2 h时，剩余蔗糖2.4 g。然而，此后若再延长时间至5 h，蔗糖含量并无明显的降低，说明蔗糖酶在低底物浓度时，即使延长酶解时间也无济于事，因而从成本角度考虑，蔗糖酶的酶解时间以2 h为宜。

2.2 葡萄糖氧化酶分解葡萄糖条件的优化

按照1.2.2中的操作方法进行试验后，确定梨汁中葡萄糖的含量变化。

葡萄糖氧化酶添加量的影响见图4，酶解温度对葡萄糖分解的影响见图5，酶解时间对葡萄糖分解的影响见图6。

图4 葡萄糖氧化酶添加量的影响

图5 酶解温度对葡萄糖分解的影响

图6 酶解时间对葡萄糖分解的影响

从图4可以看出，在条件固定为酶解温度50℃，时间2 h的情况下，葡萄糖氧化酶的添加量起着重要的作用，随着酶量的增加，被分解的葡萄糖量也随之增加，因而剩余葡萄糖含量也越来越少，当氧化酶添加量达到2%时，剩余葡萄糖2.1 g。然而，此后若再增加酶量，葡萄糖含量并无明显的降低，说明葡萄糖氧化酶在低底物浓度时已经失去结合位点活力，因而从成本角度考虑，葡萄糖氧化酶的添加量以2%为宜。

从图5可以看出，在条件固定为葡萄糖氧化酶添加量为2%，酶解时间2 h的情况下，酶解温度对于葡萄糖的分解也起着重要作用。随着温度的升高，被分解的葡萄糖量也随之增加，因而剩余葡萄糖含量也越来越少，当酶解温度达到50℃时，剩余葡萄糖2.2 g。然而，此后若再升高温度至60℃，葡萄糖含量并无明显的降低，说明葡萄糖氧化酶的最佳活力在50~60℃时并无明显差异，因而从成本角度考虑，葡萄糖氧化酶的酶解温度以50℃为宜。

从图6可以看出，在条件固定为葡萄糖氧化酶添加量为2%，酶解温度50℃的情况下，酶解时间对于葡萄糖的分解也起着重要作用。随着时间的延长，被分解的葡萄糖量也随之增加，因而剩余葡萄糖含量也越来越少，当酶解时间达到3 h时，剩余蔗糖1.8 g。然而，此后若再延长时间至5 h，葡萄糖含量并无明显的降低，说明葡萄糖氧化酶在低底物浓度时，即使延长酶解时间也无济于事，因而从成本角度考虑，葡萄糖氧化酶的酶解时间以3 h为宜。

2.3 复合酶法催化生成低糖型梨膏

综上所述，对于蔗糖酶和葡萄糖氧化酶来说，其共同的条件是酶解温度均为50℃。不同的是，蔗糖酶的添加量为1.5%，酶解时间为2 h；葡萄糖氧化酶的添加量为2%，酶解时间为3 h。但是，为了使葡萄糖分解得更彻底，在采用双酶法处理梨汁时，可以将酶解时间统一定为3 h。此外，由于葡萄糖氧化酶在分解葡萄糖时，产生了具有毒性的双氧水，所以要用一定量的过氧化氢酶及时地将双氧水分解为水和氧气，而过氧化氢酶的用量和作用条件与葡萄糖氧化酶类似，在此不做过多的优化。在梨汁中添加3种酶，按照1.2.3中的操作方法进行试验后，确定梨汁中糖分含量变化。

多酶法处理梨汁的糖分含量变化见图7。

图7 多酶法处理梨汁的糖分含量变化

从图7可以看出，经过多酶转化后，梨汁中的蔗糖含量由23 g降低至1.8 g，去除率为92.2%；葡萄糖含量由37 g降低至1.6 g，去除率为95.6%；而果糖含量则由50 g上升至61 g，这是因为蔗糖被分解成了葡萄糖和果糖，葡萄糖进一步被氧化，果糖则留在了梨汁中。

3 结论

由于梨汁中的葡萄糖和蔗糖具有较高的血糖生成指数（分别为100，60），不适合糖尿病患者食用，因而降低梨汁中的糖类含量以生产血糖生成指数低的梨膏，具有迫切的市场需求。研究利用多种食品级酶类处理梨汁，以蔗糖转化酶将蔗糖分解为果糖和葡萄糖，再用葡萄糖氧化酶复配过氧化氢酶将葡萄糖氧化成葡萄糖酸，同时添加碳酸钙和氢氧化钠将葡萄糖酸中和成葡萄糖酸钙和葡萄糖酸钠，达到去除蔗糖和葡萄糖的目标，从而只剩血糖生成指数较低的糖尿病患者可以食用的果糖（GI值为30）[10-11]，为梨加工产业及功能性梨膏的研究开发提供试验依据，具有重要的经济效益和社会效益。