CN109666555A - 一种转化高糖产品为酒精饮品的方法及应用 - Google Patents

一种转化高糖产品为酒精饮品的方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种转化高糖产品为酒精饮品的方法及应用，属于生物技术领域。本发明方法具体如下：(1)将运动发酵单胞菌株(ZM4)在种子培养基中培养至指数生长期；(2)将步骤(1)获得的处于指数生长期的种子液转接到高糖饮品中培养24～48h，控制接菌的初始OD600nm值为0.1～0.2；所述高糖饮品的pH值为6～7，即可获得本发明所述的酒精饮品。本发明的运动发酵单胞菌培养方法简单容易，能够在较短的时间内将高糖饮品转化成低糖或无糖的含乙醇的健康饮品，且不影响产品的风味。另外，本发明主要在现有的高糖饮品中进行改进，不会造成额外的费用，经济实用，有利于大规模推广应用。

Description

一种转化高糖产品为酒精饮品的方法及应用
技术领域
本发明属于生物技术领域，具体涉及一种转化高糖产品为酒精饮品的方法及应用。
背景技术
随着生活水平的提高，市场上出现愈来愈多各式各样的高糖饮品，如可乐、汽水等碳酸饮料，橙汁、葡萄汁等果汁饮料，以及运动饮料、功能饮料等，深受大多数人的喜爱。但是高糖饮料对人体健康存在极大的危害，经常饮用含糖量高的饮料会影响人体对蛋白质和维生素等其他营养素的吸收，严重的可增加患肾结石，肥胖症，糖尿病和心血管疾病的风险，甚至与癌症有关。
一般情况下，正常甜度饮料的糖含量是8％到11％。如果一瓶饮料的容量是500mL，那么对于正常甜度的饮料而言，所含的糖就是50g。而50g糖的热量是200kcal能量。从营养学角度看，人们每日摄入白糖的总量应不超过50g，最好是在25g以下。如果饮用一瓶500mL正常甜度的饮品，则一天的摄糖量就已经到达上限了。因此就像新能源汽车加速取代燃油车一样，饮料的“低糖化”、“无糖化”已经不再是可有可无的营销噱头，也不再只是企业为追求健康的消费者提供的替代选择，而是成为了全球饮料行业不可逆转的大势。在当今市场上，虽然已有无糖饮品出现，但由于其口感不好，大部分消费者仍还是更偏向于甜口的高糖饮料。所以为了达到降低人们糖摄入量的目的，又不影响饮品口感的同时，降低饮品中的糖浓度显得十分重要。除了在各种果汁饮料当中糖含量较高以外，在一些果酒，红酒等酒精产品或是一些保健药品如我们所用到的梨膏中的含糖量也是偏高的。这让一些不能摄入过多糖分的人们又多了一些忌口的饮品。但日常生活中适量饮用酒是有益于身体健康的，不仅可以降低有害胆固醇，预防血栓，从而降低冠心病的患病率，还可以激发人体产生胰岛素，从而预防因血糖突然升高而导致的二型糖尿病。甚至还有激发大脑潜能、预防胆结石、控制体重和预防肿瘤等功效。目前在降低饮品中糖分的技术上还没有有效的方法，除了在制作饮品的前期少加糖，但这样会影响饮品的口感。也有在饮品中添加一些能够代替糖的物质，但有的添加物也会危害人体的健康，除此之外还会额外的增加经济成本。
本发明中为了在不影响饮品口感的情况下，减少饮品中高糖可能带来的健康问题，我们尝试利用运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)和酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)将高糖饮品转变为低糖或无糖的含酒精饮品，最后确定了以具有优势的运动发酵单胞菌将高糖饮品转变为低糖或无糖含酒精饮品的方法，并成功应用于暖红老酒及梨膏2个体系的3种商业化产品。
运动发酵单胞菌作为生产乙醇的模式菌株，具有优异的工业特性，能在厌氧条件下通过特有的ED代谢途径快速摄取糖，高产乙醇，具有显著的乙醇耐受性。酿酒酵母是真核模式菌株，喜在糖分高、偏酸性的环境中生长，由于其具有繁殖快，生长周期短(一般每1.5-2h增殖一代)，代谢旺盛，且菌体营养丰富等特点也被广泛运用于食品、医药和化工，农业等领域。运动发酵单胞菌和酿酒酵母都是食品安全(GRAS，Generally Recognized as Safe)菌株，可以适用于食品行业的应用。
基于上述理由，提出本申请。
发明内容
本发明的目的在于提供一种转化高糖产品为酒精饮品的方法及应用。本发明在高糖饮品中利用安全的微生物直接将饮品中的高糖利用转化为乙醇，可应用于高糖酒精饮品及其它高糖产品的转化，在不影响饮品口感的同时降低高糖饮品给人们带来的潜在健康风险。
为达到本发明上述第一个目的，本发明采用的技术方案如下：
一种转化高糖产品为酒精饮品的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将运动发酵单胞菌株(ZM4)在种子培养基中培养至指数生长期；
(2)将步骤(1)获得的处于指数生长期的种子液转接到高糖饮品中培养24～48h，控制接菌的初始OD600nm值为0.1～0.2；所述高糖饮品的pH值为6～7，即可获得本发明所述的酒精饮品。
进一步，上述技术方案，步骤(1)所述运动发酵单胞菌株在种子培养基中的培养方法具体如下：
(i)将运动发酵单胞菌甘油菌在RMG2平板上划线活化，25～35℃条件下培养1～3d；
(ii)挑取步骤(i)中平板上大小合适的活化单菌落接种于RMG2液体培养基中，25～35℃条件下静置培养至指数生长期。
优选地，上述技术方案，步骤(i)所述RMG2平板培养基配方具体为：酵母提取物10g/L，磷酸二氢钾2g/L，葡萄糖20g/L，琼脂15g/L；步骤(ii)所述RMG2液体培养基配方具体为：酵母提取物10g/L，磷酸二氢钾2g/L，葡萄糖20g/L。
进一步，上述技术方案，步骤(2)所述高糖饮品可以为可乐、汽水等碳酸饮料，或橙汁、葡萄汁等果汁饮料，或运动饮料、功能饮料等，或果酒，红酒、原浆酒等酒精产品、以及梨膏等保健药品。
更进一步地，上述技术方案，所述原浆酒的浓度不超过70g/L。
更进一步地，上述技术方案，所述高糖饮品中优选添加氮(N)源，所述氮源在高糖饮品中的质量浓度优选为1～10％，更优选为5％。
优选地，上述技术方案，所述氮源可以为玉米浆、RM-母液、YPD-母液等中的任一种，其中：所述RM-母液由酵母提取物和磷酸二氢钾组成；所述YPD-母液由酵母提取物和蛋白胨组成。
更优选地，所述RM-母液配方如下：酵母提取物10g/L，磷酸二氢钾2g/L；
所述YPD-母液配方如下：酵母提取物10g/L和蛋白胨20g/L。
本发明的另一目的在于提供上述所述方法的应用，可应用于高糖酒精饮品及其它高糖产品的转化。
一种含乙醇的低糖或无糖饮品，是采用本发明上述方法转化制得的。
与现有技术相比，本发明涉及的一种转化高糖产品为酒精饮品的方法及应用具有如下有益效果：
本发明方法中确定的运动发酵单胞菌能够在高糖及高酒精环境下利用其中的高糖继续高效产生乙醇，培养方法简单容易，能够在较短的时间内将高糖饮品转化成低糖或无糖的含乙醇的健康饮品，且不影响产品的风味。本发明主要在现有的高糖饮品中进行改进，不会造成额外的费用，经济实用。此方法也可以推广到其它高糖饮品。
附图说明
图1为本发明实施例1和对比例1转化高糖产品方法的流程示意图；
图2为本发明实施例1中运动发酵单胞菌在不同浓度酒中生长代谢图；
图3为本发明对比例1中酿酒酵母在不同浓度酒中生长代谢图；
图4为本发明实施例2中运动发酵单胞菌在不同物质稀释的原浆酒中代谢图；
图5为本发明对比例2中酿酒酵母在不同物质稀释的原浆酒中代谢图；
图6为本发明实施例3中运动发酵单胞菌在梨膏中代谢图；
图7为本发明对比例3中酿酒酵母在在梨膏中代谢图。
具体实施方式
下面结合实施案例和附图对本发明作进一步详细说明。本实施案例在以本发明技术为前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程来说明本发明具有创造性，但本发明的保护范围不限于以下的实施案例。
根据本申请包含的信息，对于本领域技术人员来说可以轻而易举地对本发明的精确描述进行各种改变，而不会偏离所附权利要求的精神和范围。应该理解，本发明的范围不局限于所限定的过程、性质或组分，因为这些实施方案以及其他的描述仅仅是为了示意性说明本发明的特定方面。实际上，本领域或相关领域的技术人员明显能够对本发明实施方式作出的各种改变都涵盖在所附权利要求的范围内。
为了更好地理解本发明而不是限制本发明的范围，在本申请中所用的表示用量、百分比的所有数字、以及其他数值，在所有情况下都应理解为以词语“大约”所修饰。因此，除非特别说明，否则在说明书和所附权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可能会根据试图获得的理想性质的不同而加以改变。各个数字参数至少应被看作是根据所报告的有效数字和通过常规的四舍五入方法而获得的。
本发明测试了运动发酵单胞菌和酿酒酵母二种乙醇发酵模式菌株，具体实施方案以运动发酵单胞菌和酿酒酵母利用暖红原浆酒和梨膏为例。
本发明下述各实施例采用的生物传感器为西尔曼生物传感器，用西尔曼生物传感器检测样品中糖和乙醇浓度的方法如下：将样品用12，000rpm，2min离心，取上清，然后根据标准溶液的浓度范围(葡萄糖1g/L，乙醇0.5g/L)进行样品的稀释后进行检测。
实施例1
本实施例的一种利用运动发酵单胞菌转化稀释原浆酒为酒精饮品的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)活化菌株：将野生型运动发酵单胞菌(以下简写“ZM4”)甘油菌在RMG2平板上(酵母提取物10g/L，磷酸二氢钾2g/L，葡萄糖20g/L，琼脂15g/L)划线活化，30℃培养2d；
(2)挑取步骤(1)中活化平板上大小合适的单菌落接种于RMG2液体培养基(酵母提取物10g/L，磷酸二氢钾2g/L，葡萄糖20g/L)中，在30℃条件下静置培养至指数生长期；
(3)将步骤(2)中处于指数生长期的种子液分别转接到用无菌水稀释成的不同体积分数(50％、60％、70％、80％、90％、100％)的原浆酒中，并添加玉米浆(N源)，所述玉米浆在原浆酒中的体积分数为5％；控制接菌的初始OD600nm为0.15，每间隔12h取样测试生长，代谢情况用生物传感器检测不同时期原浆酒中的含糖量和产乙醇量，探究和比较这该菌能够有效利用的饮品中的糖和乙醇的浓度范围；
其中：所述体积分数为50％的原浆酒由5mL暖红原浆酒和5mL无菌水混匀后获得；
所述体积分数为60％的原浆酒由6mL暖红原浆酒和4mL无菌水混匀后获得；
所述体积分数为70％的原浆酒由7mL暖红原浆酒和3mL无菌水混匀后获得；
所述体积分数为80％的原浆酒由8mL暖红原浆酒和2mL无菌水混匀后获得；
所述体积分数为90％的原浆酒由9mL暖红原浆酒和1mL无菌水混匀后获得；
所述体积分数为100％的原浆酒由10mL暖红原浆酒。
对比例1
本对比例的一种利用酿酒酵母(S.cerevisiae)转化稀释原浆酒的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)活化菌株：将酿酒酵母甘油菌在YPD平板上(葡萄糖20g/L，酵母提取物10g/L，蛋白胨20g/L，琼脂15g/L)划线活化，30℃培养约2～3d；
(2)挑取步骤(1)中活化平板上大小合适的单菌落接种于YPD液体培养基(葡萄糖20g/L，酵母提取物10g/L，蛋白胨20g/L)中，在30℃，200rpm有氧培养至指数生长期；
(3)将步骤(2)中处于指数生长期的种子液分别转接到用无菌水稀释成的不同体积分数(50％、60％、70％、80％、90％、100％)的原浆酒(稀释原浆酒配方与实施例1相同)中，并添加玉米浆(N源)，所述玉米浆在原浆酒中的体积分数为5％；控制接菌的初始OD600nm为0.15，每间隔12h取样测试生长，代谢情况用生物传感器检测不同时期原浆酒中的含糖量和产乙醇量，探究和比较该菌能够有效利用的饮品中的糖和乙醇的浓度范围。
ZM4在50％～100％体积分数范围的原浆酒中的生长代谢情况如图2所示。由图2可以看出，ZM4最高能够耐受在70％酒(理论上70g/L)中生长，添加了5％玉米浆后有促进生长的作用。在60％酒浓度下能够在48h内利用完酒中约60g/L的糖，并产42g/L的乙醇，使60％酒中的乙醇浓度由初始的60g/L最终达到108g/L且无糖，能够有效起到降糖产乙醇的目的。
S.cerevisiae在50％～100％体积分数范围的原浆酒中的生长代谢情况如图3所示。由图3可知，S.cerevisiae不能够耐受在原浆酒中的高乙醇，不能利用原浆酒为培养基进行生长代谢。所以对比下，ZM4比S.cerevisiae更能耐受原浆酒并更好的降糖。
实施例2
本实施例利用运动发酵单胞菌转化稀释原浆酒为酒精饮品的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)活化菌株：将野生型运动发酵单胞菌(以下简写“ZM4”)甘油菌在RMG2平板上(酵母提取物10g/L，磷酸二氢钾2g/L，葡萄糖20g/L，琼脂15g/L)划线活化，30_℃培养2d；
(2)挑取步骤(1)中活化平板上大小合适的单菌落接种于RMG2液体培养基(酵母提取物10g/L，磷酸二氢钾2g/L，葡萄糖20g/L)中，在30℃条件下静置培养至指数生长期；
(3)将步骤(2)中处于指数生长期的种子液转接到用不同物质稀释的原浆酒中，控制接菌的初始OD600nm为0.15；每间隔12h取样测试，用生物传感器检测不同时期原浆酒中的含糖量和产乙醇量，探究和比较该菌在添加了不同物质的原浆酒降糖产乙醇的效果；
其中：
步骤(3)所述用不同物质稀释的原浆酒有6组，各组配方具体如下：
(酒+水)组：由5mL暖红原浆、5mL无菌水混匀后获得；
(酒+RM-)组：由5mL暖红原浆、1mL 5xRM-母液、4mL无菌水混匀后获得；
(酒+YPD-)组：由5mL暖红原浆、1mL 5xYPD-母液、4mL无菌水混匀后获得；
(酒+蔗糖)组：由5mL暖红原浆、1.5mL 50％蔗糖母液、3.5mL无菌水混匀后获得；
(酒+蔗糖+RM-)组：由5mL暖红原浆、1.5mL 50％蔗糖母液、1mL 5xRM-母液、2.5mL无菌水混匀后获得；
(酒+蔗糖+YPD-)组：由5mL暖红原浆、1.5mL 50％蔗糖母液、1mL 5xYPD-母液、2.5mL无菌水混匀后获得；
注：RM-成分为酵母提取物10g/L，磷酸二氢钾2g/L；
YPD-成分为酵母提取物10g/L，蛋白胨20g/L。
对比例2
本对比例的一种利用酿酒酵母(S.cerevisiae)转化稀释原浆酒的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)活化菌株：将酿酒酵母甘油菌在YPD平板上(葡萄糖20g/L，酵母提取物10g/L，蛋白胨20g/L，琼脂15g/L)划线活化，30℃培养约2～3d；
(2)挑取步骤(1)中活化平板上大小合适的单菌落接种于YPD液体培养基(葡萄糖20g/L，酵母提取物10g/L，蛋白胨20g/L)中，在30℃，200rpm有氧培养至指数生长期；
(3)将步骤(2)中处于指数生长期的种子液转接到用不同物质稀释的原浆酒(稀释原浆酒配方与实施例2中的6组稀释原浆酒相同)中，控制接菌的初始OD600nm为0.15；每间隔12h取样测试，用生物传感器检测不同时期原浆酒中的含糖量和产乙醇量，探究和比较该菌在添加了不同物质的原浆酒降糖产乙醇的效果。
ZM4在不同物质稀释的原浆酒中的代谢情况如图4所示。由图4可知，在酒中添加了水，RM-，蔗糖，在这几种添加物中，ZM4在添加了RM-时降糖是最快的，说明补充N源能够促进ZM4的降糖速率；在添加了蔗糖时由于ZM4会分解蔗糖，增加酒中的糖，所以24h时将糖利用完最终产生了80g/L的乙醇，蔗糖的添加说明ZM4能够耐受高糖；在将这两种物质一同添加时，最终能够将酒中60g/L糖全部利用完并产生100g/L的乙醇，说明ZM4能够有效的在原浆酒中达到降糖产乙醇的目的。
S.cerevisiae在不同物质稀释的原浆酒中的代谢情况如图5所示。由图5可知，在酒中添加水，YPD-，蔗糖，在这几种添加物中，S.cerevisiae在添加了YPD-时降糖是最快的，说明补充N源能够促进S.cerevisiae的降糖速率，在26h内利用了50g/L的糖，S.cerevisiae能够有效的在原浆酒中达到降糖的目的，但S.cerevisiae的降糖的速率不如ZM4。
实施例3
本实施例利用运动发酵单胞菌转化梨膏为酒精饮品的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)活化菌株：将野生型运动发酵单胞菌(以下简写“ZM4”)甘油菌在RMG2平板上(酵母提取物10g/L，磷酸二氢钾2g/L，葡萄糖20g/L，琼脂15g/L)划线活化，30℃培养2d；
(2)挑取步骤(1)中活化平板上大小合适的单菌落接种于RMG2液体培养基(酵母提取物10g/L，磷酸二氢钾2g/L，葡萄糖20g/L)中，在30℃条件下静置培养至指数生长期；
(3)将步骤(2)中处于指数生长期的种子液转接到梨膏中，控制接菌的初始OD600nm为0.15；每间隔12h取样测试，用生物传感器检测不同时期梨膏中的含糖量和产乙醇量，探究和比较该菌在梨膏中降糖产乙醇的效果；
其中：步骤(3)所述梨膏有6组不同配方，具体如下：
绿梨膏：5mL绿色梨膏饮品；
黄梨膏：5mL黄色梨膏饮品；
水+绿梨膏：5mL水+5mL绿色梨膏饮品；
水+黄梨膏：5mL水+5mL黄色梨膏饮品；
酒+绿梨膏：5mL暖红原浆酒+5mL绿色梨膏饮品；
酒+黄梨膏：5mL暖红原浆酒+5mL黄色梨膏饮品；
上述所述所述绿色梨膏饮品是由130g绿色百合梨膏和130mL无菌水混匀所得；所述黄色梨膏饮品是由130g黄色山楂梨膏与130mL无菌水混匀所得。
对比例3
本实施例利用酿酒酵母转化梨膏为酒精饮品的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)活化菌株：将酿酒酵母甘油菌在YPD平板上(葡萄糖20g/L，酵母提取物10g/L，蛋白胨20g/L，琼脂15g/L)划线活化，30℃培养约2～3d；
(2)挑取步骤(1)中活化平板上大小合适的单菌落接种于YPD液体培养基(葡萄糖20g/L，酵母提取物10g/L，蛋白胨20g/L)中，在30℃，200rpm有氧培养至指数生长期；
(3)将步骤(2)中处于指数生长期的种子液转接到梨膏(与实施例3中各组梨膏配方相同)中，控制接菌的初始OD600nm为0.15；每间隔12h取样测试，用生物传感器检测不同时期梨膏中的含糖量和产乙醇量，探究和比较该菌在梨膏中降糖产乙醇的效果。
ZM4在梨膏中的代谢情况如图6所示，在用无菌水稀释成50％浓度的梨膏中，ZM4能利用梨膏中的60g/L的糖并生成65g/L的乙醇。ZM4能够有效的在梨膏中达到降糖产乙醇的目的。
S.cerevisiae在梨膏中的代谢情况如图7所示，在用无菌水稀释成50％浓度的梨膏中，S.cerevisiae不能利用梨膏中的糖转化成乙醇。

Claims (10)

1.一种转化高糖产品为酒精饮品的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
(1)将运动发酵单胞菌株ZM4在种子培养基中培养至指数生长期；
(2)将步骤(1)获得的处于指数生长期的种子液转接到高糖饮品中培养24～48h，控制接菌的初始OD600nm值为0.1～0.2；所述高糖饮品的pH值为6～7，即可获得所述的酒精饮品。
2.根据权利要求1所述的转化高糖产品为酒精饮品的方法，其特征在于：步骤(1)所述运动发酵单胞菌株在种子培养基中的培养方法具体如下：
(i)将运动发酵单胞菌甘油菌在RMG2平板上划线活化，25～35℃条件下培养1～3d；
(ii)挑取步骤(i)中平板上大小合适的活化单菌落接种于RMG2液体培养基中，25～35℃条件下静置培养至指数生长期。
3.根据权利要求2所述的转化高糖产品为酒精饮品的方法，其特征在于：步骤(i)所述RMG2平板培养基配方具体为：酵母提取物10g/L，磷酸二氢钾2g/L，葡萄糖20g/L，琼脂15g/L；步骤(ii)所述RMG2液体培养基配方具体为：酵母提取物10g/L，磷酸二氢钾2g/L，葡萄糖20g/L。
4.根据权利要求1所述的转化高糖产品为酒精饮品的方法，其特征在于：步骤(2)所述高糖饮品可以为碳酸饮料、果汁饮料、运动饮料、功能饮料或酒精产品以及高糖保健药品中的任一种。
5.根据权利要求4所述的转化高糖产品为酒精饮品的方法，其特征在于：所述酒精产品包括果酒，红酒、原浆酒，其中：所述原浆酒的浓度不超过70g/L。
6.根据权利要求1所述的转化高糖产品为酒精饮品的方法，其特征在于：所述高糖饮品中优选添加氮源，所述氮源在高糖饮品中的质量浓度优选为1～10％。
7.根据权利要求6所述的转化高糖产品为酒精饮品的方法，其特征在于：所述氮源可以为玉米浆、RM-母液、YPD-母液等中的任一种，其中：所述RM-母液由酵母提取物和磷酸二氢钾组成；所述YPD-母液由酵母提取物和蛋白胨组成。
8.根据权利要求6所述的转化高糖产品为酒精饮品的方法，其特征在于：所述RM-母液配方如下：酵母提取物10g/L，磷酸二氢钾2g/L；所述YPD-母液配方如下：酵母提取物10g/L和蛋白胨20g/L。
9.权利要求1～8任一项所述方法在将高糖酒精饮品或高糖产品转化为含乙醇的低糖或无糖产品中的应用。
10.一种含乙醇的低糖或无糖饮品，其特征在于：采用权利要求1～8任一项所述方法转化获得。
CN201910126901.8A 2019-02-20 2019-02-20 一种转化高糖产品为酒精饮品的方法及应用 Pending CN109666555A (zh)

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