酶解小米飲料的研制及其揮發(fā)性成分分析

董　艷，楊慶麗，張正海，郝世杰，姬妍茹，潘　靜（.黑龍江省科學(xué)院大慶分院生物新技術(shù)研究所，黑龍江大慶6339；.黑龍江省綏芬河市出入境檢驗(yàn)驗(yàn)疫局技術(shù)中心，黑龍江綏芬河57300）

酶解小米飲料的研制及其揮發(fā)性成分分析

董艷1，楊慶麗1，張正海1，郝世杰2，姬妍茹1，潘靜1
（1.黑龍江省科學(xué)院大慶分院生物新技術(shù)研究所，黑龍江大慶163319；2.黑龍江省綏芬河市出入境檢驗(yàn)驗(yàn)疫局技術(shù)中心，黑龍江綏芬河157300）

摘要：以小米破碎粒作為原料，利用復(fù)合酶法制備小米乳飲料。確定最佳的復(fù)合酶制劑配方和酶解工藝。結(jié)果表明：“復(fù)合酶400 P”-耐高溫α-淀粉酶/蛋白酶復(fù)合酶制劑最終加酶量為0.10%，酶解時(shí)間為60 min；糖化酶和纖維素酶按質(zhì)量比4∶1混合，加酶量為0.25%，相應(yīng)的酶解時(shí)間為60 min。并對(duì)研制的酶解小米乳飲料進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）分析，確認(rèn)了其中14種組分，其中醇類3種、烴類3種、脂肪酸類2種、酯類2種、吡嗪類2種、喹啉氮氧化物和角鯊烯各1種。這些結(jié)果和數(shù)據(jù)可為今后小米資源的有效利用提供數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：破碎小米；復(fù)合酶；酶解；氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）

小米破碎粒是谷子加工過程中的主要副產(chǎn)品之一，營(yíng)養(yǎng)成分與小米相近，但價(jià)格較低，約為小米價(jià)格的一半[1]。小米破碎粒多作為飼料原料使用附加值較低[2]。因此充分利用小米破碎粒資源，研制開發(fā)小米破碎粒深加工產(chǎn)品，既可以充分地利用小米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，又可提高小米的利用率。小米營(yíng)養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量和質(zhì)量均優(yōu)于大米和玉米B族維生素和鐵、鋅、鎂、銅、硒等礦物質(zhì)含量均高于其他谷物，色氨酸和蛋氨酸含量尤為豐富[3]。小米含相纖維較少，不會(huì)刺激腸壁，容易被消化，具有清熱、消渴、利尿的功效。此外，小米還具有降血脂、抗腫瘤、解毒、抗菌抑菌等保健作用，小米各種營(yíng)養(yǎng)素比例適宜，是良好的食品營(yíng)養(yǎng)源，中醫(yī)及民間素以小米制作滋補(bǔ)粥食，用來調(diào)養(yǎng)身體；以小米加工的食品也具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[4-5]。鑒于小米有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及保健功能，以小米破碎粒作為原料，利用新型復(fù)合酶法將小米破碎粒進(jìn)行深加工。研制出美味可口、方便食用、營(yíng)養(yǎng)豐富、吸收更容易的新型小米乳飲料，可以提高小米破碎粒的附加值，為小米破碎粒深加工開拓新途徑。

1　材料與方法

1.1材料和設(shè)備

小米破碎粒：市售；蛋白酶和高溫淀粉酶復(fù)合酶制劑（復(fù)合酶400P）：日本洛東化成工業(yè)株式會(huì)社；糖化酶的活力2 000 U/g，纖維素酶活力為1 000 U/g：日本洛東化成工業(yè)株式會(huì)社；花生油 符合GB2716-2005《食用油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定；水 符合GB57495-2006《生活用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定；正已烷：99%（色譜純）。

BS211S型電子天平：北京賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海市博學(xué)儀器總廠；Agilent6890—5973型氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國(guó)Agilent公司；磁力恒溫?cái)嚢杵鳎桓咚匐x心機(jī)；冰箱等。

1.2方法

1.2.1小米飲料制作工藝

在米乳飲料生產(chǎn)過程中，分別用到了耐高溫α-淀粉酶、蛋白酶和纖維素酶、糖化酶，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)論證，使用復(fù)合酶的小米營(yíng)養(yǎng)型飲料在制備過程中不再需要糊化，最終達(dá)到縮短生產(chǎn)時(shí)間、降低能耗的目的，具有工藝時(shí)間短、過程簡(jiǎn)單、原料利用充分、成本低、適合工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)[6]。酶解小米飲料在調(diào)配中不加任何化學(xué)食品添加劑。且使用花生油作為乳化劑，使飲料中多了花生的清香，具有牛乳般的口感[7]。改良后的工藝流程：

小米破碎?！鬯椤{(diào)漿→復(fù)合酶酶解→糖化→滅酶→過濾→調(diào)配→均質(zhì)→滅菌→灌裝

1.2.2酶解參數(shù)的確定

1.2.2.1“復(fù)合酶400 P”酶解參數(shù)的確定

基于小米成分特點(diǎn)，選擇由日本洛東化成工業(yè)株式會(huì)社生產(chǎn)的外觀呈淡黃色粉末狀的“復(fù)合酶400 P”——耐高溫α-淀粉酶/蛋白酶復(fù)合酶制劑，該復(fù)合酶的酶解溫度為85℃～90℃、pH 5.0～8.0。

1.2.2.2糖化酶和纖維素酶酶解參數(shù)的確定

小米酶解液的pH是不變的，所以選擇糖化酶和纖維素酶的酶解溫度、酶解時(shí)間和加酶量進(jìn)行單因素試驗(yàn)，分別考察這2種酶的3個(gè)因素對(duì)酶解液水解和度的影響。

糖化酶添加量0.2%纖維素酶添加量0.1%，糖化酶酶解溫度（50℃～60℃），纖維素酶酶解溫度（55℃～65℃），所以選擇溫度依次為50、55、60、65℃的條件下，糖化酶和纖維素酶解45 min，測(cè)定不同溫度下酶解液的酶解程度，通過比較小米酶解得程度確定糖化酶和纖維素酶的最佳酶解溫度；其他條件不變，糖化酶溫度為55℃，纖維素酶溫度為60℃時(shí)，酶解時(shí)間分別在30、45、60、75 min的條件下進(jìn)行酶解試驗(yàn)，通過比較酶解液水解程度確定糖化酶和纖維酶的酶解時(shí)間；在糖化酶溫度為55℃，纖維素酶溫度為60℃條件下各酶解60 min，糖化酶添加量依次為0.1%、0.2%、0.3%，、0.4%，纖維素酶添加量依次為0.05%、0.1%、0.15%、0.2%，通過比較酶解液水解程度確定糖化酶和纖維酶的添加量。結(jié)果表明，最佳酶解溫度糖化酶55℃，纖維素酶60℃；最佳添加量糖化酶0.2%，纖維素酶0.1%；2種酶最佳作用時(shí)間均為60 min。

在利用纖維素酶水解的同時(shí)，加入糖化酶有利于產(chǎn)品的感官和風(fēng)味物質(zhì)的形成。纖維素酶和糖化酶按比例配成復(fù)合酶，pH7.0條件下，進(jìn)行生物酶解試驗(yàn)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上以糖化酶用量、纖維素酶用量和酶解溫度為試驗(yàn)水平進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)（表1），根據(jù)感官評(píng)分為指標(biāo)，確定兩種酶復(fù)合酶解的最佳工藝參數(shù)。

表1　正交試驗(yàn)因素水平表Table 1　Factors and levels of orthogonal test

1.2.2.3糖化酶和纖維素酶復(fù)合酶解液的感官品質(zhì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

抽取10人對(duì)酶解液的色澤、口感、味道進(jìn)行感官品評(píng)，對(duì)于不同工藝條件下所得酶解液進(jìn)行評(píng)分，取平均值為最后得分，確定得分最高的處理為最佳條件。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2　小米酶解液感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table2　Sensoryevaluationcriteriaofmilletenzymatichydrolysate

1.2.3小米飲料的揮發(fā)性分析方法

1.2.3.1小米飲料揮發(fā)性成分萃取

取小米飲料樣品10 mL放入樣品瓶中，同時(shí)加入50 mL正已烷，于振蕩儀上振蕩5 min，超聲萃取30 min后，4 000 r/min離心5 min，用移液槍小心移上清液，再加入25 mL的正已烷，振蕩儀上振蕩5 min，超聲萃取30 min后，4 000 r/min離心5 min，移液槍小心移上清液，將兩次上清液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀真空濃縮至5 mL最后用液氮吹掃萃取液至1 mL備用。

1.2.3.2GC-MS分析測(cè)定條件

氣相條件：色譜柱為DB-5MS柱30 m×0.25 mm× 0.25 μm毛細(xì)管柱，柱溫采用程序升溫：100℃恒溫5 min，以4℃/min程序升溫到80℃，再以8℃/min升溫到150℃，繼續(xù)以15℃/min升溫至250℃，繼續(xù)恒溫10 min；進(jìn)樣口溫度250℃；接口溫度250℃；分流比：自動(dòng)無分流進(jìn)樣。

質(zhì)譜條件：質(zhì)譜離子源溫度230℃，載氣為高純氦氣，流速為1 mL/min，EI：70 eV，質(zhì)譜接口溫度：280℃，選擇離子掃描（SIM）范圍：29 amu～450 amu。

2　結(jié)果與分析

2.1小米飲料酶解條件的確定

2.1.1第一步酶解

“復(fù)合酶400 P”——耐高溫α-淀粉酶/蛋白酶復(fù)合酶制劑用量和時(shí)間的確定，小米破碎粒中淀粉占70%左右。必須通過生物酶的分解，使反應(yīng)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)使淀粉的黏度降低[8-9]。小米中蛋白質(zhì)含量豐富，在后續(xù)加工過程中易引起氧化褐變。試驗(yàn)中加入蛋白酶來酶解蛋白，蛋白質(zhì)酶解中，達(dá)到同樣液化程度所需時(shí)間大多數(shù)是隨著酶添加量的增大而逐漸減小。蛋白質(zhì)與雙縮脲試劑反應(yīng)呈現(xiàn)出紫色，紫色消失表明酶解完成。淀粉液化用碘液檢測(cè)終點(diǎn)。試驗(yàn)分別對(duì)不同酶量和小米液化時(shí)間進(jìn)行研究，結(jié)果見表3。

表3　復(fù)合酶400 P用量對(duì)小米酶解時(shí)間的影響Table 3　Effect of the 400 P amount on the hydrolysis time

為了提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本，需同時(shí)考慮酶的費(fèi)用和液化時(shí)間，以求最佳效果。最終確定加酶量為0.1%，酶解時(shí)間為60 min。

2.1.2第二步酶解

糖化-纖維素復(fù)合酶酶解條件對(duì)感官品質(zhì)的正交試驗(yàn)結(jié)果見表4、表5、表6。

糖化酶和纖維素酶用量對(duì)酶解液綜合感官品質(zhì)的影響存在交互作用，復(fù)合酶解條件對(duì)酶解液感官品質(zhì)影響較大。由表5和表6可知，影響飲料質(zhì)量的主次因子順序?yàn)锳＞B＞C。得出最佳配方組合為A2B1C2。表6的方差結(jié)果表明糖化酶添加量對(duì)小米酶解液的綜合品質(zhì)影響達(dá)到顯著水平。通過正交試驗(yàn)確定糖化酶用量0.2%，纖維酶用量0.05%，糖化酶與纖維素酶的最佳質(zhì)量配比為4∶1，復(fù)合酶添加量是糖化酶和纖維素酶之和為0.25%，適宜酶解溫度55℃，酶解時(shí)間為60min。2.2小米飲料的揮發(fā)性成分分析

表4　不同酶解條件下米乳飲料的感官評(píng)定Table 4　The sensory evaluation of rice milk with different hydrolysis conditions

表5　L（933）水平正交試驗(yàn)結(jié)果Table 5　Result of L（93）3orthogonal experiment

表6　方差分析表Table 6　Variance analysis

按照1.3.2小米飲料揮發(fā)性分析方法，對(duì)小米飲料揮發(fā)性成分進(jìn)行定性、定量分析。小米飲料中揮發(fā)性成分總離子流見圖1。

離子圖中有實(shí)驗(yàn)的名稱，峰號(hào)顯示的數(shù)字為對(duì)應(yīng)的出峰時(shí)間。通過對(duì)出峰時(shí)間確定出峰個(gè)數(shù)，然后通過氣相色譜-質(zhì)譜譜庫(kù)檢索。

圖1　小米飲料中揮發(fā)性成分總離子流Fig.1　Total ion flow of the volatile components of millet beverage

小米乳飲料的主要原料是小米破碎粒，主要揮發(fā)成分，分屬烴、醛、醇、酯及雜環(huán)化合物。小米米乳飲料主要揮發(fā)性成分見表7。

表7　小米飲料主要揮發(fā)性成分Table 7　Main volatile components of millet beverage

小米乳飲料揮發(fā)性成分根據(jù)氣相色譜-質(zhì)譜譜庫(kù)檢索確認(rèn)了其中14種組分，按峰面積歸一法計(jì)算其相對(duì)含量。由表6可知，酶解小米飲料的揮發(fā)性成分中，主要的揮發(fā)性成分（匹配度≥94%）包括2種脂肪酸類（約占41.75%）、3種醇類（約占1.66%）、2種吡嗪類（約占8.38%）、烴類3種（約占0.30%）、2種酯類（約占0.60%）、1種喹啉氮氧化物（約占0.33%）和角鯊烯（約占3.83%），酶解小米乳飲料在配方中含有一定的花生油，實(shí)驗(yàn)使用溶劑提取法，所以棕櫚酸和亞油酸這兩種脂肪酸應(yīng)是花生油的成分，吡嗪類化合物是花生味的揮發(fā)性香氣成分[11]，文獻(xiàn)中小米粥的揮發(fā)性成分主要為醛、醇、碳?xì)浠衔锖屯任镔|(zhì)[12]，小米乳使用的主要原料和小米粥一樣，所以醇類、烴類化合物應(yīng)酶解小米乳飲料中重要的揮發(fā)性成分，小米乳飲料和小米粥提取和加工方法所有不同，檢測(cè)出的成分并不一樣。本次試驗(yàn)確定到的小米乳飲料成分偏少，部分揮發(fā)性成分在本次試驗(yàn)中沒有檢測(cè)出，可能是由于在小米乳飲料揮發(fā)性成分提取時(shí)，采用的是溶劑提取法，損失較大。

3　結(jié)論

利用新型復(fù)合酶法將小米破碎粒進(jìn)行深加工，開發(fā)出美味可口、方便食用、營(yíng)養(yǎng)豐富、吸收更容易的新型小米飲料。確定最佳的復(fù)合酶制劑配方和最佳酶解工藝，并對(duì)其揮發(fā)性成分進(jìn)行了分析，得出以下結(jié)論：通過試驗(yàn)確定“復(fù)合酶400 P”—耐高溫α-淀粉酶/蛋白酶復(fù)合酶制劑最終加酶量為0.10%，酶解時(shí)間為60 min；糖化酶和纖維素酶按質(zhì)量比4∶1混合，加酶量為0.25%，相應(yīng)的酶解時(shí)間為60 min。對(duì)研制的酶解小米飲料進(jìn)行GC-MS分析，確認(rèn)了其中14種組分，2種脂肪酸類（約占41.75%）、3種醇類（約占1.66%）、2種吡嗪類（約占8.38%）、烴類3種（約占0.30%）、2種酯類（約占0.60%）、1種喹啉氮氧化物（約占0.33%）和角鯊烯（約占3.83%）。本試驗(yàn)以小米破碎粒為主要原料，采用先進(jìn)的生物技術(shù)和加工工藝，通過合理的營(yíng)養(yǎng)搭配研制出一種谷物飲品，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.18.020

收稿日期：2014-06-06

基金項(xiàng)目：黑龍江省財(cái)政基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（CZ11G02）

作者簡(jiǎn)介：董艷（1978—），女（漢），助理研究員，碩士研究生，研究方向：食品科學(xué)。

Development of Millet Beverage by Enzymatic Hydrolysis Method and Analysis of Its Volatile Components

DONG Yan1，YANG Qing-li1，ZHANG Zheng-hai1，HAO Shi-jie2，JI Yan-ru1，PAN Jing1
（1.Daqing Branch of Heilongjiang Academy of Sciences New Biotechnology Research Institute，Daqing 163319，Heilongjiang，China；2.Siufenhe Entry-exist Inspection and Quarantine Bureau，Suifenhe 157300，Heilongjiang，China）

Abstract：A type of millet beverage with the broken millets as material and the combined-enzyme method was developed in the study.Result showed that additive volume of“compound enzyme-400 P/mixture of heat resist α-amylase and proteinase”was 0.1%，and the optimum enzymatic hydrolysis time was 60 min.Glucoamylase and cellulase were mixed with the proportion of 4∶1 mass ratio，the additive volume of this compound enzyme was 0.25%and the optimum enzymatic hydrolysis time was 60 min.14 kinds of volatile components of the millet beverage are confirmed by Gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS），including 3 kinds of alcohols and hydrocarbons，2 kinds of fatty acids，esters and pyrazines，1 kind of quinoline nitrogen oxides and squalene.These data can provide supports for effective use of millet resources in the future.

Key words：broken millets；compound enzymatic；enzymatic hydrolysis；gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）