CN107164429B

CN107164429B - 一种低gi值红糖及其制备方法

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Publication number: CN107164429B
Application number: CN201710480502.2A
Authority: CN
Inventors: 梁磊; 王庆福; 胡彪; 黄清铧; 郭剑雄
Original assignee: Guangdong Institute of Bioengineering Guangzhou Cane Sugar Industry Research Institute
Current assignee: Institute of Bioengineering of Guangdong Academy of Sciences; Institute of Biological and Medical Engineering of Guangdong Academy of Sciences
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2020-07-07
Anticipated expiration: 2037-06-22
Also published as: WO2018233197A1; CN107164429A

Abstract

本发明公开了一种低GI值红糖及其制备方法。本发明将蔗糖异构酶和葡萄糖异构酶按一定比例共固定化于蔗渣炭，形成蔗渣炭固定化酶，将蔗汁通过固定化酶转化，最后经浓缩、加工获得低GI值红糖。本发明利用蔗糖异构酶和葡萄糖异构酶协同催化，使得产品的GI值更低，采用蔗渣炭作为固定化载体，固定复合酶的时间短，蔗糖异构酶负载率更高，固定化载体价格低廉，大大节约了生产成本，提高了生产效率；本发明的低GI值红糖的果糖、异麦芽酮糖含量高；克服传统红糖蔗糖含量高，过甜过腻等缺点，特别适合肥胖、糖尿病人群。

Description

一种低GI值红糖及其制备方法

技术领域

本发明涉及制糖领域，更具体地，涉及一种低GI值红糖及其制备方法。

背景技术

红糖作为一种天然营养甜味剂，主要成份是蔗糖，又含有甘蔗天然的营养保健成份，是人类生命活动和生理代谢所必不可少的物质，但因进食不当会诱发某些现代疾病。生活水平的改善及运动量的减少，导致肥胖人群的比例日益增高，糖尿病等也已成为常见病。据不完全统计，我国的糖尿病患者已超过1亿人，并且每年以10％的速度递增。人类的味觉偏爱甜食，但一提到红糖，老年人恐患糖尿病、高血压，中年人惧怕肥胖症，家长怕儿童得龋齿，都产生了“恐糖症”；同时又由于人们嗜爱甜食的习性无法改变，因此不得不采用一些无热量、不致龋齿、高甜度的化学合成甜味剂为替代品。

异麦芽酮糖作为蔗糖的同分异构体，也是由葡萄糖和果糖所组成的一种双糖，是目前公认的健康糖。在蜂蜜和甘蔗汁液中可发现微量的天然健康糖，和蔗糖一样具有纯正的甜味。但其溶解度比蔗糖低且化学结构稳定，绝大多数口腔微生物不能利用它作为碳源，唾液、胃液及胰液又不能降解它，只能被小肠内的非特异性酶类降解而消化吸收，使它能够持久稳定地为身体提供能量，其指标反应在低的血液升糖指数(GI)和低的胰岛素上升指数(II)上，被称为二十一世纪的功能性新食品，因此通过生物工程手段开发低GI值红糖，不仅兼具甘蔗丰富保健成份，满足人们对甜品的需求，而且可以防蛀护齿、强脑健身、瘦身抑胖、防病益生等多种功能，具有巨大的潜在市场。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低GI值红糖及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种低GI值红糖的制备方法，包括如下步骤：

(1)将复合酶固定化于蔗渣炭中，得到蔗渣炭固定化酶；所述复合酶为葡萄糖异构酶和蔗糖异构酶；

(2)将蔗渣炭固定化酶充填到转化柱中；将蔗汁通入转化柱中循环，得到转化糖液；经煮糖，加工，即得低GI值红糖。

作为上述方法的改进，步骤(1)中，蔗渣炭为混合酸活化的蔗渣炭，所述混合酸含有磷酸和硝酸。

作为上述方法的优选，步骤(1)中，蔗渣炭的粒径为0.1～2mm。

作为上述方法的优选，步骤(1)中，蔗渣炭的粒径为0.45～1.5mm。

作为上述方法的优选，步骤(1)中，比表面积为600～1200m²/g。作为上述方法的优选，步骤(1)中，将复合酶固定化于蔗渣炭中的方法为：将复合酶与蔗渣炭混合，动态吸附至固定完全，去除残留酶，干燥。

作为上述方法的优选，复合酶中，葡萄糖异构酶和蔗糖异构酶的酶活比为1：(10～20)。

作为上述方法的优选，步骤(2)中，蔗汁先浓缩至可溶性固形物含量为25～40°Brix。

作为上述方法的优选，步骤(2)中，循环至转化糖液中异麦芽酮糖和果糖二者的总重量占总糖重量的40～60％。

一种低GI值红糖，采用上述任一种制备方法获得。

本发明的有益效果是：

本发明将蔗糖异构酶和葡萄糖异构酶固定化于蔗渣炭，形成蔗渣炭固定化酶，将蔗汁通过固定化酶转化，最后经煮糖，加工，获得低GI值红糖。

本发明方法具有下述优点：

(1)本发明方法利用蔗糖异构酶和葡萄糖异构酶协同催化，使得产品的GI值更低，而仅使用蔗糖异构酶则难以使产品满足低GI值的要求。

(2)本发明方法采用蔗渣炭作为固定化载体，相比于常规的凝胶固定化载体，本发明的蔗渣炭用于固定复合酶的时间短，蔗糖异构酶负载率更高，固定化载体价格低廉，大大节约了生产成本，提高了生产效率；此外，蔗渣炭来源于剩余的废弃蔗渣，可实现废弃物资源化利用，并且使用更安全和简便。

(3)本发明的低GI值红糖的果糖、异麦芽酮糖含量高，GI值实测均值51，满足低GI食品标准；低GI值红糖不仅风味独特，甜度适宜，还有强脑健身、防蛀护齿、瘦身抑胖、防病益生等多种功能，克服传统红糖蔗糖含量高，过甜过腻等缺点，老少皆宜，特别适合肥胖、糖尿病人群。

具体实施方式

本发明中，术语“GI”是指血糖生成指数(Glycemic Index)，表示某种食物升高血糖效应与标准食品(通常为葡萄糖)升高血糖效应之比，通常反映食物引起人体血糖升高程度的指标，是人体进食后机体血糖生成的应答状况。

本发明中，术语“低GI”是指食物的GI可分为三种等级：高GI为：GI值≥70；中GI为：GI值56～69；低GI为：GI值≤55。

本发明的低GI值红糖可以根据其他功效需求，在制备方法中额外复合其他辅料，进一步获得具有复合功能的低GI值红糖。

本发明中，蔗渣炭是固定化载体，任何与蔗渣炭有类似的物理和/或化学特性的生物炭，也应该属于本发明的类似技术方案，如采用秸秆、椰壳、稻壳、锯末、木屑、玉米芯、花生壳、棉壳等制备的生物炭。

本发明中，蔗渣炭可以不经过处理，也可以经过酸活化，酸活化方法包括但不限于本发明实施例所提供的方案，可以是单一的酸，也可以是混合酸，酸可以是盐酸、硝酸、磷酸、硫酸、醋酸等，本发明优选采用含有磷酸和硝酸的混合酸进行活化；酸活化方法中，酸浸泡时长优选为18～24h，再进行高温活化，高温活化条件同一般生物炭制备方法；酸活化后的蔗渣炭拥有更好的负载性能。

本发明中，复合酶的固定化方法不仅限于实施例所提供的方案，可以采用常规的固定化方法，提供的优选方案是将复合酶通过动态吸附于蔗渣炭中，动态吸附时长以复合酶固定完全为准，通常的吸附时长为6～10h，但不限于此。

本发明中，蔗渣炭固定化酶还可以用微波活化的方法提高酶活水平，活化条件不限于本发明实施例所提供的方案，优选的微波活化条件为功率250～500W，温度45～55℃，活化时间15～25min。

本发明中，蔗汁通入固定化酶转化柱循环，为了提高转化率，优选的方法是将蔗汁先经过浓缩，提高糖含量，同时根据酶活性需求，调节pH为6.0～7.5，通入温度为30～55℃，但不限于此。

本发明中，加工方法包括但不仅限于起晶，打砂，注模等工艺。

下面将结合具体实例进一步阐述本发明。

具体实施方式中未特别注明的具体实验条件的实验方法，通常按照常规条件操作；未特别注明的具体试剂均为市售。本发明中未特别说明的体积质量比或质量体积比，都是按照mL与g相对应为单位。

本发明采用的葡萄糖异构酶为市售，酶活为80万U/g，蔗糖异构酶为沙雷氏杆菌发酵获得，酶活为1000～4000U/g。

实施例1

一种低GI值红糖的制备方法，包括如下步骤：

(1)将蔗渣粉碎，按蔗渣与混合酸的质量体积比为1g：5mL添加混合酸，混合酸是体积分数为15％的磷酸和硝酸混合酸，磷酸和硝酸按体积比1：1混合；浸渍24小时，800℃活化0.55h，冷却，用蒸馏水洗涤至中性，烘干，粉碎至粒径0.65mm，比表面积1013m²/g，获得酸活化的蔗渣炭；

(2)将葡萄糖异构酶和蔗糖异构酶按酶活比为1:15混合，溶于pH值为6.8的磷酸缓冲液中，配置得到含酶量为8mg/mL的复合酶液，将复合酶液与酸活化的蔗渣炭按体积质量比为6mL/g混合，动态吸附至固定完全，无菌过滤去除酶液，用无菌水清洗去除表面残留酶，干燥，得到蔗渣炭固定化酶；

(3)将蔗渣炭固定化酶通过微波活化，活化条件为微波功率400W，温度设置50℃，活化20min，充填到转化柱中；

(4)甘蔗榨汁后，将榨汁浓缩至可溶性固形物含量为30°Brix，调节pH至7；在40℃下，用流动泵将浓缩蔗汁通入固定化酶转化柱中，循环至转化糖液中异麦芽酮糖、果糖二者的总重量占总糖重量的52％，得到转化糖液；

(5)采用列管式真空浓缩机将转化糖液浓缩熬糖，加工，即得低GI值红糖。

实施例2

一种低GI值红糖的制备方法，包括如下步骤：

(1)将蔗渣粉碎，按蔗渣与混合酸的质量体积比为1g：4mL添加混合酸，混合酸是体积分数为20％的磷酸和硝酸混合酸，磷酸和硝酸按体积比1：1混合；浸渍20小时，800℃活化1h，冷却，用蒸馏水洗涤至中性，烘干，粉碎至粒径0.65mm，比表面积1013m²/g，获得酸活化的蔗渣炭；

(2)将葡萄糖异构酶和蔗糖异构酶按酶活比为1:14混合，溶于pH值为7.5的磷酸缓冲液中，配置得到含酶量为10mg/mL的复合酶液，将复合酶液与酸活化的蔗渣炭按体积质量比为5mL/g混合，动态吸附至固定完全，无菌过滤去除酶液，用无菌水清洗去除表面残留酶，干燥，得到蔗渣炭固定化酶；

(3)将蔗渣炭固定化酶通过微波活化，活化条件为微波功率500W，温度设置45℃，活化15min，充填到转化柱中；

(4)甘蔗榨汁后，将榨汁浓缩至可溶性固形物含量为40°Brix，调节pH至7.5；在55℃下，用流动泵将浓缩蔗汁通入转化柱中，循环至转化糖液中异麦芽酮糖、果糖二者的总重量占总糖重量的60％，得到转化糖液；

(5)采用列管式真空浓缩机将转化糖液浓缩熬糖，加工，即可得到低GI值红糖。

实施例3

一种低GI值红糖的制备方法，包括如下步骤：

(1)将粒径为0.65mm未处理的蔗渣炭为固定化载体；将葡萄糖异构酶和蔗糖异构酶按酶活比为1:16混合，溶于pH值为6.5的磷酸缓冲液中，配置得到含酶量为5mg/mL的复合酶液，将复合酶液与蔗渣炭按体积质量比为10mL/g混合，动态吸附至固定完全，无菌过滤去除酶液，用无菌水清洗去除表面残留酶，干燥，得到蔗渣炭固定化酶；.

(2)将蔗渣炭固定化酶通过微波活化，活化条件为微波功率300W，温度设置55℃，活化25min，充填到转化柱中；

(3)甘蔗榨汁后，将榨汁浓缩至可溶性固形物含量为25°Brix，调节pH至6.5；在30℃下，用流动泵将浓缩蔗汁通入转化柱中，循环至转化糖液中异麦芽酮糖、果糖二者的总重量占总糖重量的45％，得转化糖液，；

(4)采用列管式真空浓缩机将转化糖液浓缩熬糖，加工，即得低GI值红糖。

对实施例1的低GI值红糖进行血糖生成指数评定

随机选择不同年龄段试验对象10人，以葡萄糖为基准，红糖GI值＝服用红糖后120min的血糖应答曲线下增加的面积/服用葡萄糖后120min的血糖应答曲线下增加的面积×100，用实施例1制备的低GI值红糖进行测试。

表1、血糖生成指数测定结果

试验对象	GI值
		1	53
2	51
		3	55
4	45
		5	49
6	54
		7	53
8	52
		9	50
10	47
		平均值	51

试验结果如下表1所示，GI值实测均值51，GI值≤55，满足低GI食品标准；而市售红糖GI值一般在90～105，GI值≥70，属于高GI值红糖。

对比例

仅用蔗糖异构酶作为固定化酶，通入浓缩糖液进行转化，其他实施条件同实施例1，最终制备得到的转化糖液中，异麦芽酮糖、果糖的二者总量占总糖量的35％。获得的红糖GI值为60～70，不符合低GI食品要求。

实验例1、混合酸法制备蔗渣炭固定化载体对比实验

将实施例1所述混合酸法制备蔗渣炭固定化载体，对比单一酸法(硝酸法、磷酸法)，利用比表面积测定仪检测，结果如表2所示，混合酸法制备的蔗渣炭固定化载体比表面积为1032.6m²g^-1，优于单一酸法。

表2、混合酸法对比实验

	硝酸法	磷酸法	混合酸法
				比表面积/m<sup>2</sup>g<sup>-1</sup>	672.7	806.3	1032.6

实验例2、复合酶酶活比优化

将实施例1葡萄糖异构酶和蔗糖异构酶分别按酶活比1:10、1:12、1:14、1:16，1:18混合，其他实施条件同实施例1，测定转化糖液中葡萄糖、蔗糖、异麦芽酮糖、果糖的含量；葡萄糖、果糖、蔗糖测定方法参照GB 5009.8-2016；异麦芽酮糖测定方法参照国标GB1886.182-2016。

表3、复合酶酶活比优化

结果如表3所示，当葡萄糖异构酶和蔗糖异构酶的酶活比为1：(14～18)，异麦芽酮糖含量为48％～50％，蔗糖含量低于48％，可见采用特定酶活比的葡萄糖异构酶和蔗糖异构酶作为固定化酶，能够降低转化糖液中蔗糖含量，提高异麦芽酮糖含量。

实验例3、蔗渣炭粒径优选

将实施例1蔗渣炭粒径选为0.1mm、0.25mm、0.45mm、0.65mm、0.85mm五种粒径，其他实施条件同实施例1，测定蔗渣炭固定化酶中蔗糖异构酶负载率、葡萄糖异构酶负载率、糖液活性炭残留、酶转化柱的情况；负载率＝固定化酶活力/投入总酶活力。

表4、蔗渣炭粒径的优选

结果如表4所示，随着蔗渣炭粒径的增大，蔗糖异构酶负载率、葡萄糖异构酶负载率逐步降低，但是糖液蔗渣炭粉残留及酶转化柱的堵塞情况逐步减少，其中，0.65mm的蔗渣炭粒径表现出较高的负载率及较低的残留率；说明一定粒径的蔗渣炭固定化载体适用于蔗糖异构酶和葡萄糖异构酶的共固定化，拥有更好的回收性能。

实验例4、固定化载体对比实验

将实施例1的蔗渣炭固定化载体与常规的凝胶固定化载体相对比，二者应用于蔗糖异构酶和葡萄糖异构酶的共固定化中的性能对比，常规的固定化载体的制备方法为：以明胶为固定化载体，以戊二醛为交联剂，制备得到复合酶固定化载体，配置pH为8.6的27wt％的明胶，加热至80℃使其完全溶解，待温度下降到50～60℃，按比例加入两种酶，搅拌均匀后加入0.15wt％戊二醛，再迅速搅拌均匀置于4℃凝固过夜，用0.05wt％戊二醛二次交联，反复清洗凝胶，切块备用，其他技术方案同实施例1。

表5、固定化载体性能对比结果

固定化载体	蔗渣炭固定化酶	明胶-戊二醛固定化酶
			固定化时间	16h	48h
蔗糖异构酶负载率	56.8％	45.7％
			葡萄糖异构酶负载率	76.6％	81.3％
固定化载体价格	3～8元/kg	60～100元/kg

如表5所示，实施例1的蔗渣炭固定化载体更适于蔗糖异构酶和葡萄糖异构酶的共固定化，其固定化时间更短，蔗糖异构酶负载率更高，载体价格更低。

Claims

1.一种低GI值红糖的制备方法，包括如下步骤：

(2)将蔗渣炭固定化酶充填到转化柱中；将蔗汁通入转化柱中循环，得到转化糖液；经煮糖，加工，即得低GI值红糖；

其中，所述步骤(2)中，循环至转化糖液中异麦芽酮糖和果糖二者的总重量占总糖重量的40～60％；复合酶中，葡萄糖异构酶和蔗糖异构酶的酶活比为1：(10～20)。

2.根据权利要求1所述的一种低GI值红糖的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，蔗渣炭为混合酸活化的蔗渣炭，所述混合酸含有磷酸和硝酸。

3.根据权利要求1或2所述的一种低GI值红糖的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，蔗渣炭的粒径为0.1～2mm。

4.根据权利要求1或2所述的一种低GI值红糖的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，蔗渣炭的粒径为0.45～1.5mm。

5.根据权利要求1或2所述的一种低GI值红糖的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，比表面积为600～1200m²/g。

6.根据权利要求1所述的一种低GI值红糖的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，将复合酶固定化于蔗渣炭中的方法为：将复合酶与蔗渣炭混合，动态吸附至固定完全，干燥。

7.根据权利要求1所述的一种低GI值红糖的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，蔗汁先浓缩至可溶性固形物含量为25～40°Brix。

8.一种低GI值红糖，其特征在于：采用权利要求1～7任一项的制备方法获得。