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(jià)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(shí)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(shí)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(shí)間均為2 h，取樣并采用HPLC法檢測蔗糖的含量。

（3）酶解時(shí)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(shí)間為1，2，3，4，5 h時(shí)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(shí)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(shí)間均為2 h，取樣并采用HPLC法檢測葡萄糖的含量。

（3）酶解時(shí)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(shí)間為1，2，3，4，5 h時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)間對于蔗糖的分解也起著重要作用。隨著時(shí)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(shí)間達(dá)到2 h時(shí)，剩余蔗糖2.4 g。然而，此后若再延長時(shí)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(shí)，即使延長酶解時(shí)間也無濟(jì)于事，因而從成本角度考慮，蔗糖酶的酶解時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)間對于葡萄糖的分解也起著重要作用。隨著時(shí)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(shí)間達(dá)到3 h時(shí)，剩余蔗糖1.8 g。然而，此后若再延長時(shí)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(shí)，即使延長酶解時(shí)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(shí)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(shí)間為2 h；葡萄糖氧化酶的添加量為2%，酶解時(shí)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(shí)，可以將酶解時(shí)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(shí)，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(shí)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牵咸烟沁M(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(shí)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。