徐曉霞,陳樹(shù)俊,李 樂(lè),龐震鵬,劉曉娟,胡 潔,儀 鑫,石 玥
(山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,山西太原 030006)
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苦蕎、燕麥和杏鮑菇復(fù)合粉的液化糖化工藝研究
徐曉霞,陳樹(shù)俊*,李樂(lè),龐震鵬,劉曉娟,胡潔,儀鑫,石玥
(山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,山西太原 030006)
對(duì)以苦蕎、燕麥、杏鮑菇三者為原料的復(fù)合粉進(jìn)行液化和糖化工藝研究。將三種原料進(jìn)行不同比例的復(fù)配,根據(jù)氨基酸參考模式和氨基酸比值系數(shù)法,對(duì)各蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行比較,得出營(yíng)養(yǎng)價(jià)值最高的復(fù)配比例。在此基礎(chǔ)上,添加α-淀粉酶和β-淀粉酶進(jìn)行酶解,通過(guò)單因素和正交實(shí)驗(yàn),研究不同加酶量、酶解時(shí)間和溫度對(duì)復(fù)配粉中還原糖含量的影響情況。結(jié)果表明:最佳原料復(fù)配比為:燕麥∶杏鮑菇∶苦蕎=2∶1∶11,此時(shí)氨基酸比值系數(shù)分SRCAA值為95.88,接近氨基酸參考模式。最佳液化條件為:α-淀粉酶加酶量6 U/g、時(shí)間40 min、溫度60 ℃;最佳糖化條件為:β-淀粉酶加量1000 U/g、時(shí)間2.5 h、溫度55 ℃,在此工藝條件下,還原糖含量達(dá)到了25.43%。通過(guò)氨基酸復(fù)配及液化、糖化工藝處理的復(fù)合粉,其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高。
氨基酸評(píng)價(jià),液化,糖化
苦蕎富含淀粉、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、微量元素等人體所需物質(zhì),還含有豐富的黃酮類化合物,具有抗氧化、抗病毒、抗癌等生理功能[1-4]。燕麥?zhǔn)呛瘫究蒲帑湆俚牟荼局参?含有豐富的蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、礦物質(zhì)、維生素和酚類化合物等營(yíng)養(yǎng)成分,此外還含有豐富的膳食纖維。其中,可溶性膳食纖維主要為β-葡聚糖,具有促進(jìn)腸道蠕動(dòng)、降低膽固醇、預(yù)防和控制肥胖癥、糖尿病及心血管疾病等功效[5-7]。杏鮑菇,營(yíng)養(yǎng)豐富,具有低脂肪、高蛋白、高多糖、高膳食纖維、高礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)。尤其是其中的多糖,可增強(qiáng)機(jī)體免疫,具有抗病毒、抗癌、降低膽固醇,防止動(dòng)脈硬化等多種保健功能[8-10]。將以上三種具有保健功能的食用原料混合制成產(chǎn)品,不僅可以提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,還可以有效地使資源進(jìn)行綜合利用。
蛋白質(zhì)是評(píng)價(jià)食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)之一,蛋白質(zhì)含量和氨基酸的組成種類、數(shù)量及它們之間的比例則是評(píng)價(jià)蛋白質(zhì)質(zhì)量的有效指標(biāo)[11]。現(xiàn)代營(yíng)養(yǎng)學(xué)理論認(rèn)為,蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與蛋白質(zhì)的氨基酸組成密切相關(guān),食物蛋白質(zhì)氨基酸組成越接近人體蛋白質(zhì)組成,并被人體消化吸收時(shí),其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高[12]。三種原料根據(jù)蛋白質(zhì)互補(bǔ)理論按照一定比例混合后,篩選出氨基酸最佳互補(bǔ)比例,使氨基酸組成接近其必需氨基酸組成模式更接近于標(biāo)準(zhǔn)蛋白。
谷物中淀粉含量較高,加水糊化后,溶液非常粘稠,不適宜直接飲用。通過(guò)添加淀粉酶可以降低溶液粘稠度,將淀粉水解成小分子的可溶性糖,大大提高了谷物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,更有利于人體消化吸收,并利用酶解后天然單糖和寡糖產(chǎn)生的甜味,可以部分或全部替代外加糖類,推出更加天然的產(chǎn)品[11-12]。
目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)蛋白的研究較少,對(duì)于谷物和食用菌蛋白復(fù)配就更為少見(jiàn)。實(shí)驗(yàn)中將兩類食品根據(jù)蛋白質(zhì)互補(bǔ)理論進(jìn)行混合,有效的使兩類食物的營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行了合理搭配和彌補(bǔ)。同時(shí)通過(guò)酶解工藝,降低淀粉含量,提高了還原糖含量,為后續(xù)開(kāi)發(fā)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富、具有保健功能的產(chǎn)品提供理論依據(jù)。
1.1材料與儀器
苦蕎、燕麥、杏鮑菇市售;α-淀粉酶(3700 U/g)、β-淀粉酶(104U/g)、葡萄糖、氫氧化鈉、硫酸銅、硫酸鉀、硫代硫酸鈉、碘、碘化鉀均購(gòu)自北京索萊寶科技有限公司。
半自動(dòng)定氮儀Kjeltee TM2100,FOSS,Danmark;索氏提取裝置上海嘉措儀器設(shè)備有限公司;SENCO旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上海申生科技有限公司;離心機(jī)安徽中科中佳儀器有限公司;835-50型日立高速氨基酸分析儀;水浴鍋佳明儀表公司。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1測(cè)定方法蛋白質(zhì)的測(cè)定:凱氏定氮法(GB 5009.5-2010);還原糖的測(cè)定:直接滴定法(GB/T 5009.7-2008);氨基酸的測(cè)定:食品中氨基酸的測(cè)定(GB/T 5009.124-2003)。
1.2.2工藝流程苦蕎、燕麥和杏鮑菇粉的復(fù)配→糊化[13]→液化[12]→糖化。
1.2.3苦蕎、燕麥和杏鮑菇復(fù)合粉的制備設(shè)定不同苦蕎、燕麥和杏鮑菇比例,通過(guò)化學(xué)評(píng)分、必需氨基酸指數(shù)和氨基酸比值系數(shù)分進(jìn)行評(píng)價(jià),從中篩選出最佳比例的苦蕎、燕麥和杏鮑菇復(fù)合粉作為后續(xù)工藝的原料。
1.2.4苦蕎、燕麥和杏鮑菇復(fù)合乳制備工藝條件確定
1.2.4.1液化工藝單因素實(shí)驗(yàn)[12]復(fù)合粉與水以1∶8的比例混合,溫度80 ℃,水浴糊化1 h,然后降低溫度至酶解需要的溫度,添加α-淀粉酶進(jìn)行液化。實(shí)驗(yàn)中選取加酶量、時(shí)間、溫度三個(gè)因素進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。在60 ℃、30 min的條件下,按加酶量(3、4、5、6、7、8 U/g)進(jìn)行實(shí)驗(yàn);在加酶量5 U/g、時(shí)間30 min的條件下,按溫度(40、50、60、70、80 ℃)進(jìn)行實(shí)驗(yàn);在加酶量5 U/g、溫度60 ℃的條件下,按時(shí)間(20、30、40、50、60 min)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),每組實(shí)驗(yàn)平行進(jìn)行3次,確定各因素的適宜范圍。
1.2.4.2液化工藝正交實(shí)驗(yàn)在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,選取α-淀粉酶加酶量、溫度、時(shí)間3個(gè)因素,以還原糖含量(以干物質(zhì)計(jì))為指標(biāo),作三因素三水平正交實(shí)驗(yàn),以確定最佳工藝參數(shù)。
表1 液化正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1 The factors and levels table of liquefaction orthogonal test
1.2.4.3糖化工藝單因素實(shí)驗(yàn)[3]在液化工藝的基礎(chǔ)上,添加β-淀粉酶進(jìn)行糖化處理。實(shí)驗(yàn)中選取加酶量、時(shí)間、溫度三個(gè)因素進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。在55 ℃、2 h的條件下,按加酶量(200、400、600、800、1000、1200 U/g)進(jìn)行實(shí)驗(yàn);在加酶量800 U/g、溫度55 ℃的條件下,按時(shí)間(1、1.5、2、2.5、3 h)進(jìn)行實(shí)驗(yàn);在加酶量800 U/g、時(shí)間2 h的條件下,按溫度(50、55、60、65、70、75 ℃)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),每組實(shí)驗(yàn)平行進(jìn)行3次,確定各因素的適宜范圍。
1.2.4.4糖化工藝正交實(shí)驗(yàn)在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,選取β-淀粉酶加酶量、溫度、時(shí)間3個(gè)因素,以還原糖含量(以干物質(zhì)計(jì))為指標(biāo),作三因素三水平正交實(shí)驗(yàn),以確定最佳工藝參數(shù)。
表2 糖化正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 2 The factors and levels table of saccharification orthogonal test
1.2.5蛋白質(zhì)的評(píng)價(jià)方法
1.2.5.1化學(xué)評(píng)分(Chemical score,CS)化學(xué)評(píng)分是用來(lái)評(píng)價(jià)待測(cè)蛋白質(zhì)中某一必需氨基酸的相對(duì)含量(與其必需氨基酸總量之比)與標(biāo)準(zhǔn)參考蛋白中相應(yīng)必需氨基酸相對(duì)含量的接近程度。可按下式計(jì)算:
CS=待測(cè)蛋白質(zhì)中某一必需氨基酸的相對(duì)含量/參考蛋白中相應(yīng)必需氨基酸含量×100
其中,分值較低者為限制性氨基酸,其CS值就為該蛋白質(zhì)的化學(xué)評(píng)分[17]。
1.2.5.2必需氨基酸指數(shù)(Essential amino acid index,EAAI)EAAI是用以評(píng)價(jià)食物蛋白質(zhì)的質(zhì)量。計(jì)算蛋白中所有必需氨基酸與參考蛋白中所有必需氨基酸全面比較的幾何均數(shù)。可按下式計(jì)算:
其中,n代表必需氨基酸數(shù);s代表參考蛋白;p代表待測(cè)蛋白。EAAI越接近100,待測(cè)蛋白組成與參考蛋白的組成越接近,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高[18]。
表3 原料中必需氨基酸的含量(g/100 g蛋白質(zhì))Table 3 The content of essential amino acid in material(g/100 g pro)
注:未測(cè)定色氨酸。
1.2.5.3氨基酸比值系數(shù)分(SRCAA)根據(jù)朱圣陶[16]等推薦的計(jì)算方式,來(lái)評(píng)價(jià)待測(cè)蛋白與參考蛋白的接近程度。該方法是依次計(jì)算待測(cè)品中的氨基酸比值(RAA)、氨基酸比值系數(shù)(Ratio Coefficient of Amino Acid,RCAA)和氨基酸比值系數(shù)分(Score of RCAA,SRCAA)。
氨基酸比值(RAA)=待測(cè)蛋白中某一必需氨基酸含量/參考蛋白模式中相應(yīng)氨基酸含量
氨基酸比值系數(shù)分(SRCAA)=100(1-CV)
其中,CV為RCAA的變異系數(shù),CV=標(biāo)準(zhǔn)差/均數(shù)。如果待測(cè)蛋白質(zhì)的氨基酸組成與參考蛋白氨基酸模式一致,則CV=0,SRCAA=100。當(dāng)食物蛋白質(zhì)的SRCAA越分散,則CV值越大,SRCAA值越小,蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越差[19-20]。
1.3數(shù)據(jù)處理
利用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,分別計(jì)算其平均值及標(biāo)準(zhǔn)差,通過(guò)軟件minitab15.0進(jìn)行方差分析。
2.1苦蕎、燕麥和杏鮑菇復(fù)合粉的制備
2.1.1苦蕎、燕麥和杏鮑菇必需氨基酸含量測(cè)定分析苦蕎、燕麥和杏鮑菇的必需氨基酸含量見(jiàn)表3。對(duì)表3經(jīng)方差分析可知,各必需氨基酸含量在各原料之間呈顯著性差異(p<0.05)。由表3、4可知,燕麥和苦蕎的必需氨基酸構(gòu)成中第一限制性氨基酸同為蛋氨酸和胱氨酸,而杏鮑菇粉中蛋氨酸和胱氨酸相對(duì)于苦蕎和燕麥較高,同時(shí)苦蕎中賴氨酸含量相對(duì)于燕麥和杏鮑菇較高。因此若將三者進(jìn)行合理復(fù)配,通過(guò)蛋白質(zhì)互補(bǔ)作用可獲得較高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值蛋白質(zhì)。
由表4知,三者EAAI值是杏鮑菇粉>苦蕎>燕麥,因此杏鮑菇蛋白營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較燕麥、苦蕎高;而SRCAA值則是苦蕎>杏鮑菇>燕麥,而且苦蕎SRCAA高達(dá)92.86,離散度較小,說(shuō)明苦蕎氨基酸均衡性較好。
表4 必需氨基酸的化學(xué)評(píng)分、EAAI及SRCAA值Table 4 Chemical score,EAAI and SRCAA values
注:*代表第一限制性氨基酸。
2.1.2苦蕎、燕麥、杏鮑菇三種蛋白復(fù)配
2.1.2.1不同配比燕麥和杏鮑菇蛋白氨基酸比值系數(shù)分由圖1可知,通過(guò)燕麥和杏鮑菇蛋白氨基酸進(jìn)行不同比例復(fù)配,混合蛋白SRCAA隨著杏鮑菇蛋白含量比例增大先升高后降低,當(dāng)杏鮑菇蛋白比例為50%時(shí),SRCAA 值達(dá)到最大。因此,選用杏鮑菇蛋白∶燕麥蛋白=1∶1復(fù)配為宜,以此為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行杏鮑菇燕麥復(fù)配。
圖1 燕麥杏鮑菇混合蛋白的氨基酸比值系數(shù)分Fig.1 The SRCAA of oat and pleurotus eryngii mixed protein
2.1.2.2不同配比燕麥杏鮑菇混合蛋白和苦蕎蛋白氨基酸比值系數(shù)分由圖2可知,通過(guò)燕麥杏鮑菇混合蛋白、苦蕎蛋白不同比例復(fù)配,混合蛋白SRCAA隨著復(fù)合蛋白比例增大先增大后減小,當(dāng)復(fù)合蛋白含量為30%時(shí),SRCAA值達(dá)到最大值,為95.88,明顯高于單一原料和兩種混合原料氨基酸比值系數(shù)分,說(shuō)明三種原料混合氨基酸組成越來(lái)越接近參考蛋白模式,氨基酸比例更加均衡。最終選定苦蕎粉添加量為70%,即燕麥杏鮑菇復(fù)合蛋白∶苦蕎蛋白=3∶7為宜。
圖2 燕麥杏鮑菇苦蕎三種混合蛋白的氨基酸比值系數(shù)分Fig.2 The SRCAA of buckwheat oat and pleurotus eryngii mixed protein
三者蛋白復(fù)配比例為杏鮑菇∶燕麥∶苦蕎=3∶3∶14。由于燕麥中蛋白含量測(cè)定為14.5%,苦蕎為12.65%,杏鮑菇粉為30.63%,換算成原料粉比例為燕麥粉∶杏鮑菇粉∶苦蕎粉=2∶1∶11。以此復(fù)合粉為原料進(jìn)行復(fù)合乳制備。
2.2苦蕎、燕麥和杏鮑菇復(fù)合乳制備工藝條件確定
2.2.1液化工藝條件確定
2.2.1.1液化工藝單因素實(shí)驗(yàn)如圖3可知,α-淀粉酶的添加量從3升高至5 U/g的過(guò)程中,還原糖含量增加較快;但是隨著α-淀粉酶加酶量的繼續(xù)添加,對(duì)還原糖含量的影響差異不顯著,說(shuō)明當(dāng)添加量達(dá)到5 U/g的時(shí)候,基本達(dá)到飽和。因此,選擇α-淀粉酶的添加量為5 U/g。
圖3 不同加酶量對(duì)液化的影響Fig.3 Effect of different enzyme concentrations on liquefaction
如圖4可知,溫度從40~60 ℃的過(guò)程中,還原糖含量迅速提高,但當(dāng)溫度繼續(xù)升高,還原糖含量急劇下降,在溫度為60 ℃時(shí),還原糖含量達(dá)到最大值。因此,選擇α-淀粉酶溫度為60 ℃。
由圖5可知,還原糖含量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而升高,酶解時(shí)間越長(zhǎng),酶的作用越完全,但是當(dāng)時(shí)間達(dá)到40 min后,趨勢(shì)變緩,反應(yīng)接近終點(diǎn),繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間差異不顯著。因此,選擇液化時(shí)間為40 min。
圖4 不同溫度對(duì)液化的影響Fig.4 Effect of different temperature on liquefaction
圖5 不同時(shí)間對(duì)液化的影響Fig.5 Effect of different time on liquefaction
2.2.1.2液化工藝正交實(shí)驗(yàn)由表5可知,酶解反應(yīng)中影響還原糖含量的主次因素為:溫度>加酶量>時(shí)間,還原糖含量最高的組合為A2B2C3,即液化溫度60 ℃、液化時(shí)間40 min、α-淀粉酶添加量6 U/g,恰為正交第五組實(shí)驗(yàn),此時(shí),還原糖含量為11.55%,為9組中的最大組。結(jié)合表6方差分析可知,液化溫度對(duì)還原糖影響效果顯著(p<0.05);時(shí)間、加酶量對(duì)還原糖影響效果不顯著(p>0.05)。
表5 液化正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of liquefaction orthogonal test
表6 液化正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 6 The variance analysis of liquefaction orthogonal test
2.2.2糖化工藝條件確定
2.2.2.1糖化工藝單因素實(shí)驗(yàn)如圖6可知,β-淀粉酶的添加量在200~800 U/g時(shí),還原糖含量增加較快,但當(dāng)β-淀粉酶添加量達(dá)到800 U/g時(shí),還原糖含量的趨勢(shì)變緩,繼續(xù)添加β-淀粉酶對(duì)還原糖的影響差異不顯著,說(shuō)明當(dāng)添加量達(dá)到800 U/g的時(shí)候,加酶量基本達(dá)到飽和。因此,選擇β-淀粉酶的添加量為800 U/g。
圖6 不同加酶量對(duì)糖化的影響Fig.6 Effect of different enzyme concentrations on saccharification
由圖7可知,還原糖含量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而升高,酶解時(shí)間越長(zhǎng),酶的作用越完全,但是當(dāng)時(shí)間達(dá)到2 h后,趨勢(shì)變緩,反應(yīng)接近終點(diǎn),繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間差異不顯著。因此,選擇糖化時(shí)間為2 h。
如圖8可知,溫度在50~55 ℃時(shí),還原糖含量快速提高,但當(dāng)溫度繼續(xù)升高,還原糖含量急劇下降,在溫度為55 ℃時(shí),還原糖含量達(dá)到最大值。因此,選擇β-淀粉酶溫度為55 ℃。
圖7 不同時(shí)間對(duì)糖化的影響Fig.7 Effect of different time on saccharification
圖8 不同溫度對(duì)糖化的影響Fig.8 Effect of different temperature on saccharification
2.2.2.2糖化工藝正交實(shí)驗(yàn)由表7可知,糖化酶解的最佳因素水平組合為A2B3C3,即糖化溫度為55 ℃、糖化時(shí)間2.5 h、β-淀粉酶添加量1000 U/g。由極差分析可知,酶解反應(yīng)中影響還原糖含量的主次因素為:加酶量>時(shí)間>溫度。結(jié)合表8方差分析可知,加酶量對(duì)還原糖影響效果顯著(p<0.05);溫度、時(shí)間對(duì)還原糖影響效果不顯著(p>0.05)。
表7 糖化正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 7 Results of saccharification orthogonal test
表8 糖化正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 8 The variance analysis of saccharification orthogonal test
按照正交實(shí)驗(yàn)最佳因素水平組合進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),測(cè)得酶解后還原糖含量為25.43%,大于正交實(shí)驗(yàn)中所有的處理組。
將山西特色小雜糧苦蕎、燕麥與杏鮑菇粉有機(jī)復(fù)合,根據(jù)蛋白質(zhì)互補(bǔ)理論,應(yīng)用氨基酸比值系數(shù)分評(píng)價(jià)法確定了三種原料的最佳復(fù)配比(質(zhì)量比)為2∶1∶11,有效地將這兩類食物的營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行了合理搭配和彌補(bǔ)。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)得到了液化和糖化的最佳工藝條件。最佳液化條件為加酶量6 U/g、時(shí)間40 min、溫度60 ℃,在此條件下液化,還原糖含量為11.55%。最佳糖化條件為加酶量1000 U/g、時(shí)間2.5 h、溫度為55 ℃。在此工藝條件下,還原糖含量達(dá)到了25.43%。在此條件下液化和糖化能為后續(xù)工藝奠定良好的基礎(chǔ)。
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Study on the liquefaction and saccharification process of composite powder of buckwheat oat and pleurotus eryngii
XU Xiao-xia,CHEN Shu-jun*,LI Le,PANG Zhen-peng,LIU Xiao-juan,HU Jie,YI Xin,SHI Yue
(College of Life Sciences,Shanxi University,Taiyuan 030006,China)
The objective of this paper was to study the liquefaction and saccharification process of the mixed powder with buckwheat,oats and pleurotus eryngii as raw material.Three raw materials were mixed in different proportions according to the principle of protein complementarity,and it was filtered that the mixed powder of the highest nutritive value according to the the essential amino acid reference model and the score of amino acid ratio coefficient method(SRCAA).Used theα-amylase andβ-amylase to enzymatic hydrolysis and studied that different enzymatic hydrolysis conditions,including enzyme dosage,hdrolysis time and hydrolysis temperature,impact to reduceing suger content by single factor test and orthogonal test. The results showed that the best compounded proportion of materials was shown as following:oat∶pleurotus eryngii∶buckwheat=2∶1∶11,and the score of amino acid ratio coefficient was 95.88 closing to the amino acid reference model. The optimal parameters wereα-amylase at 6 U/g,40 min,60 ℃ andβ-amylase at 1000 U/g,2.5 h,55 ℃. Under the condition,the reducing suger content was 25.43%. So through the complementary amino acid,liquefaction and saccharification process of mixed powder,its nutritional value was higher.
amino acid evaluation;liquefaction;saccharification
2016-01-22
徐曉霞(1990-),女,碩士研究生,研究方向:食品新工藝與食品安全,E-mail:1570666831@qq.com。
陳樹(shù)俊(1964-),男,副教授,研究方向:食品新工藝與食品安全,E-mail:chenshujun515@163.com。
TS219
B
1002-0306(2016)14-0233-06
10.13386/j.issn1002-0306.2016.14.039