酶解法制備薏米汁的工藝優(yōu)化

曠 慧，姚麗敏，易美君，孫宏偉，王金玲

(東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江哈爾濱150040)

薏米，又名薏苡米、苡仁、米仁、川谷，藥食兩用［1］。據(jù)《中國食療大典》記載:薏米含蛋白質(zhì)14%，脂肪5%，碳水化合物65%，鈣0.7%，磷0.242%，鐵0.001%，其蛋白質(zhì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過稻米，人體必需的8種氨基酸齊全，其比例接近人體需要［2-4］。由于它的營養(yǎng)價(jià)值在禾本科植物中占第一位，故有“世界禾本科植物之王”的美稱［5-6］。淀粉是薏米中的主要碳水化合物，薏米淀粉結(jié)構(gòu)比較堅(jiān)硬，很難被糊化，食用時(shí)必須經(jīng)過長時(shí)間浸漬后進(jìn)行煮沸，限制了薏米在食品方面的利用［7-8］。酶解技術(shù)作為高新的生物技術(shù)，在食品生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用［9］。目前國內(nèi)外對(duì)用酶法制取谷物濁汁已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展并廣泛應(yīng)用于食品加工產(chǎn)業(yè)中［10］。淀粉酶酶解法制備薏米汁的工藝條件溫和，副反應(yīng)少，操作條件容易控制，得到的薏米汁組分分布均勻，理化性質(zhì)穩(wěn)定，能保持薏米獨(dú)特的感官質(zhì)量、營養(yǎng)質(zhì)量和衛(wèi)生質(zhì)量。酶解法制備薏米汁為薏米的深加工和提高薏米的營養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)附加價(jià)值提供了一條有效的途徑［11-12］。本研究通過單因素及正交實(shí)驗(yàn)對(duì)酶解法制備薏米汁的工藝進(jìn)行了優(yōu)化，以期找到最佳的工藝參數(shù)。旨在為開發(fā)薏米這一寶貴資源提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

薏米 市購;淀粉酶(250000U/g) 哈美望試劑公司;氫氧化鈉、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、亞鐵氰化鉀、濃鹽酸、亞甲基藍(lán)、葡萄糖 國產(chǎn)分析純，北京北化康泰臨床試劑有限公司。

DFL-24 型遠(yuǎn)紅外食品烘爐 廣州市白云區(qū)寶源廚房設(shè)備廠;JA2003 型電子天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司;PW-100 高速萬能粉碎機(jī) 天津泰斯特有限公司;30CMX5CM 型80 目篩 上海松潤五金篩網(wǎng)有限公司;DK-8D 型電熱恒溫水槽 上海一恒科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 制備薏米汁的工藝流程 薏米→篩選→漂洗→浸泡→瀝干→烘焙→粉碎→過篩→調(diào)漿→酶解→加熱滅酶→過濾→薏米汁［13］。

1.2.2 薏米的預(yù)處理 選擇質(zhì)硬，有光澤，顆粒飽滿，呈白色或黃白色，味甘淡或微甜的薏米，用流水清洗干凈，用6 倍體積pH9～10 的碳酸鈉溶液浸泡6h［14］，清水洗干凈后瀝干水分。

1.2.3 焙烤條件對(duì)制備薏米汁的影響

1.2.3.1 焙烤溫度對(duì)制備薏米汁的影響 將預(yù)處理過的薏米分成5 組，每組50g，分別在100、120、140、160、180℃下焙烤30min，焙烤時(shí)不時(shí)翻動(dòng)，使其均勻受熱［15］，取出冷卻。對(duì)薏米根據(jù)氣味、色澤、滋味三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 焙烤薏米的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standards of baking coix kernel

1.2.3.2 焙烤時(shí)間對(duì)制備薏米汁的影響 將預(yù)處理過的薏米分成5 組，每組質(zhì)量為50g，置于上述實(shí)驗(yàn)所確定的最佳溫度下分別焙烤15、25、35、45、55min。對(duì)薏米根據(jù)氣味、色澤、滋味三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.2.4 粉碎過篩 在上述實(shí)驗(yàn)確定的最佳條件下焙烤薏米，將得到的薏米冷卻后用粉碎機(jī)粉碎至合適的粒度，過80 目篩，過篩后的薏米粉置于干燥的容器中，低溫避光保藏。

1.2.5 淀粉酶酶解的單因素實(shí)驗(yàn)將薏米粉用80℃，pH6 的0.5% NaH2PO4溶液，按料水比為1 ∶15調(diào)成漿［16］，置于電爐上，控制溫度在85℃左右，糊化10min。通過單因素實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步確定料水比、淀粉酶用量、酶解時(shí)間、酶解溫度、酶解pH 對(duì)制備薏米汁的影響。單因素水平設(shè)計(jì)見表2。用直接滴定法測定薏米汁中還原糖含量［17］。

初始酶解條件為:酶用量250U/g、酶解時(shí)間3.5h、酶解溫度50℃、酶解pH6。

1.2.6 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 以料水比、酶解時(shí)間、酶解溫度、酶解pH 為實(shí)驗(yàn)因素，以還原糖含量為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，采用L9(34)正交表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因素及水平如表3所示。

表2 單因素實(shí)驗(yàn)因素及水平設(shè)計(jì)Table 2 Factors and levels in single-factor experiment

表3 淀粉酶酶解工藝正交實(shí)驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)Tabel 3 Factors and levels in orthogonal experiment of preparaing coix kernel juice

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

每個(gè)實(shí)驗(yàn)3 次重復(fù)，數(shù)據(jù)以平均值± 標(biāo)準(zhǔn)誤差顯示，數(shù)據(jù)采用excel 軟件進(jìn)行分析處理并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 焙烤條件對(duì)制備薏米汁的影響

2.1.1 焙烤溫度對(duì)制備薏米汁的影響 焙烤后的薏米根據(jù)氣味、色澤、滋味進(jìn)行感官綜合評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 焙烤溫度對(duì)制備薏米汁的影響Fig.1 Influence of baking temperature on preparaing coix kernel juice

由圖1 可知，當(dāng)溫度在100～140℃范圍內(nèi)時(shí)，焙烤后的薏米感官評(píng)價(jià)分值沒有明顯的提高，當(dāng)溫度達(dá)到160℃，感官評(píng)價(jià)分值最大，為90.42，此時(shí)得到的薏米色澤金黃、香氣純正、口感好，具有獨(dú)特風(fēng)格。之后隨著溫度的繼續(xù)增大，感官評(píng)價(jià)分值明顯下降，得到的薏米有較大的焦糊味。因此，薏米焙烤時(shí)最佳溫度為160℃。

2.1.2 焙烤時(shí)間對(duì)制備薏米汁的影響 焙烤后的薏米根據(jù)氣味、色澤、滋味進(jìn)行感官綜合評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 焙烤時(shí)間對(duì)制備薏米汁的影響Fig.2 Influence of baking time on preparaing coix kernel juice

由圖2 可知，在15～45min 內(nèi)，隨著焙烤時(shí)間的延長，焙烤后的薏米感官評(píng)價(jià)分值平穩(wěn)提高，得到的薏米逐漸變黃、香氣慢慢濃郁，口感不斷提高。在焙烤45min 時(shí)感官評(píng)價(jià)得分達(dá)到94.63，此時(shí)得到的薏米色澤金黃、香氣純正、口感好，具有特有風(fēng)格。在焙烤45min 之后，感官評(píng)價(jià)分值隨著時(shí)間的延長反而降低;而且在焙烤時(shí)間延長后，得到的薏米被烤焦，有糊味。因此，薏米焙烤時(shí)最佳時(shí)間為45min。

2.2 淀粉酶酶解對(duì)制備薏米汁的影響

2.2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.2.1.1 料水比對(duì)制備薏米汁的影響 料水比對(duì)制備薏米汁的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。

圖3 料水比對(duì)制備薏米汁的影響Fig.3 Influence of ratio between material and water on preparaing coix kernel juice

由圖3 可知，料水比在1∶5～1∶10 范圍內(nèi)時(shí)，薏米汁還原糖含量隨著料水比的增大而降低，之后隨著料水比的增大，薏米汁中還原糖含量增大，在1 ∶15時(shí)，還原糖含量達(dá)到最大值即0.73g/100g，在料水比超過1∶15 之后，還原糖含量隨著料水比的增大反而降低，說明過高的料水比降低了薏米汁的濃度，使薏米汁營養(yǎng)價(jià)值下降。因此，確定最佳的料水比為1∶15。

2.2.1.2 淀粉酶用量對(duì)制備薏米汁的影響 淀粉酶用量對(duì)制備薏米汁的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示。

由圖4 可見，酶用量在50～350U/g 內(nèi)，隨著酶用量的增大，薏米汁中還原糖含量平穩(wěn)地提高，在酶用量為350U/g 時(shí)，薏米汁中還原糖含量最大即0.74g/100g，之后隨酶用量的增加，薏米汁中還原糖含量沒有明顯地增大。但酶用量從250U/g 增大到350U/g，還原糖含量增加幅度很小，說明制備薏米汁的最佳酶用量為250U/g。

2.2.1.3 酶解時(shí)間對(duì)制備薏米汁的影響 酶解時(shí)間對(duì)制備薏米汁的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5 所示。

圖4 淀粉酶用量對(duì)制備薏米汁的影響Fig.4 Influence of enzyme dosage on preparaing coix kernel juice

圖5 酶解時(shí)間對(duì)制備薏米汁的影響Fig.5 Influence of enzymolysis time on preparaing coix kernel juice

由圖5 可知，酶解時(shí)間在2.5～3.5h 內(nèi)，隨著時(shí)間的延長，薏米汁中還原糖含量不斷提高，在酶解時(shí)間為3.5h 時(shí)，薏米汁中還原糖含量最大即1.28g/100g，之后隨酶解時(shí)間的延長，薏米汁中還原糖含量呈下降的趨勢(shì)。因此，制備薏米汁的最佳酶解時(shí)間為3.5h。

2.2.1.4 酶解溫度對(duì)制備薏米汁的影響 酶解溫度對(duì)制備薏米汁的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6 所示。

圖6 酶解溫度對(duì)制備薏米汁的影響Fig.6 Influence of enzymolysis temperature on preparaing coix kernel juice

由圖6 可知，酶解溫度在10～30℃范圍內(nèi)，薏米汁中還原糖含量隨著溫度的升高而緩慢增大，酶解溫度在30～70℃時(shí)，薏米汁中還原糖含量隨著溫度的升高而大幅度提高，在酶解溫度為70℃時(shí)，薏米汁中還原糖含量最大即1.14g/100g;之后隨著溫度的升高，薏米汁中還原糖含量下降，而且過高的溫度會(huì)引起淀粉酶的變性失活;因此，制備薏米汁的最佳酶解溫度為70℃。

表6 正交實(shí)驗(yàn)方差分析Table 6 Variance analysis of the orthogonal experiment

2.2.1.5 酶解pH 對(duì)制備薏米汁的影響 酶解pH 對(duì)制備薏米汁的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7 所示。

圖7 酶解pH 對(duì)制備薏米汁的影響Fig.7 Influence of enzymolysis pH on preparaing coix kernel juice

由圖7 可知，酶解pH4～6 范圍內(nèi)，薏米汁中還原糖含量隨著pH 的增大而不斷增大，在酶解pH6 時(shí)，薏米汁中還原糖含量最大即0.80g/100g。在酶解pH6～7 時(shí)，薏米汁中還原糖含量隨pH 的增大而顯著下降，之后隨著pH 的增大，薏米汁中還原糖含量緩慢降低。因此，制備薏米汁的最佳酶解pH6。

2.2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 由單因素實(shí)驗(yàn)可知，料水比、酶解時(shí)間、酶解溫度、酶解pH 這四個(gè)因素對(duì)薏米汁中還原糖含量的影響較大，而酶用量達(dá)到最佳點(diǎn)以后對(duì)薏米汁中還原糖含量的影響很小。根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以料水比、酶解時(shí)間、酶解溫度、酶解pH 為實(shí)驗(yàn)因素，以還原糖含量為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，利用正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化制備薏米汁的最佳酶解條件。進(jìn)行的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5 所示，方差分析如表6所示。

由表5、表6 可知，各因素對(duì)酶解效果影響的主次順序是D→C→B→A，其中D 的影響最大，在95%水平達(dá)到顯著，C、B、A 對(duì)酶解的影響較小，因此D 為顯著影響因素。綜合考慮各因素k 值和極差比較，得到最佳因素水平為A1B1C1D3，即料水比為1∶10，酶解時(shí)間為3.0h，酶解溫度為60℃，酶解pH 為6.5 時(shí)，薏米汁中還原糖含量最大。

在此正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，采用得到的最佳酶解條件進(jìn)行薏米汁的制備實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了3 次平行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果薏米汁中還原糖含量平均值為1.4818g/100g，高于正交實(shí)驗(yàn)中的最大值，進(jìn)一步驗(yàn)證了該實(shí)驗(yàn)的可行性。

表5 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 5 Design and results of orthogonal experiment

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

高溫焙烤能使薏米中的淀粉分子膠束破裂［16，18］，并達(dá)到一定的糊化度。通過焙烤，可以使薏米中更多的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)散發(fā)［19］，既保留了薏米中對(duì)人體健康有益的營養(yǎng)成分，又能產(chǎn)生特殊的濃郁風(fēng)味。李存芝等人［16］采用150℃、30min 焙烤薏米而后酶解制備薏米飲料，獲得微黃色、具有薏米獨(dú)特焙烤香味的飲料，通過焙烤使可溶性固形物含量增加5%，原料利用率增加15.2%。本實(shí)驗(yàn)得出最佳焙烤溫度及時(shí)間分別為160℃、45min，這可能與本實(shí)驗(yàn)中增加了“浸泡”工藝有關(guān)，薏米浸泡后，水分增加，所以焙烤溫度升高、時(shí)間延長。

本實(shí)驗(yàn)制備薏米汁的工藝優(yōu)化結(jié)果表明，酶解pH 是影響薏米汁中還原糖含量最主要的因素，酶解溫度、酶解時(shí)間、料水比次之，最佳的酶解pH6.5;周輝等人［9］利用淀粉酶酶解制備澄清型薏米汁的研究結(jié)果表明，影響酶解效果因素的順序?yàn)榧用噶?、酶解pH、酶解溫度，最佳酶解條件為:酶添加量為300U/g薏米、酶解pH6.5、酶解溫度55℃;本實(shí)驗(yàn)結(jié)果中淀粉酶添加量為250U/g 薏米，大于此添加量，還原糖含量沒有明顯增加;酶解pH6.5、酶解溫度60℃的結(jié)果與周輝等的研究結(jié)果相似。石啟龍等人［20］采用酶解法制備薏米蕎麥復(fù)合飲料，以DE 值為評(píng)價(jià)指標(biāo)獲得的薏米最佳酶解條件為，酶解溫度50℃，料水比(g∶mL)1∶10，α-淀粉酶的添加量0.006 g/g。郭克娜等［21］研究薏米酒發(fā)酵前淀粉液化及糖化的最佳條件，結(jié)果表明加入α-淀粉酶(酶活力3700U/g)最佳酶解條件為酶添加量2%、pH6.5、酶解溫度60℃、酶解時(shí)間3.0h。本研究中的最佳酶解條件與其他研究者的結(jié)論有相似也有不同，可能是使用的淀粉酶來源不同，導(dǎo)致酶解條件有所異同。

3.2 結(jié)論

通過焙烤和淀粉酶酶解法制備薏米汁，得出優(yōu)化工藝條件參數(shù)為:焙烤溫度160℃，焙烤時(shí)間45min，酶用量250U/g，料水比1 ∶10，酶解時(shí)間3.0h，酶解溫度60℃，酶解pH6.5。在此條件下薏米汁中還原糖含量達(dá)1.4818g/100g，而且品質(zhì)優(yōu)良、性質(zhì)穩(wěn)定。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將焙烤與酶解技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用于薏米汁生產(chǎn)，可有效地簡化生產(chǎn)工序，提高產(chǎn)品的綜合品質(zhì)。

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