黑果腺肋花楸果汁生物降糖工藝研究

摘要：? 在黑果腺肋花楸多酚浸膏加工中，需要在不改變多酚類物質(zhì)原有結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的情況下，有效降低果汁的糖度。利用生物法，可將黑果腺肋花楸果汁中的糖分轉(zhuǎn)化成CO2、水和乙醇，然后利用蒸餾法除去，從而實現(xiàn)降糖目標。影響生物降糖的主要因素包括降糖溫度、通氣量和降糖pH值，通過對黑果腺肋花楸果汁生物降糖的研究，得出最佳降糖溫度為果汁中心溫度30℃，最佳通氣量為30 v/v·h，最佳降糖pH值為4～4.5。黑果腺肋花楸果汁糖度降低到1%以下，降糖比率達到94.3%以上。

關(guān)鍵詞：? 黑果腺肋花楸;? 果汁;? 生物法;? 降糖

中圖分類號：? ?S 665. 9， TS 262. 7? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1001 - 9499（2019）02 - 0036 - 04

黑果腺肋花楸（Aronia melanocarpa）原產(chǎn)于北美[ 1 ]，上世紀九十年代引入我國。黑果腺肋花楸果汁中富含花青素、類黃酮、酚酸、原花青素等多酚類物質(zhì)，這些物質(zhì)能夠清除人體內(nèi)過剩的自由基，對于人體維持正常的新陳代謝具有特殊的功效[ 2 ]。為了充分利用黑果腺肋花楸多酚類物質(zhì)的抗氧化性，可對這些多酚類物質(zhì)進行分離、純化，得到具有較高保健價值的黑果腺肋花楸多酚浸膏。目前，功能性物質(zhì)分離一般采用有機溶劑提取或萃取的工藝，但黑果腺肋花楸多酚類物質(zhì)屬于具有抗氧化性的一類混合物質(zhì)，因此很難用單一的提取或萃取工藝將數(shù)種多酚類物質(zhì)同時分離出來。而利用逐一分離法，可將黑果腺肋花楸果汁中的水分、糖分、有機酸、果膠等物質(zhì)進行逐一分離，最終得到含有較純多酚類物質(zhì)的浸膏，從而實現(xiàn)黑果腺肋花楸多酚類物質(zhì)的純化。

在黑果腺肋花楸果汁中，水分所占比例為75%～80%，糖分所占比例為15%～18%[ 3 ]，是首先要考慮除去的兩種物質(zhì)。水分可利用蒸餾法去除，糖分通常采用化學或者物理的方法去除。利用化學方法進行降糖[ 4 ]，需要使用氧化劑，這樣會對多酚類物質(zhì)造成破環(huán);利用物理方法進行降糖，需要使用膜過濾技術(shù)[ 5 ]，但黑果腺肋花楸果汁中的糖分多以單糖和低聚糖為主，其分子大小與單體多酚類物質(zhì)分子相仿。因此，利用膜過濾技術(shù)不能將糖分與多酚類物質(zhì)完全分離。本研究利用生物法，將黑果腺肋花楸果汁中的糖分轉(zhuǎn)化成CO2、水和乙醇，然后利用蒸餾法去除，從而實現(xiàn)降糖目標。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

1. 1. 1 原料及化學試劑

黑果腺肋花楸果實：遼寧省建平縣富山黑果腺肋花楸基地;

干酵母：廣西湘桂酵母科技有限公司;

果膠酶：泰安信得利生物工程有限公司;

檸檬酸：食品級，山東濰坊英軒實業(yè)有限公司;

鹽酸：分析純，天津博迪化工有限公司;

氫氧化鈉：分析純，沈陽瑞豐精細化學品有限公司;

硫酸銅：分析純，沈陽東興試劑廠;

酒石酸鉀鈉：分析純，沈陽化學試劑廠;

亞鐵氰化鉀：分析純，沈陽新興試劑廠;

葡萄糖：分析純，沈陽瑞豐精細化學品有限公司。

1. 1. 2 儀器與設(shè)備

榨汁機、酶解罐、發(fā)酵罐、恒溫培養(yǎng)箱、供氧泵、滅菌鍋、超凈工作臺、電子天平、顯微鏡、pH計。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 試驗流程

果實→清洗→瀝干→榨汁→酶解→巴氏滅菌→添加干酵母→生物降糖→測定含糖量→當糖度降低到1%以下時，終止降糖。

1. 2. 2 果汁中心溫度對生物降糖速率的影響

在降糖過程中，保持果汁中心溫度分別為25、30、35、40℃，果汁pH值保持自然狀態(tài)，在通氣量為零的情況下，進行生物降糖。每天測定一次果汁含糖量，當糖度降低到1%以下時，終止降糖，記錄降糖時間，測定細菌總數(shù)，并對降糖后的果汁進行感官評價[ 6 ]，得出最佳生物降糖溫度。

1. 2. 3 通氣量對生物降糖時間的影響

保持果汁中心溫度為最佳生物降糖溫度，果汁pH值為自然狀態(tài)，向果汁中通入無菌空氣，通氣量分別為0、10、20、30、40、50 v/v·h，進行生物降糖。當糖度降低到1%以下時，終止降糖，記錄降糖時間，得出最佳生物降糖通氣量。

1. 2. 4 果汁pH值對生物降糖時間的影響

調(diào)整果汁pH值分別為3、3.5、4、4.5、5，保持果汁中心溫度為最佳生物降糖溫度，通氣量為最佳生物降糖通氣量，進行生物降糖。當糖度降低到1%以下時，終止降糖，記錄降糖時間，得出最佳生物降糖pH值。

1. 2. 5 分析方法

含糖量測定：鹽酸水解，斐林試劑法[ 6 - 7 ];

細菌總數(shù)測定：孔雀綠、沙黃染色，血球計數(shù)板法[ 8 - 12 ]。

2 結(jié)果與分析

2. 1 果汁中心溫度對生物降糖速率的影響

在自然溶氧條件下，保持果汁原有pH值，果汁中心溫度對生物降糖速率的影響及降糖后果汁品質(zhì)評價的研究結(jié)果（圖1，表1）表明，隨著中心溫度的升高，生物降糖曲線斜率逐漸增加，降糖速率不斷提高。當果汁中心溫度為25℃時，生物降糖13天，含糖量降低到1%以下，降糖后果汁細菌總數(shù)小于100個/mL，果汁無異味，說明中心溫度25℃進行生物降糖，果汁品質(zhì)可控。當溫度為30℃時，生物降糖需要9天，降糖后果汁細菌總數(shù)小于100個/mL，果汁無異味，說明此溫度條件下生物降糖，果汁品質(zhì)可控。當果汁中心溫度為35℃和40℃時，生物降糖時間分別為5天和3天，降糖時間進一步縮短，但是降糖后果汁細菌總數(shù)均大于100個/mL，并且出現(xiàn)異味，說明果汁品質(zhì)不可控。因此，果汁中心溫度30℃為最佳生物降糖溫度。

2. 2 通氣量對生物降糖時間的影響

從圖2可知，當果汁中心溫度為30℃時，保持果汁原有pH值，隨著通氣量的增加，生物降糖時間逐漸減小。當通氣量從0增加到10 v/v·h時，降糖時間曲線斜率最大，降糖時間下降最快，通氣量對降糖時間影響最大;當通氣量從10 v/v·h增加到30 v/v·h時，降糖時間曲線斜率變小，降糖時間下降變緩，通氣量對降糖時間影響減小;當通氣量從30 v/v·h增加到50 v/v·h時，降糖時間曲線斜率為零，此時通氣量對降糖時間無影響。因此，選擇30 v/v·h為最佳生物降糖通氣量。

2. 3 果汁pH值對生物降糖時間的影響

當通氣量為30 v/v·h時，保持果汁中心溫度為30℃，果汁pH值對生物降糖時間的影響結(jié)果（圖3）表明，當果汁pH值為3時，生物降糖為10天，降糖時間最長;當果汁pH值為3.5時，生物降糖降低到7天，降糖時間減小;當果汁pH值為4.0時，生物降糖為5天，降糖時間進一步減小;當果汁pH值為4.5時，生物降糖仍為5天，降糖時間不變，此時降糖速度最快;當果汁pH值為5.0時，生物降糖為6天，降糖時間增加。因此，選擇pH 4～4.5作為最佳生物降糖pH值。

3 討論與結(jié)論

3. 1 本研究沒有選擇以環(huán)境溫度為研究對象，其原因是果汁中心溫度能夠直接反應(yīng)果汁內(nèi)部溫度變化。果汁生物降糖是一個放熱的過程，果汁中心溫度通常比環(huán)境溫度高出8～14℃。在酵母菌生長周期中[ 12 ]，不同生長階段，代謝產(chǎn)生的熱量不同。因此在生物降糖過程中，需要及時掌握果汁中心溫度，以便進行溫度控制。

3. 2 在生物降糖過程中，酵母菌以有氧代謝為主，產(chǎn)物為CO2和水，通入無菌空氣可使CO2迅速排出，不會對酵母繁殖生長產(chǎn)生抑制作用，因此酵母繁殖速度非?？靃 13 ]。所以，干酵母添加量的變化對降糖速度影響很小，不必作為生物降糖的影響因素進行研究。在生物降糖過程中，也存在酵母菌無氧代謝，主要產(chǎn)物為乙醇和CO2。果汁降糖后，含有3%～7%的乙醇，可利用蒸餾法去除。由于酵母細胞體積顯著大于多酚類物質(zhì)分子，因此可以選擇適當孔徑的超濾膜，將酵母細胞濾除[ 14 - 15 ]。

3. 3 在生物降糖前，必須對果汁進行滅菌處理，通入的空氣也必須是無菌空氣，這些措施是為了盡可能降低果汁中細菌總數(shù)，但難以做到絕對無菌。同時，生物降糖以酵母菌有氧代謝為主，所產(chǎn)生的酒精濃度較低，對細菌繁殖的抑制作用有限。如果降糖溫度過高，會導(dǎo)致細菌快速繁殖，形成優(yōu)勢菌群，從而使果汁出現(xiàn)異味。所以，在降糖初期適當降低環(huán)境溫度，可以保證酵母菌形成優(yōu)勢菌群，避免細菌大量繁殖。

3. 4 生物降糖后，黑果腺肋花楸果汁糖度在1%以下，降糖比率達到94.3%以上。在生物降糖過程中，當果汁糖度低于1%以下時，酵母菌的生長已經(jīng)進入衰亡期，因此降糖速度變慢。如果繼續(xù)降糖，酵母細胞會形成自溶，產(chǎn)生的酵母蛋白極易滋生細菌。因此，如何防止酵母細胞自溶，繼續(xù)提高降糖能力，有待進一步研究。

3. 5 綜上所述，通過對黑果腺肋花楸果汁生物降糖的研究得出，隨著果汁中心溫度的升高，果汁生物降糖速率不斷增加;當果汁中心溫度低于30℃時，果汁降糖后，品質(zhì)可控;當果汁中心溫度高于35℃時，果汁降糖后，滋生大量細菌，出現(xiàn)異味，品質(zhì)不可控。這說明果汁中心溫度30℃為最佳生物降糖溫度。

3. 6 隨著通氣量的增加，生物降糖時間逐漸減小;當通氣量大于30 v/v·h時，降糖時間最短;最佳生物降糖通氣量為30 v/v·h。當果汁pH值在3～4時，隨著pH值的升高，降糖時間逐漸減小;當果汁pH值在4～4.5時，降糖時間沒有變化;當果汁pH值在4.5～5時，隨著pH值的升高，降糖時間增加;最佳生物降糖pH值為4～4.5。

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第1作者簡介：? 王鵬（1979-），? 男，? 高級工程師，? 從事漿果栽培與加工研究。

收稿日期： 2019 - 01 - 20

（責任編輯：? ?張亞楠）