CN107190043B - 一种辣木红糖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种辣木红糖及其制备方法。本发明利用复合微生物发酵法去除吡咯烷生物碱制备辣木叶精粉，将蔗糖异构酶和葡萄糖异构酶按一定比例固定化于蔗渣炭，形成蔗渣炭固定化酶，将蔗汁通过固定化酶转化，最后转化糖液与辣木叶精粉混合后，经浓缩、加工，获得低GI的辣木红糖。本发明的辣木红糖中果糖、异麦芽酮糖含量高，产品GI值低；克服传统红糖蔗糖含量高，过甜过腻等缺点，兼具辣木天然保健成份，特别适合亚健康、糖尿病人群。

Description

一种辣木红糖及其制备方法
技术领域
本发明涉及制糖领域，更具体地，涉及一种辣木红糖及其制备方法。
背景技术
辣木是多年生热带落叶乔木，营养丰富而全面，大量研究也表明辣木具有很好的功能活性，因而引起了全世界的广泛关注。我国卫生部也于2012年批准辣木叶为新资源食品。辣木叶含的类黄酮、多酚等物质使其有很好的抗氧化活性；其降血糖、降血脂、降血压等功能则与其含有的糖苷、谷甾醇有关；此外，辣木叶中的生物碱、硫代葡萄糖酸盐、多酚等物质使其具有消炎、抗癌、抗茵等方面的功效。然而，辣木叶中含有一定量的吡咯烷类生物碱，使用过量可能存在一定的安全风险，因此对于功能性食品而言，降低吡咯烷类生物碱的含量非常必要。
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。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。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。由于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
本发明的目的在于克服上述困难，提供一种辣木红糖及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种辣木红糖的制备方法，包括如下步骤：
(1)用复合微生物发酵菌剂发酵处理辣木叶，发酵结束后灭菌，干燥，粉碎，获得辣木叶精粉；
(2)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；
(3)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；
(4)将转化糖液与辣木叶精粉混匀，经煮糖，加工，即得低GI的辣木红糖。
作为上述方法的优选，步骤(1)中，复合微生物发酵菌剂含有球形节杆菌、地衣芽孢杆菌、棒杆菌，三者的活菌数比例为2：(1～3)：(1～3)。
作为上述方法的优选，步骤(1)中，复合微生物发酵菌剂的接种量为每g辣木叶中复合微生物发酵菌剂总活菌数≥107CFU，发酵处理5～7天，发酵的温度为30～37℃。
作为上述方法的优选，步骤(2)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(2)中，蔗渣炭的粒径为0.1～2mm。
作为上述方法的优选，步骤(2)中，蔗渣炭的比表面积600～1200m2/g。
作为上述方法的优选，步骤(2)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(3)中，蔗汁先浓缩至可溶性固形物含量为25～40°Brix，通入固定化酶转化柱中循环，循环至转化糖液中异麦芽酮糖和果糖的二者总重量占总糖重量的40～60％。
一种辣木红糖，采用上述任一种制备方法获得。
本发明的有益效果是：
本发明利用微生物发酵制备辣木叶精粉，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，最后转化糖液与辣木叶精粉混合后，经浓缩，加工，获得低GI值的辣木红糖。
本发明方法具有下述优点：
(1)本发明方法利用微生物处理辣木叶，大大降低了辣木叶中的的吡咯烷类生物碱，使得辣木红糖食用更安全，保健功能更丰富。
(2)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。
(3)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，并且易于回收和清洗，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。
(4)本发明辣木红糖的果糖、异麦芽酮糖含量高，产品GI值低，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，并且风险成份吡咯烷生物碱未检出，食用安全，且兼具辣木天然保健成份，特别适合亚健康、糖尿病人群。
具体实施方式
辣木(Moringa)又称鼓槌树(Drumstick tree)，是多年生热带落叶乔木，小叶为椭圆形、宽椭圆形或卵型，无毛。花为圆锥形花序左右对称腋生，为两性花，有香味，萼筒盆状(萼杯状)，开花时向下向外弯曲；花瓣有五，白色或奶黄色，气味芳香；辣木木叶片富含多种矿物质、维生素、氨基酸、抗氧素、自然防炎体和矿物质，作为蔬菜和食品有增进营养，食疗保健的功能；也广泛应用于医药、保健等方面。
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值可分为三种等级：高GI值为：GI值≥70；中GI值为：GI值56～69；低GI值为：GI值≤55。
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，复合微生物发酵菌剂由球形节杆菌、地衣芽孢杆菌、棒杆菌混合配制而成，经复合微生物发酵菌剂发酵后的辣木叶，吡咯烷生物碱含量大幅降低，达到安全水平，发酵方法采用常规微生物发酵工艺，控制合适的含水量和pH。
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。
本发明采用的复合微生物发酵菌剂由球形节杆菌、地衣芽孢杆菌、棒杆菌混合配制而成，使用前采用常规方法活化处理。
实施例1
一种辣木红糖的制备方法，包括如下步骤：
(1)将新鲜辣木叶晾晒，粉碎至40目，调节含水量至80％，调节pH至7；将球形节杆菌、地衣芽孢杆菌、棒杆菌按活菌数为2：3：1配置成复合微生物发酵菌剂，按每g辣木叶中的最终总活菌数为108CFU接种到辣木叶上，控制发酵温度为30～37℃，发酵6天，去除吡咯烷生物碱，发酵结束后，灭菌，烘干至含水量≤5％，粉碎至400目，获得辣木叶精粉；
采用高效液相色谱法测定吡咯烷生物碱，对比未发酵处理的情况，所得辣木叶精粉吡咯烷生物碱降解率78.6％；
(2)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；
(3)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；
(4)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，充填到固定化酶转化柱中；
(5)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；
(6)将转化糖液与辣木叶精粉按体积质量比15mL/g混合均匀，采用列管式真空浓缩机浓缩熬糖，加工，即得辣木红糖；
实施例2
一种低GI值的辣木红糖的制备方法，包括如下步骤：
(1)将新鲜辣木叶晾晒，粉碎至50目，调节含水量至70％，调节pH至7.5；将球形节杆菌、地衣芽孢杆菌、棒杆菌按活菌数为2：1：3配置成复合微生物发酵菌剂，按每g辣木叶中的最终总活菌数为108CFU接种到辣木叶上，控制发酵温度为30～37℃，发酵6天，去除吡咯烷生物碱；发酵结束后，灭菌，烘干至含水量≤5％，粉碎至400目，获得辣木叶精粉；
采用高效液相色谱法测定吡咯烷生物碱，对比未发酵处理的情况，所得辣木叶精粉中吡咯烷生物碱降解率71.7％；
(2)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；
(3)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；
(4)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，充填到固定化酶转化柱中；
(5)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固定化酶转化柱中，循环至转化糖液中异麦芽酮糖、果糖的二者总重量占总糖重量的60％，得到转化糖液；
(6)将转化糖液与辣木叶精粉按体积质量比20mL/g混合均匀，采用列管式真空浓缩机浓缩熬糖，加工，即得辣木红糖；
实施例3
一种辣木红糖的制备方法，包括如下步骤：
(1)将新鲜辣木叶晾晒，粉碎至30目，调节含水量至75％，调节pH至7；将球形节杆菌、地衣芽孢杆菌、棒杆菌按活菌数为1：1：1配置成复合微生物发酵菌剂，按每g辣木叶中的最终总活菌数为108CFU接种到辣木叶上，控制发酵温度为30～37℃，发酵6天，去除吡咯烷生物碱，发酵结束后，灭菌，烘干至含水量≤5％，粉碎至400目，获得辣木叶精粉；
采用高效液相色谱法测定吡咯烷生物碱，对比未发酵处理的情况，所得辣木叶精粉中吡咯烷生物碱降解率75.4％；
(2)以粒径为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；
(3)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，充填到固定化酶转化柱中；
(4)甘蔗榨汁后，将榨汁浓缩至可溶性固形物含量为25°Brix，调节pH至6.5；在30℃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、果糖的二者总重量占总糖重量的45％，得转化糖液，；
(5)将转化糖液与辣木叶精粉按体积质量比25mL/g混合均匀，采用列管式真空浓缩机浓缩熬糖，加工，即得辣木红糖；
实施例1～3的辣木红糖的吡咯烷生物碱含量
检测实施例1～3的辣木红糖中吡咯烷生物碱的含量，采用高效液相色谱法，具体操作参考文献Phytochemical Characterization using GC-MS Analysis ofMethanolicExtract of Moringa oleifera(Family Moringaceae)Plant Cultivated in Iraq；检测结果发现：实施例1～3的方法制备的辣木红糖未检出吡咯烷生物碱，可见经过复合微生物发酵菌剂发酵处理的辣木叶，吡咯烷生物碱含量大幅度降低，可以安全应用与红糖等食品的制备中。
实施例1的辣木红糖的血糖生成指数评定及营养分析
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制备的辣木红糖进行测试。
表1、血糖生成指数测定结果
试验对象 GI值
1 47
2 50
3 48
4 45
5 49
6 46
7 45
8 40
9 46
10 47
平均值 46.3
试验结果如下表1所示，本发明的辣木红糖的GI值实测均值46.3，GI值≤55，满足低GI食品标准，属于低GI的辣木红糖；而市售红糖GI值一般在90～105，GI值≥70，属于高GI红糖。
表2、辣木红糖营养分析
普通红糖 辣木红糖
总氨基酸mg/g 2.52 4.46
必需氨基酸比例/％ 15 28.3
维生素A(mg/100g) <1 2.78
维生素C(μg/100g) <1 5.82
β-胡萝卜素(mg/100g) 0.18 2.98
铁(mg/100g) <1 1.08
锌(mg/kg) 1.6 1.79
钙(mg/kg) 2.2 15.53
对实施例1的辣木红糖进行营养成分分析，以普通红糖为对比，结果如表2所示，辣木红糖总氨基酸、必需氨基酸比例、维生素A、C、β-胡萝卜素、铁、锌、钙等营养成分含量均有明显提升，大大提高了红糖的营养和保健功能，适合亚健康人群。
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值食品要求。
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3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3、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4、复合酶酶活比优化
Figure BDA0001329222500000081
结果如表4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，测定蔗渣炭固定化复合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5、蔗渣炭粒径的优选
Figure BDA0001329222500000091
结果如表5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6、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6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 (8)

1.一种辣木红糖的制备方法，包括如下步骤：
(1)用复合微生物发酵菌剂发酵处理辣木叶，发酵结束后灭菌，干燥，粉碎，获得辣木叶精粉；
(2)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；
(3)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；
(4)将转化糖液与辣木叶精粉混匀，经煮糖，加工，即得低GI的辣木红糖；
其中，所述步骤(1)中，复合微生物发酵菌剂含有球形节杆菌、地衣芽孢杆菌、棒杆菌，三者的活菌数比例为2：(1～3)：(1～3)；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所述的一种辣木红糖的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，复合微生物发酵菌剂的接种量为每g辣木叶中复合微生物发酵菌剂总活菌数≥107CFU，发酵处理5～7天，发酵的温度为30～37℃。
3.根据权利要求1所述的一种辣木红糖的制备方法，其特征在于：步骤(2)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。
4.根据权利要求1或3所述的一种辣木红糖的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，蔗渣炭的粒径为0.1～2mm。
5.根据权利要求1或3所述的一种辣木红糖的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，蔗渣炭的比表面积600～1200m2/g。
6.根据权利要求1所述的一种辣木红糖的制备方法，其特征在于：步骤(2)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。
7.根据权利要求1所述的一种辣木红糖的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，蔗汁先浓缩至可溶性固形物含量为25～40°Brix，通入固定化酶转化柱中循环，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％。
8.一种辣木红糖，其特征在于：采用权利要求1～7任一项的制备方法获得。
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