当前位置：首页>农业>河南省农业大学食品加工与流通安全控制工程技术研究中心宋莲军教授团队《LWT》发表重要成果

河南省农业大学食品加工与流通安全控制工程技术研究中心宋莲军教授团队《LWT》发表重要成果

2026-06-21 05:08:20

Food Science Popularization ｜ 食研科普

通过酶法将蔗糖转化为果聚糖的枣汁的特性及益生元潜力

导读

河南农业大学的研究团队在食品权威期刊《LWT》（IF=6.6）发表题为“Characterization and Prebiotic Potential of Jujube Juice Obtained by Enzymatic Conversion of Constituent Sucrose into Fructo-Oligosaccharides”的研究性论文。

饮料行业近年来消费者对兼具便利性、感官吸引力和健康益处的产品需求持续增长。天然果汁曾因其丰富的营养和纯正口感而广受欢迎；然而，其高含量的游离糖与肥胖、2型糖尿病及心血管疾病等生活方式相关疾病存在关联。因此，开发低糖、低热量的果汁产品已成为研究的重点方向。

果汁中高糖含量与生活方式相关疾病密切相关，这促使人们迫切需要低热量的功能性替代品。本研究旨在通过使用Viscozyme L酶将蔗糖转化为果寡糖（FOS），制备一种富含益生元的枣汁。将枣肉在50°C下用0.6mL/100mLViscozyme L处理3小时，可使蔗糖含量降低84.7%，并获得每克37.57mg的FOS（占总小分子糖的29.0%）。酶法处理还显著改善了果汁的加工特性：果汁产量提高了103%，澄清度提高了80%，黄度（b*值）几乎翻倍。经3小时处理的果汁促进了嗜乳杆菌和植物乳杆菌的增殖（分别达162%和128%）。体外结肠发酵试验表明，处理后的果汁增加了短链脂肪酸（乙酸和丙酸）的生成，提升了益生元指数（12小时时达到峰值2.10），并通过减少大肠杆菌-志贺菌的同时，丰富了有益菌属，如Blautia、Ruminococcus、Limosilactobacillus和Faecalibacterium，从而对肠道微生物群产生积极调节作用。这些结果表明，将蔗糖转化为低聚果糖（FOS）的酶法转化是一种双重功效策略，既能提高果汁的加工效率，又能将枣汁转变为低热量、富含益生元的功能性饮料。

鉴于枣子中蔗糖含量较高，本研究推测通过添加FFase酶可将蔗糖转化为FOS，从而降低枣汁的热量，同时增强其益生元特性。本研究采用Viscozyme L（一种富含果胶酶的商业酶制剂）对枣汁进行处理，评估了酶解处理对物理化学性质和化学成分的影响，并通过体外结肠发酵试验评价其益生元潜力。该工作为开发功能性、低热量枣汁产品提供了理论与实践指导。

研究亮点

★使用Viscozyme L酶解处理，将枣汁中84.7%的蔗糖转化为果聚糖。

★经过处理的枣汁在产量、透明度、可溶性固形物和色泽参数方面均显著改善。

★经3小时处理的果汁促进了嗜乳杆菌（162%）和植物乳杆菌（128%）的增殖。

★经处理的果汁在体外发酵过程中增强了短链脂肪酸的生成和益生元指数。

★将蔗糖转化为低聚果糖的酶法转化是开发益生元枣汁的有效策略。

核心结果与讨论

1.酶处理优化了加工特性：产率、澄清度、色泽

最佳平衡点：2小时处理即可在产率、固形物和能耗间取得良好平衡；3小时处理则可最大化澄清度和FOS产量。

2.糖谱重构：蔗糖转化为FOS

关键化学变化：

蔗糖含量：从78.0 mg/g 骤降至11.0 mg/g（3h时），降幅达84.7%。

葡萄糖：从24.0 mg/g 飙升至约57 mg/g（+138%），因为蔗糖水解产生葡萄糖。

果糖：无显著变化。

FOS（1-蔗果三糖 + 蔗果四糖）：从0增至37.6 mg/g，占总小分子糖的29.0%。

反应路径：

水解 + 转糖基：FFase先水解蔗糖为果糖+葡萄糖，再将果糖基转移至另一蔗糖分子→生成1-蔗果三糖（GF2）；继续反应可生成蔗果四糖（GF3）。

净效果：枣汁从“蔗糖主导”变为“葡萄糖 + FOS主导”，热量降低，益生元活性增强。

3.益生菌增殖效应：菌株特异性

以葡萄糖培养基为对照（100%），测定枣汁对四种益生菌的增殖率：

结论：3h处理的枣汁最适合用于富集L. paracasei（首选）和L. plantarum，可作为靶向益生元底物。

4.体外结肠发酵：强益生元效应

实验设置：用1.0%酶处理枣汁（3h）替代碳源，与葡萄糖、未处理枣汁对比，接种人粪便菌群发酵48小时。

关键发现：

益生元指数：1.0% 酶处理枣汁组在12 h达到最高PI值2.10（未处理组仅为1.21）。PI > 0 表示净益生元效应，2.10意味着有益菌与有害菌的净比例较基线增加了110%。

短链脂肪酸（12 h）：

乙酸：酶处理组（836 μg/mL）≈ 未处理组（820 μg/mL） >> 葡萄糖组（389 μg/mL）。丙酸：酶处理组（123 μg/mL）显著高于未处理组（85.4 μg/mL）。总SCFA：酶处理组（1020 μg/mL）是葡萄糖组（573 μg/mL）的1.78倍。

菌群调控（48 h）：

有益菌：酶处理组显著富集了Blautia, Ruminococcus, Limosilactobacillus, Faecalibacterium等产SCFA的厚壁菌门成员。

有害菌：Escherichia-Shigella（机会致病菌）丰度较未处理组降低3.44%。

多样性：酶处理组的α多样性（Chao1, Shannon）显著升高，β多样性显示菌群结构明显不同于葡萄糖组。

研究结论与意义

★使用Viscozyme L处理3小时，可将蔗糖转化为84.7%的果寡糖（FOS），产率达37.6 mg/g FOS，占总小分子糖的29.0%。除酶促转化外，该处理还显著改善了果汁的加工性能：果汁产量提高103%（从33.4%增至67.8%），澄清度提升80%（从40.8%增至73.2%），可溶性固形物含量上升8.6%（从19.5%增至21.2°Brix）。色泽参数也得到改善，亮度（L*）增加10.3%（从60.27增至66.50），黄度（b*）几乎翻倍（从39.25增至74.86）。同时，经过3小时处理后，水溶性多糖（从4.84 mg/g增至5.61 mg/g）和总糖含量（从163 mg/g增至180 mg/g）均显著增加（p < 0.05）。

在功能方面，处理后的果汁表现出较强的益生元活性，促进嗜乳杆菌（Lactobacillus paracasei）和植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）的增殖，分别达到162%和128%。体外结肠发酵试验表明，经处理的果汁可促进短链脂肪酸（乙酸和丙酸）的生成，提高益生元指数（从1.21升至2.10），并增加有益菌属，如Blautia、Ruminococcus、Limosilactobacillus和Faecalibacterium，同时减少大肠杆菌-志贺氏菌的含量。这些结果表明，将蔗糖酶解为低聚果糖（FOS）是一种双重功效策略：既能提升果汁加工效率，又能将枣汁转化为一种低热量、富含益生元的功能性饮料，从而增强其营养价值和肠道健康益处。

本研究展示了一个“清洁标签”式的加工策略：不添加外源益生元，而是通过酶法将果汁中“不健康”的蔗糖原位转化为“健康”的FOS。Viscozyme L不仅完成了糖重构（蔗糖↓84.7%，FOS达37.6 mg/g），还同时提升了出汁率（+103%）、澄清度（+96%）和色泽。转化后的枣汁能显著促进L. paracasei（162%）和L. plantarum（128%）增殖，并在体外发酵中表现出强益生元活性（PI 2.10，SCFA↑，富集Blautia等丁酸菌）。这为开发低糖、高益生元、加工性能优良的果蔬汁提供了一条可工业化的新路径。

对行业的实践意义

1.对于果汁/饮料企业：

Viscozyme L 可作为一种“多功能加工助剂”：同时解决高糖痛点（转化蔗糖为益生元）和低产率/浑浊问题。

工艺参数：50°C，pH 6.0，2-3小时，0.6 mL/100 mL酶量，可作为一个工业化起点。

目标菌株匹配：若想开发“益生元 + 益生菌”合生产品，可优先搭配 L. paracasei（增殖率162%）。

2.对于科研人员：

糖谱分析务必区分“总糖”、“小分子糖”和“FOS”，并计算转化率。

益生元评价需结合PI、SCFA和菌群测序，三者结合才能讲清机制。

警惕体外发酵的pH陷阱：若pH降至5.0以下，需在讨论中明确指出局限性，或改用pH控制发酵。

3.未来研究方向：

使用pH控制发酵罐确认FOS枣汁在近生理pH下的益生元效果。

开展人体临床试验，验证其降低餐后血糖/改善肠道健康的效果。

探索共发酵：用酶处理枣汁作为基底，直接发酵L. paracasei，生产活菌型益生元果汁。

图文赏析

Figure 1. Representative high-performance liquid chromatography (HPLC) profiles of enzyme treated jujube juices for 0 h (A) and 5 h (B); Identified peaks are as follows: 1, fructose; 2, glucose; 3, sucrose; 4, 1-kestose; 5, nystose. (C) Changes in the contents of various components of small-molecule sugars in jujube juice during enzymatic treatment.

Figure 2. Influences of jujube juices after enzymatic treatment for 0 h and 3 h on the growth stimulation activity of Lactobacillus paracei (LPC %), Lactobacillus plantarum (LP %), Akkermanniella muciniphila (AKK %), Bifidobacterium bifidum (BB %). The values were calculated on the basis of glucose activity (taken as 100%).

Figure 3. Changes in representative flora, prebiotic index (PI) and short chain fatty acid in each group during fermentation. (A) Lactobacillus; (B) Bifidobacterium; (C) Clostridium perfringens; (D) Escherichia coli; (E) Change in prebiotic index at 6 h, 12 h, 24 h, and 48 h fermentation; (F) Changes in acetate, propionate and butyrate during fermentation.

Figure 4. Effects of the untreated jujube juice and enzyme-treated jujube juice on intestinal flora diversity. (A) Chao 1 index; (B) Observed features index; (C) Shannon index; (D)PCoA plot based on weighted unifrac distance; (E) PCoA plot based on unweighted unifrac distance.

Figure 5. Effects of the untreated jujube juice and enzyme-treated jujube juice on on intestinal flora composition. (A) Phylum level; (B) Genus level; (C) Evolutionary tree of genus level; (D) LEfSe analysis cladogram among groups.

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.lwt.2026.119614

免责声明：「原创」仅代表原创编译，仅供学术交流，本平台不主张原文的版权，如有侵权，请联系删除。文献解读如有疏漏之处，我们深表歉意，请作者团队及时联系《食研科普》小编（微信号：gw52528），小编会在第一时间进行修改或撤稿重发，感谢您的谅解！