多酶法轉(zhuǎn)化梨汁生產(chǎn)低糖型梨汁的研究及糖成分檢測

王 楠，周宏霞，楊 揚(yáng)，張梅超，李 樹

（1.威海市食品藥品檢驗(yàn)檢測研究院，山東 威海264209；2.山東大學(xué)（威海）海洋學(xué)院，山東 威海264209）

0 引言

梨是我國的重要果品之一，經(jīng)濟(jì)價值較高。目前，世界范圍內(nèi)的梨除了部分鮮食外，其加工產(chǎn)品主要是梨罐頭，其次為鮮切梨、梨濃縮汁、梨醬、梨果醋、梨果酒、梨膏，還有少量的梨夾心餅、梨保健飲料、蜜餞等[1-3]。其中，梨膏一般是以梨汁為原料，經(jīng)高溫濃縮熬煮而成，具有潤肺清心、消痰止咳等作用。市場上現(xiàn)有的梨膏，多配以蜂蜜、百合、胖大海、川貝枇杷等，屬于保健食品[4-5]。實(shí)際上，從主體成分角度看，梨汁或者梨膏的本質(zhì)是混合糖漿，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。然而根據(jù)市場反饋，由于梨膏中葡萄糖和蔗糖具有較高的血糖生成指數(shù)（分別為100，60），不適合糖尿病患者食用，因而降低梨汁中的糖類含量以生產(chǎn)血糖生成指數(shù)低的梨膏，具有巨大的市場需求[6-7]。試驗(yàn)利用多種食品級酶處理梨汁，以蔗糖轉(zhuǎn)化酶將蔗糖分解為果糖和葡萄糖，再用葡萄糖氧化酶復(fù)配過氧化氫酶將葡萄糖氧化成葡萄糖酸，同時添加碳酸鈣和氫氧化鈉將葡萄糖酸中和成葡萄糖酸鈣和葡萄糖酸鈉，達(dá)到去除蔗糖和葡萄糖的目標(biāo)，從而只剩血糖生成指數(shù)較低的糖尿病患者可以食用的果糖（GI值為30），為梨加工產(chǎn)業(yè)及功能性梨膏的研究開發(fā)提供試驗(yàn)依據(jù)。

梨汁（梨膏）中糖類的組分及含量見表1。

表1 梨汁（梨膏）中糖類的組分及含量/%

1 材料與方法

1.1 材料

新高梨，購于威海市農(nóng)貿(mào)批發(fā)市場；食品級蔗糖轉(zhuǎn)化酶，丹麥諾維信公司（Novozymes）提供；食品級葡萄糖氧化酶，美國杜邦-杰能科公司（Genencor）提供；食品級過氧化氫酶，濟(jì)南百斯杰公司（BestZyme）提供；食品級CaCO3和NaOH，泰州康諾化工有限公司提供；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 蔗糖轉(zhuǎn)化酶分解蔗糖條件的優(yōu)化[8]

鮮榨梨汁的總干物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%，比重為1.1。取1 L的鮮榨梨汁裝入大燒杯中，其總干物質(zhì)量為150 g，其中蔗糖的含量以15%計(jì)，為22.5 g。

（1）蔗糖酶添加量。取5個裝有梨汁的燒杯放入50℃的水浴中，分別加入蔗糖酶，加入量占蔗糖總量的0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，3.0%，即分別為0.1，0.2，0.3，0.4，0.6 g，水浴時間均為2 h，取樣用HPLC法檢測蔗糖的含量。

（2）酶解溫度。取3個裝有1 L梨汁的燒杯分別放入40，50，60℃的水浴中，加入蔗糖酶0.3 g，水浴時間均為2 h，取樣并采用HPLC法檢測蔗糖的含量。

（3）酶解時間。取1個裝有1 L梨汁的燒杯放入50℃的水浴中，加入蔗糖酶0.3 g，分別在水浴時間為1，2，3，4，5 h時取樣，采用HPLC法檢測蔗糖的含量。

1.2.2 葡萄糖氧化酶分解葡萄糖條件的優(yōu)化[9]

鮮榨梨汁的總干物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%，比重為1.1。取1 L的鮮榨梨汁裝入大燒杯中，其總干物質(zhì)量為150 g，其中葡萄糖的含量以25%計(jì)，為37.5 g。

（1）葡萄糖氧化酶添加量。取5個裝有梨汁的燒杯放入50℃的水浴中，分別加入葡萄糖氧化酶，加入量占葡萄糖糖總量的0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，3.0%，即分別為0.2，0.4，0.6，0.8，1.2 g，通空氣水浴時間均為2 h，取樣并采用HPLC法檢測葡萄糖的含量。

（2）酶解溫度。取3個裝有1 L梨汁的燒杯分別放入40，50，60℃的水浴中，加入葡萄糖氧化酶0.6 g，通空氣水浴時間均為2 h，取樣并采用HPLC法檢測葡萄糖的含量。

（3）酶解時間。取1個裝有1 L梨汁的燒杯放入50℃的水浴中，加入葡萄糖氧化酶0.6 g，通空氣分別在水浴時間為1，2，3，4，5 h時取樣，采用HPLC法檢測葡萄糖的含量。

1.2.3 復(fù)合酶法催化生成低糖型梨膏

取1個裝有1 L梨汁的燒杯放入50℃的水浴中，分別加入蔗糖酶0.3 g，葡萄糖氧化酶0.8 g，過氧化氫酶0.5 g，通空氣水浴時間為3 h，取樣并采用HPLC法檢測蔗糖、葡萄糖和果糖的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 蔗糖轉(zhuǎn)化酶分解蔗糖條件的優(yōu)化

按照1.2.1中的操作方法進(jìn)行試驗(yàn)后，確定梨汁中蔗糖的含量變化。

蔗糖酶添加量對蔗糖分解的影響見圖1，酶解溫度對蔗糖分解的影響見圖2，酶解時間對蔗糖分解的影響見圖3。

圖1 蔗糖酶添加量對蔗糖分解的影響

圖2 酶解溫度對蔗糖分解的影響

圖3 酶解時間對蔗糖分解的影響

從圖1可以看出，在條件固定為酶解溫度50℃，酶解時間2 h的情況下，蔗糖酶的添加量起著重要的作用，隨著酶量的增加，被分解的蔗糖量也隨之增加，因而剩余蔗糖含量也越來越少，當(dāng)蔗糖酶添加量達(dá)到1.5%時，蔗糖剩余2.3 g。然而，此后若再增加酶量，蔗糖含量并無明顯的降低，說明蔗糖酶在低底物濃度時已經(jīng)失去結(jié)合位點(diǎn)活力，因而從成本角度考慮，蔗糖酶的添加量以1.5%為宜。

從圖2可以看出，在條件固定為蔗糖酶添加量1.5%，酶解時間2 h的情況下，酶解溫度對于蔗糖的分解也起著重要作用。隨著溫度的升高，被分解的蔗糖量也隨之增加，因而剩余蔗糖含量也越來越少，當(dāng)水浴溫度達(dá)到50℃時，剩余蔗糖2.2 g。然而，此后若再升高溫度至60℃，蔗糖含量并無明顯的降低，說明蔗糖酶的最佳活力在50~60℃時并無明顯差異，因而從成本角度考慮，蔗糖酶的酶解溫度以50℃為宜。

從圖3可以看出，在條件固定為蔗糖酶添加量為1.5%，酶解溫度50℃的情況下，酶解時間對于蔗糖的分解也起著重要作用。隨著時間的延長，被分解的蔗糖量也隨之增加，因而剩余蔗糖含量也越來越少，當(dāng)酶解時間達(dá)到2 h時，剩余蔗糖2.4 g。然而，此后若再延長時間至5 h，蔗糖含量并無明顯的降低，說明蔗糖酶在低底物濃度時，即使延長酶解時間也無濟(jì)于事，因而從成本角度考慮，蔗糖酶的酶解時間以2 h為宜。

2.2 葡萄糖氧化酶分解葡萄糖條件的優(yōu)化

按照1.2.2中的操作方法進(jìn)行試驗(yàn)后，確定梨汁中葡萄糖的含量變化。

葡萄糖氧化酶添加量的影響見圖4，酶解溫度對葡萄糖分解的影響見圖5，酶解時間對葡萄糖分解的影響見圖6。

圖4 葡萄糖氧化酶添加量的影響

圖5 酶解溫度對葡萄糖分解的影響

圖6 酶解時間對葡萄糖分解的影響

從圖4可以看出，在條件固定為酶解溫度50℃，時間2 h的情況下，葡萄糖氧化酶的添加量起著重要的作用，隨著酶量的增加，被分解的葡萄糖量也隨之增加，因而剩余葡萄糖含量也越來越少，當(dāng)氧化酶添加量達(dá)到2%時，剩余葡萄糖2.1 g。然而，此后若再增加酶量，葡萄糖含量并無明顯的降低，說明葡萄糖氧化酶在低底物濃度時已經(jīng)失去結(jié)合位點(diǎn)活力，因而從成本角度考慮，葡萄糖氧化酶的添加量以2%為宜。

從圖5可以看出，在條件固定為葡萄糖氧化酶添加量為2%，酶解時間2 h的情況下，酶解溫度對于葡萄糖的分解也起著重要作用。隨著溫度的升高，被分解的葡萄糖量也隨之增加，因而剩余葡萄糖含量也越來越少，當(dāng)酶解溫度達(dá)到50℃時，剩余葡萄糖2.2 g。然而，此后若再升高溫度至60℃，葡萄糖含量并無明顯的降低，說明葡萄糖氧化酶的最佳活力在50~60℃時并無明顯差異，因而從成本角度考慮，葡萄糖氧化酶的酶解溫度以50℃為宜。

從圖6可以看出，在條件固定為葡萄糖氧化酶添加量為2%，酶解溫度50℃的情況下，酶解時間對于葡萄糖的分解也起著重要作用。隨著時間的延長，被分解的葡萄糖量也隨之增加，因而剩余葡萄糖含量也越來越少，當(dāng)酶解時間達(dá)到3 h時，剩余蔗糖1.8 g。然而，此后若再延長時間至5 h，葡萄糖含量并無明顯的降低，說明葡萄糖氧化酶在低底物濃度時，即使延長酶解時間也無濟(jì)于事，因而從成本角度考慮，葡萄糖氧化酶的酶解時間以3 h為宜。

2.3 復(fù)合酶法催化生成低糖型梨膏

綜上所述，對于蔗糖酶和葡萄糖氧化酶來說，其共同的條件是酶解溫度均為50℃。不同的是，蔗糖酶的添加量為1.5%，酶解時間為2 h；葡萄糖氧化酶的添加量為2%，酶解時間為3 h。但是，為了使葡萄糖分解得更徹底，在采用雙酶法處理梨汁時，可以將酶解時間統(tǒng)一定為3 h。此外，由于葡萄糖氧化酶在分解葡萄糖時，產(chǎn)生了具有毒性的雙氧水，所以要用一定量的過氧化氫酶及時地將雙氧水分解為水和氧氣，而過氧化氫酶的用量和作用條件與葡萄糖氧化酶類似，在此不做過多的優(yōu)化。在梨汁中添加3種酶，按照1.2.3中的操作方法進(jìn)行試驗(yàn)后，確定梨汁中糖分含量變化。

多酶法處理梨汁的糖分含量變化見圖7。

圖7 多酶法處理梨汁的糖分含量變化

從圖7可以看出，經(jīng)過多酶轉(zhuǎn)化后，梨汁中的蔗糖含量由23 g降低至1.8 g，去除率為92.2%；葡萄糖含量由37 g降低至1.6 g，去除率為95.6%；而果糖含量則由50 g上升至61 g，這是因?yàn)檎崽潜环纸獬闪似咸烟呛凸?，葡萄糖進(jìn)一步被氧化，果糖則留在了梨汁中。

3 結(jié)論

由于梨汁中的葡萄糖和蔗糖具有較高的血糖生成指數(shù)（分別為100，60），不適合糖尿病患者食用，因而降低梨汁中的糖類含量以生產(chǎn)血糖生成指數(shù)低的梨膏，具有迫切的市場需求。研究利用多種食品級酶類處理梨汁，以蔗糖轉(zhuǎn)化酶將蔗糖分解為果糖和葡萄糖，再用葡萄糖氧化酶復(fù)配過氧化氫酶將葡萄糖氧化成葡萄糖酸，同時添加碳酸鈣和氫氧化鈉將葡萄糖酸中和成葡萄糖酸鈣和葡萄糖酸鈉，達(dá)到去除蔗糖和葡萄糖的目標(biāo)，從而只剩血糖生成指數(shù)較低的糖尿病患者可以食用的果糖（GI值為30）[10-11]，為梨加工產(chǎn)業(yè)及功能性梨膏的研究開發(fā)提供試驗(yàn)依據(jù)，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。