分步酶解法生產(chǎn)糙米汁飲料工藝條件研究

張 群，劉 偉，劉詠紅，李志堅(jiān)，譚 歡，吳躍輝

（湖南省農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125）

我國(guó)是谷物生產(chǎn)與消費(fèi)的大國(guó)，稻谷經(jīng)礱谷脫去穎殼后即是糙米，糙米再經(jīng)過進(jìn)一步碾制去掉果皮、種皮、糊粉層和胚才成為精白米。精白米雖然口感好，易消化，但營(yíng)養(yǎng)價(jià)值卻不如糙米。大米的加工精度越高，營(yíng)養(yǎng)損失越大，而僅僅剝落谷殼的糙米，各種營(yíng)養(yǎng)素含量則較好，可以滿足人們健康的基本需要[1-2]。唐代著名中藥學(xué)家孟洗在《食療本草》中說，糙米有“止痢、補(bǔ)中益氣、堅(jiān)筋骨、和血脈”之功效。明代藥物學(xué)家李時(shí)珍在《本草綱目》中稱糙米具有“和五臟、好顏色”的妙用，意思是說常食糙米，不僅可以安和五臟，去病延年，而且還能潤(rùn)澤容顏，使青春常駐。在美國(guó)，糙米有“褐色米”之美稱，食用糙米在發(fā)達(dá)國(guó)家已形成一股不小的浪潮。美國(guó)食品與藥物管理部門（FDA）對(duì)糙米的胚芽與米糠進(jìn)行了化驗(yàn)與分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)10 g 糙米胚芽中含有的營(yíng)養(yǎng)成分包括：蛋白質(zhì)3 g，脂肪（植物性）1.2 g，維生素B1、B2、B3 等2.5 g，維生素E 0.8 g，維生素C 50 mg，維生素A 50 mg，菸堿酸250 mg，葉酸250 mg，鋅20 mg，鎂15 mg，鐵20 mg，磷15 mg。糙米加工存在一定的局限性。一是糙米中的脂質(zhì)容易發(fā)生水解酸敗和氧化酸敗。糙米酸敗限制了糙米的生產(chǎn)、銷售和食用，而且限制了相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用，因此糙米必須進(jìn)行穩(wěn)定化處理。一般有3 種方法，（1）熱處理，鈍化脂肪酶；（2）溶劑處理，除去脂質(zhì)；（3）乙醇處理，鈍化脂酶以及產(chǎn)生脂酶的細(xì)菌和霉菌。本研究中采用簡(jiǎn)單易行的熱處理方法——高溫烘烤法。二是糙米的外圍被纖維組織包裹起來，人體難以消化吸收，口感差，糙米飯可接受性較差。充分利用糙米開發(fā)新型功能保健食品已成為糧食深度加工的趨向。目前國(guó)內(nèi)對(duì)糙米的研究重點(diǎn)和趨勢(shì)為最大限度保留糙米的營(yíng)養(yǎng)素，改善食用品質(zhì)和提高糙米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。本研究利用分步酶解法對(duì)糙米糊進(jìn)行處理，有效降解糙米皮層的纖維素，降解淀粉，降低糙米糊稠度，降解蛋白質(zhì)，防止產(chǎn)品氧化褐變。最大限度地改善糙米汁飲料的口感，將大分子物質(zhì)盡可能變?yōu)樾》肿游镔|(zhì)，提高人體的消化吸收率。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

糙米：市購(gòu)發(fā)芽紅糙米（隆平米社）；α-淀粉酶、纖維素酶、葡萄糖化酶、蛋白酶（棗莊市杰諾生物酶有限公司）；蔗糖脂肪酸酯、羧甲級(jí)纖維素鈉（CMCNa）、黃原膠、單甘脂，均為食品級(jí)添加劑。

1.2 試驗(yàn)儀器

電熱恒溫干燥箱；高速粉碎機(jī)；高壓均質(zhì)機(jī)；脫氣機(jī)；灌裝機(jī)；高溫瞬時(shí)滅菌機(jī)；氨基酸分析儀；折光儀；恒溫培養(yǎng)箱；pH 計(jì)；高速離心機(jī)；電子天平。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 指標(biāo)的檢測(cè)方法 氨基酸含量采用GB/T 5009.124-2003 食品中氨基酸的測(cè)定方法；菌落總數(shù)采用GB 4789.2-2010 食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測(cè)定方法；大腸菌群數(shù)采用GB 4789.3-2010食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗(yàn)大腸菌群測(cè)定方法；志賀氏菌數(shù)采用GB/T 4789.5-2003 食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗(yàn)志賀氏菌檢驗(yàn)方法；金黃色葡萄球菌數(shù)采用GB 4789.10-2010 食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗(yàn)金黃色葡萄球菌檢驗(yàn)方法；總糖含量采用GB/T 5009.8-2008食品中蔗糖的測(cè)定方法；還原糖含量采用GB/T 5009.7-2008 食品中還原糖的測(cè)定方法；可溶性固形物含量采用折光法，GB/T 12143-2008 飲料通用分析方法。pH 值采用pH 測(cè)定儀測(cè)定。

穩(wěn)定性試驗(yàn)：飲料制成后，取干燥的刻度離心管并稱取質(zhì)量m1，再量取10 mL 飲料加入離心管，稱取質(zhì)量m2，然后在4 000 r/min 下離心20 min，輕輕倒出所有溶液，擦干管外壁及管內(nèi)壁沉淀以上部位的液體，準(zhǔn)確稱量質(zhì)量m3，按下列公式計(jì)算沉淀率，作為穩(wěn)定性的評(píng)判指標(biāo)。重復(fù)3 次，取平均值。沉淀率（%）= 100%×（m3-m1）/（m2-m1）式中：m1為離心管質(zhì)量g；m2為離心管和飲料總質(zhì)量g；m3為離心管和沉淀總質(zhì)量g。

1.3.2 生產(chǎn)工藝流程 糙米原汁的生產(chǎn)：糙米→洗凈→晾干→烘烤→粉碎→調(diào)漿→糊化→第一步酶解→第二步酶解→第三步酶解→滅酶→冷卻→離心→取上清液，即為糙米原汁。糙米汁飲料：糙米原汁調(diào)配、采用二次均質(zhì)、脫氣、殺菌、灌裝得清爽的糙米汁飲料[3-4]。

1.3.3 工藝過程分析 糙米：選取發(fā)芽紅糙米。烘烤：180℃烘烤10 min。糊化：糙米粉:水比例為1∶10。酶解：分三步酶解，第一步淀粉酶液化，第二步纖維素酶降解，第三步糖化酶和蛋白酶酶解。滅酶：酶解液加熱至100℃，煮沸10～15 min。離心：4 000 r/min下離心20 min 得上清液即為糙米原汁。

產(chǎn)品配方調(diào)配：將糙米原汁和復(fù)合懸浮劑、糖、酸按一定比例配比。脫氣、殺菌、灌裝得到最終產(chǎn)品。

2 結(jié)果與分析

2.1 烘烤條件的確定

發(fā)芽紅糙米先經(jīng)過烘烤，使其達(dá)到一定的糊化而利于后序的淀粉酶解作用，去掉米糠味[5]。選擇烘烤溫度為160、180、200℃，烘烤時(shí)間為5、10、15、20 min，以烘烤后米粒整體成焦黃色、具有烘烤香味但無焦味為最佳烘烤效果作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用180℃烘烤10 min 時(shí)的效果最佳，其顏色和味道較好，可賦予產(chǎn)品誘人的色澤和濃郁的焦香味。具體見表1。

表1 糙米烘烤時(shí)間和溫度的確定

2.2 糊化時(shí)的加水量

糊化時(shí)加水量直接影響液化過程和成品品質(zhì)。加水量過少，糊化液粘度過大，液化時(shí)酶與底物不能很好接觸，需常攪拌，以糊化液局部變質(zhì)。對(duì)于成品，加水量越少，糖度越高，粘度越大。相反，加水量越大，由于復(fù)合反應(yīng)主要生成異麥芽糖，使產(chǎn)品糖度低，粘度也小。通過單因素實(shí)驗(yàn)研究了糊化加水量對(duì)成品品質(zhì)的影響，從表2 可以看出糙米粉:水比例為1∶10 時(shí)最佳。

2.3 分步酶解條件的確定

2.3.1 第一步酶解，α- 淀粉酶的用量和時(shí)間的確定 糙米中淀粉占75%左右。必須經(jīng)過充分的酶解，使糊化液中的直鏈淀粉分子分解成許多短鏈糊精。α-淀粉酶又稱液化酶，可隨機(jī)地作用于淀粉中的α-1,4-糖苷鍵，生成葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖、糊精等還原糖，同時(shí)使淀粉的粘度降低。一般隨著酶量的增加，達(dá)到相同液化程度所需時(shí)間逐漸減少，但需同時(shí)考慮酶的費(fèi)用和液化時(shí)間，以求最佳效果。采用單因素試驗(yàn)分別用不同酶量對(duì)糙米液化時(shí)間進(jìn)行研究，用碘液檢測(cè)液化終點(diǎn)。結(jié)果表明，加酶量分別為0.3%、0.4%、0.5%、0.6%時(shí)，要達(dá)到碘液不變色需要的時(shí)間依次為90、80、50、30 min，為了提高生產(chǎn)效率，最終確定加酶量為0.6%。

表2 糙米粉糊化加水比例

2.3.2 第二步酶解，纖維素酶的用量和時(shí)間的確定糙米纖維素含量豐富，必須通過纖維素酶酶解，將不溶性纖維素轉(zhuǎn)化成可溶性纖維素，分解成多糖類的物質(zhì)。在50～60℃下作用30 min，測(cè)定可溶性固形物，以其含量不再變化為準(zhǔn)。結(jié)果表明加酶量分別為0.1‰、0.2‰、0.3‰，相應(yīng)的酶解時(shí)間為80、50、30 min 時(shí)，可溶性固形物不再變化。確定加酶量0.3‰，時(shí)間30 min。

2.3.3 第三步酶解，糖化酶和蛋白酶用量和時(shí)間的確定 糖化酶和蛋白酶同時(shí)作用：由于糙米中蛋白質(zhì)含量豐富，在后續(xù)加工過程中易引起氧化褐變，本試驗(yàn)利用中性蛋白酶來酶解蛋白。蛋白質(zhì)酶解以雙縮尿試劑來定性，蛋白質(zhì)與雙縮尿試劑反應(yīng)呈現(xiàn)出紫色，紫色消失表明酶解完成。糖化酶添加量以可溶性固形物含量不再變化為準(zhǔn)。綜合2 種酶的酶解時(shí)間，確定蛋白酶添加量為0.3‰，糖化酶添加量為2‰，在50～60℃下酶解3.5 h。

2.4 糙米糊化后酶解前后氨基酸和還原糖的變化

米粉經(jīng)過糊化，將酶解前后各100 g 米粉定容到2 000 mL，取上清液測(cè)定游離和水解氨基酸、還原糖氨基酸含量具體見表3。未經(jīng)酶解的糊化米粉液中未檢出還原糖，酶解后還原糖含量為44.24 mg/mL。

從上述數(shù)據(jù)可看出，酶解米粉中無論是游離氨基酸還是水解氨基酸含量都大大增加，還原糖的含量大大增加。結(jié)果顯示部分蛋白質(zhì)分解為氨基酸，淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷悾褂坞x氨基酸、水解氨基酸和還原糖含量增加，從而大大提高人體的消化吸收率。

表3 糊化液與酶解液氨基酸含量比較 （g/kg）

2.5 懸浮體系的建立

糙米汁飲料是水包油型乳狀液。要獲得穩(wěn)定的乳狀液，必須加乳化劑，本試驗(yàn)選擇蔗糖脂肪酸脂和單甘脂作為乳化劑和分散劑。穩(wěn)定劑賦予飲料較好的流變和粘滑性，改善飲料食品的結(jié)構(gòu)和外觀。單一的穩(wěn)定劑都無法使產(chǎn)品達(dá)到長(zhǎng)期均勻、穩(wěn)定懸浮，只有將穩(wěn)定劑復(fù)合使用才能達(dá)到較好的效果。經(jīng)前期試驗(yàn)選擇黃原膠和羧甲基纖維素鈉作為穩(wěn)定劑。以蔗糖脂肪酸酯、單甘脂、黃原膠和羧甲基纖維素鈉的添加量為研究對(duì)象設(shè)計(jì)4 因素3 水平的正交試驗(yàn)。對(duì)穩(wěn)定效果的評(píng)價(jià)采用離心沉淀率作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即在4 000 r/min 離心20 min 后，計(jì)算沉淀量占總量的百分比。試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和結(jié)果的分析如表4 和表5 所示。

表4 懸浮體系的因素水平設(shè)置

由試驗(yàn)結(jié)果分析可知，要獲得好的懸浮穩(wěn)定體系，4 個(gè)因素對(duì)離心沉淀率的影響大小依次為蔗糖脂肪酸酯>單甘脂>羧甲基纖維素鈉>黃原膠。為使產(chǎn)品離心沉淀率最小，最佳試驗(yàn)參數(shù)為A2B3C2D3：蔗糖脂肪酸酯添加量為0.1‰，單甘酯0.12‰，黃原膠0.2‰，羧甲基纖維素鈉0.3‰。

表5 懸浮體系的正交試驗(yàn)結(jié)果

2.6 產(chǎn)品配方的確定

糙米汁飲料的感官口感評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表6。

表6 感官口感評(píng)分表

以糙米原汁、白砂糖和檸檬酸的添加量為對(duì)象設(shè)置3 水平3 因素正交試驗(yàn)（表7），根據(jù)表7 的標(biāo)準(zhǔn)研究產(chǎn)品配方對(duì)產(chǎn)品風(fēng)味的影響。由產(chǎn)品配方的正交試驗(yàn)結(jié)果可知（表8），產(chǎn)品配方3 個(gè)因素的影響大小依次為糙米原汁>蔗糖>檸檬酸。最佳配方為：糙米原汁添加量為40%，蔗糖6%，檸檬酸1.5‰。調(diào)配：糙米原汁配以復(fù)合乳化劑和復(fù)合穩(wěn)定劑、糖、酸、增香劑乙基麥芽酚攪拌均勻。

表7 產(chǎn)品配方的因素水平設(shè)置

2.7 均質(zhì)和脫氣

表8 產(chǎn)品配方的正交試驗(yàn)結(jié)果

第一次為25 M～28 MPa，第二次為38 M～40 MPa。將均質(zhì)后的混合糙米果汁飲料真空脫氣，脫氣壓力控制在10 M～15 MPa，脫氣時(shí)間10～15 min。脫除飲料中的空氣、氧氣和異味，以避免在后續(xù)的高溫階段可能發(fā)生的氧化反應(yīng)。

2.8 殺菌和灌裝

在115～128℃的高溫瞬時(shí)（20～40 s）殺菌，得到糙米汁飲料。殺菌后立即灌裝封口，時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)影響糙米汁飲料的品質(zhì)。灌裝封口時(shí)溫度控制在70～75℃，通過熱裝罐排除容器內(nèi)的空氣，防止和減少氧化。米乳由于容易酸化變質(zhì)，冷卻水中加入少量漂白粉等消毒劑（控制有效余氯含量在20～35 μg/mL 左右），防止冷卻時(shí)造成污染。經(jīng)5～7 d 保溫儲(chǔ)存，經(jīng)檢查無染菌、分層、脹蓋現(xiàn)象，即得糙米汁飲料成品。

2.9 成品質(zhì)量檢測(cè)

2.9.1 產(chǎn)品感官評(píng)價(jià) 試驗(yàn)所研制出的糙米汁飲料口感細(xì)膩爽滑，甘甜可口，具備濃厚的米香氣。同時(shí)乳液整體呈現(xiàn)清亮乳白色，產(chǎn)品放置半個(gè)月并無分層和結(jié)塊現(xiàn)象，流動(dòng)性好。

2.9.2 產(chǎn)品理化和微生物檢驗(yàn)結(jié)果 可溶性固形物為7.5 Brix，pH 值為4.5，細(xì)菌總數(shù)＜100 cfu/mL，大腸菌群＜3 MPN/100mL，致病菌未檢出。

3 結(jié)論與討論

3.1 糙米原汁生產(chǎn)工藝

發(fā)芽紅糙米經(jīng)烘烤、粉碎、糊化后，分布酶解。第一步酶解α-淀粉酶用量0.6%，反應(yīng)時(shí)間30 min；第二步酶解纖維素酶用量0.3‰，反應(yīng)時(shí)間30

采用低壓高壓相結(jié)合的二次均質(zhì)法，均質(zhì)壓力min；第三步酶解糖化酶用量2‰，蛋白酶用量0.3‰，反應(yīng)時(shí)間3.5 h，獲得糙米原汁。

3.2 糙米汁飲料的產(chǎn)品配方

糙米汁飲料產(chǎn)品含有糙米汁40%，蔗糖6%，檸檬酸1.5‰，蔗糖脂肪酸酯添加量為0.1‰，單甘酯0.12‰，黃原膠0.2‰，羧甲基纖維素鈉0.3‰。

3.3 成品配方

糙米汁飲料產(chǎn)品中含有糙米汁40%，蔗糖6%，檸檬酸1.5‰，蔗糖脂肪酸酯添加量為0.1‰，單甘酯0.12‰，黃原膠0.2‰，羧甲基纖維素鈉0.3‰。

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