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(shí)現(xiàn)降糖目標(biāo)。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(guò)對(duì)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(dá)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(hào)：? ?S 665. 9， TS 262. 7? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1001 - 9499（2019）02 - 0036 - 04

黑果腺肋花楸（Aronia melanocarpa）原產(chǎn)于北美[ 1 ]，上世紀(jì)九十年代引入我國(guó)。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(guò)剩的自由基，對(duì)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(duì)這些多酚類物質(zhì)進(jìn)行分離、純化，得到具有較高保健價(jià)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(jī)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(shí)分離出來(lái)。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(jī)酸、果膠等物質(zhì)進(jìn)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(shí)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(xué)或者物理的方法去除。利用化學(xué)方法進(jìn)行降糖[ 4 ]，需要使用氧化劑，這樣會(huì)對(duì)多酚類物質(zhì)造成破環(huán);利用物理方法進(jìn)行降糖，需要使用膜過(guò)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(guò)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(shí)現(xiàn)降糖目標(biāo)。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

1. 1. 1 原料及化學(xué)試劑

黑果腺肋花楸果實(shí)：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(jí)，山東濰坊英軒實(shí)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(yáng)瑞豐精細(xì)化學(xué)品有限公司;

硫酸銅：分析純，沈陽(yáng)東興試劑廠;

酒石酸鉀鈉：分析純，沈陽(yáng)化學(xué)試劑廠;

亞鐵氰化鉀：分析純，沈陽(yáng)新興試劑廠;

葡萄糖：分析純，沈陽(yáng)瑞豐精細(xì)化學(xué)品有限公司。

1. 1. 2 儀器與設(shè)備

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

1. 2 試驗(yàn)方法

1. 2. 1 試驗(yàn)流程

果實(shí)→清洗→瀝干→榨汁→酶解→巴氏滅菌→添加干酵母→生物降糖→測(cè)定含糖量→當(dāng)糖度降低到1%以下時(shí)，終止降糖。

1. 2. 2 果汁中心溫度對(duì)生物降糖速率的影響

在降糖過(guò)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(jìn)行生物降糖。每天測(cè)定一次果汁含糖量，當(dāng)糖度降低到1%以下時(shí)，終止降糖，記錄降糖時(shí)間，測(cè)定細(xì)菌總數(shù)，并對(duì)降糖后的果汁進(jìn)行感官評(píng)價(jià)[ 6 ]，得出最佳生物降糖溫度。

1. 2. 3 通氣量對(duì)生物降糖時(shí)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(wú)菌空氣，通氣量分別為0、10、20、30、40、50 v/v·h，進(jìn)行生物降糖。當(dāng)糖度降低到1%以下時(shí)，終止降糖，記錄降糖時(shí)間，得出最佳生物降糖通氣量。

1. 2. 4 果汁pH值對(duì)生物降糖時(shí)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(jìn)行生物降糖。當(dāng)糖度降低到1%以下時(shí)，終止降糖，記錄降糖時(shí)間，得出最佳生物降糖pH值。

1. 2. 5 分析方法

含糖量測(cè)定：鹽酸水解，斐林試劑法[ 6 - 7 ];

細(xì)菌總數(shù)測(cè)定：孔雀綠、沙黃染色，血球計(jì)數(shù)板法[ 8 - 12 ]。

2 結(jié)果與分析

2. 1 果汁中心溫度對(duì)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(duì)生物降糖速率的影響及降糖后果汁品質(zhì)評(píng)價(jià)的研究結(jié)果（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(dāng)果汁中心溫度為25℃時(shí)，生物降糖13天，含糖量降低到1%以下，降糖后果汁細(xì)菌總數(shù)小于100個(gè)/mL，果汁無(wú)異味，說(shuō)明中心溫度25℃進(jìn)行生物降糖，果汁品質(zhì)可控。當(dāng)溫度為30℃時(shí)，生物降糖需要9天，降糖后果汁細(xì)菌總數(shù)小于100個(gè)/mL，果汁無(wú)異味，說(shuō)明此溫度條件下生物降糖，果汁品質(zhì)可控。當(dāng)果汁中心溫度為35℃和40℃時(shí)，生物降糖時(shí)間分別為5天和3天，降糖時(shí)間進(jìn)一步縮短，但是降糖后果汁細(xì)菌總數(shù)均大于100個(gè)/mL，并且出現(xiàn)異味，說(shuō)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(duì)生物降糖時(shí)間的影響

當(dāng)果汁中心溫度為30℃時(shí)，保持果汁原有pH值，隨著通氣量的增加，生物降糖時(shí)間逐漸減小。當(dāng)通氣量從0增加到10 v/v·h時(shí)，降糖時(shí)間曲線斜率最大，降糖時(shí)間下降最快，通氣量對(duì)降糖時(shí)間影響最大;當(dāng)通氣量從10 v/v·h增加到30 v/v·h時(shí)，降糖時(shí)間曲線斜率變小，降糖時(shí)間下降變緩，通氣量對(duì)降糖時(shí)間影響減小;當(dāng)通氣量從30 v/v·h增加到50 v/v·h時(shí)，降糖時(shí)間曲線斜率為零，此時(shí)通氣量對(duì)降糖時(shí)間無(wú)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(duì)生物降糖時(shí)間的影響

當(dāng)通氣量為30 v/v·h時(shí)，保持果汁中心溫度為30℃，果汁pH值對(duì)生物降糖時(shí)間的影響結(jié)果表明，當(dāng)果汁pH值為3時(shí)，生物降糖為10天，降糖時(shí)間最長(zhǎng);當(dāng)果汁pH值為3.5時(shí)，生物降糖降低到7天，降糖時(shí)間減小;當(dāng)果汁pH值為4.0時(shí)，生物降糖為5天，降糖時(shí)間進(jìn)一步減小;當(dāng)果汁pH值為4.5時(shí)，生物降糖仍為5天，降糖時(shí)間不變，此時(shí)降糖速度最快;當(dāng)果汁pH值為5.0時(shí)，生物降糖為6天，降糖時(shí)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(méi)有選擇以環(huán)境溫度為研究對(duì)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(gè)放熱的過(guò)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(zhǎng)周期中[ 12 ]，不同生長(zhǎng)階段，代謝產(chǎn)生的熱量不同。因此在生物降糖過(guò)程中，需要及時(shí)掌握果汁中心溫度，以便進(jìn)行溫度控制。

3. 2 在生物降糖過(guò)程中，酵母菌以有氧代謝為主，產(chǎn)物為CO2和水，通入無(wú)菌空氣可使CO2迅速排出，不會(huì)對(duì)酵母繁殖生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，因此酵母繁殖速度非常快[ 13 ]。所以，干酵母添加量的變化對(duì)降糖速度影響很小，不必作為生物降糖的影響因素進(jìn)行研究。在生物降糖過(guò)程中，也存在酵母菌無(wú)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(xì)胞體積顯著大于多酚類物質(zhì)分子，因此可以選擇適當(dāng)孔徑的超濾膜，將酵母細(xì)胞濾除[ 14 - 15 ]。

3. 3 在生物降糖前，必須對(duì)果汁進(jìn)行滅菌處理，通入的空氣也必須是無(wú)菌空氣，這些措施是為了盡可能降低果汁中細(xì)菌總數(shù)，但難以做到絕對(duì)無(wú)菌。同時(shí)，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(duì)細(xì)菌繁殖的抑制作用有限。如果降糖溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌快速繁殖，形成優(yōu)勢(shì)菌群，從而使果汁出現(xiàn)異味。所以，在降糖初期適當(dāng)降低環(huán)境溫度，可以保證酵母菌形成優(yōu)勢(shì)菌群，避免細(xì)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(dá)到94.3%以上。在生物降糖過(guò)程中，當(dāng)果汁糖度低于1%以下時(shí)，酵母菌的生長(zhǎng)已經(jīng)進(jìn)入衰亡期，因此降糖速度變慢。如果繼續(xù)降糖，酵母細(xì)胞會(huì)形成自溶，產(chǎn)生的酵母蛋白極易滋生細(xì)菌。因此，如何防止酵母細(xì)胞自溶，繼續(xù)提高降糖能力，有待進(jìn)一步研究。

3. 5 綜上所述，通過(guò)對(duì)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(dāng)果汁中心溫度低于30℃時(shí)，果汁降糖后，品質(zhì)可控;當(dāng)果汁中心溫度高于35℃時(shí)，果汁降糖后，滋生大量細(xì)菌，出現(xiàn)異味，品質(zhì)不可控。這說(shuō)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(shí)間逐漸減小;當(dāng)通氣量大于30 v/v·h時(shí)，降糖時(shí)間最短;最佳生物降糖通氣量為30 v/v·h。當(dāng)果汁pH值在3～4時(shí)，隨著pH值的升高，降糖時(shí)間逐漸減小;當(dāng)果汁pH值在4～4.5時(shí)，降糖時(shí)間沒(méi)有變化;當(dāng)果汁pH值在4.5～5時(shí)，隨著pH值的升高，降糖時(shí)間增加;最佳生物降糖pH值為4～4.5。

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

收稿日期： 2019 - 01 - 20

（責(zé)任編輯：? ?張亞楠）