富含低聚木糖的小麥麩皮飲料的研制

程細(xì)菊，楊瑞金，華霄，趙偉，張文斌

1(江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無錫，214122)2(江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無錫，214122)

谷物皮層因具有重要的營養(yǎng)學(xué)特性，越來越引起人們研究的興趣，其中，小麥麩皮(簡稱麩皮)為主要研究對象之一［1］。目前，麩皮在國內(nèi)基本上用作飼料，很少進(jìn)行深加工和再利用，經(jīng)濟(jì)附價值不高。麩皮來源充足、價格低廉，含有較豐富的蛋白質(zhì)、碳水化合物、維生素和礦物質(zhì)等［2］，是很好的功能性食品配料資源。麩皮中阿拉伯木聚糖含量達(dá)到干基的20%以上［3］，經(jīng)酶法水解得到低聚木糖。低聚木糖能夠促進(jìn)以雙歧桿菌為代表的腸道有益菌群的增殖［4－6］，并具有增強(qiáng)肌體免疫力、抵抗腫瘤和促進(jìn)人體對鈣的吸收等功能，與其他功能性低聚糖相比，用量少，效果好［7］。此外，小麥麩皮中淀粉和蛋白質(zhì)的含量也相當(dāng)可觀，因此小麥麩皮具有潛在的開發(fā)利用價值。

麩皮經(jīng)焙烤后，采用木聚糖酶酶解阿拉伯木聚糖為低聚木糖，風(fēng)味蛋白酶酶解蛋白質(zhì)為短肽，中溫α-淀粉酶酶解淀粉為小分子糖類，這些營養(yǎng)成分以及可溶性礦物質(zhì)、維生素均保留在麩皮飲料中，實(shí)現(xiàn)了麩皮中有效成分的充分提取利用，得到風(fēng)味獨(dú)特、高營養(yǎng)價值的飲料。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 材料與試劑

麩皮，無錫榮國面粉有限公司;木聚糖酶(30520 U/g)，食品級、江南大學(xué)食品酶學(xué)實(shí)驗(yàn)室自制;風(fēng)味蛋白酶500MG(9 175 U/g)、中溫α-淀粉酶(6 000 U/g)，食品級、丹麥 Novozymes公司;蜂蜜、白砂糖，市售;其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

高速藥物粉碎機(jī)，青州市精誠機(jī)械有限公司;電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠;MP-501A型超級恒溫循環(huán)槽，上海一恒科技有限公司;723N型可見分光光度計，上海精密科學(xué)儀器有限公司;LXJ-Ⅱ型離心沉淀機(jī)，上海醫(yī)用分析儀器廠;PT-20C-R型管板式組合式超高溫殺菌機(jī)，Powerpoint Interuational;Waters600高效液相色譜儀，美國Waters公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 測定方法

木聚糖含量測定:間苯三酚法［8－10］;還原糖含量測定:DNS法［11］;蛋白質(zhì)含量測定:微量凱氏定氮法，換算系數(shù) 5.7［12］。

酶解液中木聚糖包括木糖、阿拉伯糖、低聚木糖以及少量酶解不完全的大分子木聚糖。根據(jù)木聚糖酶的水解機(jī)制可知，主要成分為低聚木糖［13］。

低聚木糖含量測定:HPLC法［14］，色譜條件，色譜柱:Sugar-Pak1，300 mm×6.5 mm鈣型陽離子交換柱;流動相:純水;流速，0.4 mL/min;檢測器，示差折光檢測器，Waters2410;檢測器靈敏度，4;柱溫，85℃;進(jìn)樣體積，10 μL。

1.3.2 麩皮飲料制作工藝流程

麩皮→粉碎→焙烤→酶解→滅酶→離心→酶解液→稀釋、澄清→調(diào)配→殺菌、灌裝→成品

1.3.3 操作要點(diǎn)

(1)焙烤條件的選擇:麩皮經(jīng)粉碎過40目篩，均勻鋪開后放入烘箱中，一定溫度下焙烤一段時間，冷卻。在料水比1∶8、pH 6.0、木聚糖酶加酶量610 U/g麩皮、溫度50℃酶解5 h，在沸水浴中靜置10 min滅酶，然后3 000 r/min離心20 min，以木聚糖轉(zhuǎn)化得率(%)為指標(biāo)，選定較佳的烘焙條件。

(2)酶解工藝:在分別研究木聚糖酶、風(fēng)味蛋白酶、中溫α-淀粉酶各自的優(yōu)化酶解工藝基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)研究同時加入以上3種酶的復(fù)合酶酶解工藝。

(3)麩皮飲料的澄清、調(diào)配:酶解液稀釋3倍后，添加0.2 g/L皂土和0.1 g/L殼聚糖澄清，然后添加蜂蜜、白砂糖和檸檬酸調(diào)配。

(4)高溫瞬時殺菌、無菌灌裝:超高溫瞬時殺菌(135℃，5 s)后直接進(jìn)行無菌灌裝得到成品。

1.4 感官評定

由10位具有一定感官評定經(jīng)驗(yàn)的食品科學(xué)研究人員進(jìn)行感官評定。對飲料的香味和滋味兩個感官指標(biāo)進(jìn)行感官評分(總分100分)，以確定蜂蜜、白砂糖和檸檬酸量。如表1所示。

表1 麩皮飲料感官評價表

2 結(jié)果與分析

2.1 焙烤條件的確定

焙烤賦予谷物飲料獨(dú)特的風(fēng)味和色澤［15－16］，熱處理可適當(dāng)破壞麩皮結(jié)構(gòu)，利于麩皮木聚糖的酶解。焙烤條件的確定以木聚糖轉(zhuǎn)化得率為評價指標(biāo)，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同焙烤條件對木聚糖轉(zhuǎn)化得率的影響

在不同焙烤條件下木聚糖轉(zhuǎn)化得率可達(dá)30%～54%，其中180℃、20 min條件下木聚糖轉(zhuǎn)化得率最高，達(dá)到54%，焙烤麩皮呈焦黃色，有濃郁麥香味;溫度為150℃時，在相同(20 min)或更長(30 min)時間下，木聚糖轉(zhuǎn)化得率也能達(dá)到48%以上，縮短時間(10 min)，則轉(zhuǎn)化得率略有降低(45%)，但焙烤麩皮香味并不濃郁;當(dāng)溫度達(dá)到210℃時，麩皮部分碳化，造成木聚糖大量的損失，在相同焙烤時間(20 min)下木聚糖轉(zhuǎn)化得率僅為33%，而且產(chǎn)生糊味，將會影響飲料風(fēng)味。綜上所述選擇焙烤條件為180℃、20 min。

2.2 酶解工藝的單因素實(shí)驗(yàn)

木聚糖酶酶解的最適溫度為50℃，pH值為6.0［13］。風(fēng)味蛋白酶酶解的最適溫度50℃，pH值為6.0［17］;淀粉酶酶解的最適溫度 60℃，pH 6.0［17］。考慮到低聚木糖是飲料中的主要功能性成分，故將酶解條件定為木聚糖酶的最適條件(50℃、pH 6.0)。

2.2.1 木聚糖酶加酶量

將料水比、pH值、溫度和反應(yīng)時間分別固定為1∶8、6.0、50℃ 和 5 h，研究不同加酶量下還原糖濃度(mg/mL)和木聚糖轉(zhuǎn)化得率(%)，這時還原糖主要成分是低聚木糖，另外還有少量阿拉伯糖、葡萄糖和木糖。還原糖濃度越高則表示低聚木糖濃度越高，酶解效果越好［14］。結(jié)果如圖2所示。

圖2 加酶量對還原糖濃度和木聚糖轉(zhuǎn)化得率的影響

當(dāng)加酶量小于153 U/g麩皮時，還原糖濃度和木聚糖轉(zhuǎn)化得率均隨加酶量增加而較快速上升，當(dāng)加酶量達(dá)到153 U/g麩皮后，還原糖濃度和木聚糖轉(zhuǎn)化得率均達(dá)到飽和狀態(tài)，分別為6.19 mg/mL和53.18%，繼續(xù)增加木聚糖酶用量效果不顯著。從生產(chǎn)成本考慮，加酶量153 U/g麩皮最合適。

2.2.2 木聚糖酶反應(yīng)時間

將料水比、pH值、溫度和加酶量分別固定為1∶8、6.0、50℃和153 U/g麩皮，研究不同反應(yīng)時間下還原糖濃度和木聚糖轉(zhuǎn)化得率，結(jié)果如圖3所示。還原糖濃度在0～4 h增加較快，4 h后還原糖含量達(dá)到飽和。木聚糖提取率在0～2h增加速度較快，2 h后變緩，到達(dá)4 h時木聚糖得率幾乎達(dá)到飽和。因此確定反應(yīng)時間為4 h。

圖3 反應(yīng)時間對還原糖濃度和木聚糖轉(zhuǎn)化得率的影響

2.2.3 風(fēng)味蛋白酶加酶量

利用風(fēng)味蛋白酶將蛋白質(zhì)水解為短肽，一方面可以降低飲料儲藏過程中蛋白質(zhì)分子絡(luò)合沉淀幾率，增加小麥麩皮飲料的穩(wěn)定性，另一方面將蛋白轉(zhuǎn)化為功能性短肽，增加飲料中營養(yǎng)成分。

圖4 加酶量對蛋白質(zhì)提取率的影響

將料水比、pH、溫度和酶解時間分別固定為1∶8、6.0、50℃和4 h，研究不同加酶量下蛋白質(zhì)提取率，結(jié)果如圖4所示。蛋白質(zhì)提取率隨加酶量增加而快速上升，當(dāng)加酶量達(dá)138 U/g麩皮時，蛋白質(zhì)提取率達(dá)到飽和，為33.51%，進(jìn)一步提高酶量效果不明顯。因此確定加酶量為138 U/g麩皮。在一些關(guān)于酶法提取小麥麩皮蛋白質(zhì)的報道中，蛋白質(zhì)提取率也在30% ～40%［18］，因?yàn)辂滬煹鞍踪|(zhì)中大約一半是水不溶性的谷蛋白和醇溶蛋白，不能進(jìn)入水相被蛋白酶所降解。

2.2.4 風(fēng)味蛋白酶反應(yīng)時間

將料水比、pH、溫度和加酶量分別固定為1∶8、6.0、50℃和138 U/g麩皮，研究不同反應(yīng)時間下蛋白質(zhì)提取率，結(jié)果如圖5所示。在反應(yīng)前4 h，蛋白質(zhì)提取率隨時間增加速度較快，4 h后蛋白質(zhì)提取率幾乎達(dá)到飽和。從生產(chǎn)成本角度考慮，4 h比較適宜。

圖5 反應(yīng)時間對蛋白質(zhì)提取率的影響

2.2.5 中溫α-淀粉酶加酶量

焙烤過程中部分淀粉與蛋白質(zhì)生成了一種與木質(zhì)素性質(zhì)類似的復(fù)雜的不溶物質(zhì)，會在飲料儲藏過程中產(chǎn)生沉淀。本研究添加淀粉酶，既防止因淀粉引起的沉淀，又能水解產(chǎn)生葡萄糖、麥芽糖，可減少調(diào)配時甜味劑用量。

將料液比、pH、溫度和反應(yīng)時間分別固定為1∶8、6.0、50℃和4 h，研究不同加酶量下還原糖濃度。此時，還原糖主要成分是葡萄糖、麥芽糖等，結(jié)果如圖6所示。

圖6 加酶量對還原糖濃度的影響

當(dāng)加酶量小于60 U/g麩皮時還原糖濃度隨加酶量的增加較快速上升，當(dāng)加酶量達(dá)到60 U/g麩皮時，還原糖濃度達(dá)到飽和，為17.94 mg/mL，繼續(xù)增加酶量效果不顯。從生產(chǎn)成本考慮，加酶量60 U/g麩皮較適宜。

2.2.6 中溫α-淀粉酶反應(yīng)時間

將料水比、pH、溫度和加酶量分別固定為1∶8、6.0、50℃和60 U/g麩皮，研究不同反應(yīng)時間下還原糖濃度，結(jié)果如圖7所示。在反應(yīng)前2 h，還原糖濃度隨時間增加速度較快，到2 h后還原糖濃度趨于飽和，因此選擇反應(yīng)時間為2 h。

圖7 反應(yīng)時間對還原糖濃度的影響

2.3 復(fù)合酶酶解工藝正交優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)，初步確定各因素水平，再通過L9(34)正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步確定復(fù)合酶酶解的優(yōu)化工藝條件，結(jié)果如表2所示。從正交實(shí)驗(yàn)看出，木聚糖酶用量和反應(yīng)時間對木聚糖轉(zhuǎn)化得率影響最顯著;蛋白酶用量和反應(yīng)時間對蛋白質(zhì)提取率影響最顯著。使用復(fù)合酶時，還原糖包括木二糖～木四糖、葡萄糖和麥芽糖等，因此還原糖濃度受到木聚糖酶、淀粉酶和反應(yīng)時間的影響顯著性相近。蛋白酶對還原糖濃度的顯著性貢獻(xiàn)最大，可能是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)降解使得碳水化合物充分暴露，利于酶解反應(yīng)。

在綜合考慮3個指標(biāo)結(jié)果及經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上，確定較優(yōu)酶解工藝條件為:木聚糖酶153 U/g麩皮、風(fēng)味蛋白酶138 U/g麩皮、淀粉酶60U/g麩皮，反應(yīng)時間4h，此時木聚糖轉(zhuǎn)化得率為52.02%，還原糖濃度27.19 mg/mL，蛋白質(zhì)提取率40.14%。

表2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計表L9(34)

2.4 酶解液中低聚木糖含量測定

將料水比、pH值、溫度和木聚糖酶加酶量分別為1∶8、6.0、50℃和 153 U/g 麩皮下反應(yīng) 4 h，所得酶解液與乙醇按體積比1∶1混合，離心除去醇沉下來的大分子沉淀，過0.45μm濾膜后上樣，利用HPLC分析，結(jié)果見圖8所示。保留時間為15.38 min為阿拉伯糖、13.73 min為木糖、12.51 min為葡萄糖、11.15 min為木二糖、10.20 min為木三糖、9.63 min為木四糖，其它為大于木四糖的木聚糖。計算得木二糖，木三糖和木四糖(即低聚木糖)的總濃度為6.19 mg/mL。飲料中低聚木糖的添加量:成年人推薦用量為0.7g/d，飲料按500 mL/d計，添加量以0.14 g/100 mL為宜，所以將酶解液稀釋3倍，此時低聚木糖含量為2.06 mg/mL可滿足推薦日攝入量，而且感官評定發(fā)現(xiàn)稀釋3倍調(diào)配后飲料口感更好。

圖8 小麥麩皮酶解液的HPLC圖

2.5 調(diào)配產(chǎn)品的感官評定實(shí)驗(yàn)

以蜂蜜、白砂糖和檸檬酸為調(diào)味劑，通過正交試驗(yàn)，以感官評分為指標(biāo)確定最佳配方，結(jié)果見表3。對飲料風(fēng)味的影響因素為B=C＞A，因素B及因素C均極為顯著，而A不顯著。從成本來考慮，得出最佳配方為A1B2C1，即蜂蜜量10 g/L，白砂糖量60 g/L，檸檬酸量0.75 g/L。

表3 焙烤小麥麩皮飲料配方正交試驗(yàn)結(jié)果

2.6 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

感官指標(biāo):飲料色澤均勻一致，呈淺黃色，澄清透明，有光澤;酸甜適中，無異味，具有烘麥的特有濃郁焦香味;理化指標(biāo):可溶性固形物含量大于9.4%;低聚木糖含量2.06 mg/mL;蛋白質(zhì)含量3.14 mg/mL;pH 3.9～4.0;微生物指標(biāo):細(xì)菌總數(shù)＜10 CFU/mL;大腸菌群數(shù)＜3 MPN/100 mL;致病菌未檢出。

3 結(jié)論

(1)確定了焙烤條件:180℃、20 min;復(fù)合酶優(yōu)化酶解工藝條件:木聚糖酶153 U/g麩皮、風(fēng)味蛋白酶138 U/g麩皮、中溫α-淀粉酶60 U/g麩皮，料水比1∶8，pH 6.0，反應(yīng)溫度 50℃，反應(yīng)時間 4 h;最優(yōu)配方:蜂蜜量10 g/L，白砂糖量60 g/L，檸檬酸量0.75 g/L。

(2)麩皮飲料的感官、理化、衛(wèi)生指標(biāo)符合傳統(tǒng)型谷物飲料標(biāo)準(zhǔn)，說明通過焙烤、酶解、調(diào)配等可以生產(chǎn)出高品質(zhì)麩皮飲料。該飲料除了含有功能性成分低聚木糖及短肽外，還含有脂肪、多種維生素和多種無機(jī)鹽等營養(yǎng)成分。

(3)原料麩皮為十分廉價的農(nóng)副產(chǎn)品，制成的飲料含有豐富的功能性低聚木糖，對人體具有較高的保健功能，本研究工藝“變廢為寶”，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品質(zhì)量容易控制，具有廣泛的開發(fā)應(yīng)用價值。

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