發(fā)酵馬鈴薯飲料漿液的制備工藝研究

林蜜彬，楊 柳，李瑤涵，趙 璐，孔 宇，2

（1.天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津 300457;2.天津科技大學，食品生物技術教育部工程研究中心，天津 300457）

馬鈴薯中的營養(yǎng)成分豐富，含有人體所有必需氨基酸，特別是人體必需氨基酸中的第一限制性氨基酸-賴氨酸。此外還含有鈣、磷、鐵、胡蘿卜素，以及VB1，VB2，VB6等[1]。VB6有預防動脈硬化的作用，馬鈴薯中VB6的含量高于大米和面粉。常吃馬鈴薯與腦溢血的患病率呈負相關[2]。馬鈴薯碳水化合物中含有淀粉，淀粉是多糖，具有利于血糖平穩(wěn)、預防糖尿病的功效[2]。馬鈴薯中鉀元素含量豐富，它是維持機體酸堿平衡的重要元素[3]。

乳酸菌具有重要的生理功能，既可以維持機體腸道內菌群的生態(tài)平衡、抗感染菌和抑制病原菌，還具有一定的抗腫瘤作用[4]。此外，乳酸菌中含有的乳糖酶可以將牛奶中的乳糖分解，改善乳糖不耐癥；降低血清膽固醇[5]。調節(jié)腸道菌群、生產(chǎn)營養(yǎng)物質、抗氧化、抗變異原性、抗血栓等都是乳酸菌的益生特性，這些益生特性既可以提高食品的貯藏性能，達到延長貯藏期的目的，也可以對宿主的健康有幫助[6]。乳酸菌發(fā)酵還能增加營養(yǎng)素含量，使營養(yǎng)素更好地被人體吸收[7]。營養(yǎng)成分豐富的馬鈴薯漿在被乳酸菌發(fā)酵后營養(yǎng)成分得以保留，同時還具有乳酸菌發(fā)酵的獨特風味。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

馬鈴薯，市售；真菌α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶，丹尼斯克（中國）有限公司提供；瑞士乳桿菌、植物乳桿菌、保加利亞乳桿菌，科漢森（北京）貿易有限公司提供。

1.2 儀器與設備

FE20型實驗室pH計，上海梅特勒-托利多儀器有限公司產(chǎn)品；HR1608型飛利浦手持式攪拌機，香港飛利浦電子有限公司產(chǎn)品；AD500S-H型實驗室數(shù)顯分散均質機，上海昂尼儀器儀表有限公司產(chǎn)品；JSC-AHW-3型電子計數(shù)秤，昆山臺衡精密測控股份有限公司產(chǎn)品；HH-8型數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司產(chǎn)品；LMQ.C型新華牌立式滅菌器，山東新華醫(yī)療器械股份有限公司產(chǎn)品；BAO-150A型精密鼓風干燥箱，上海施都凱儀器設備有限公司產(chǎn)品。

1.3 工藝流程

馬鈴薯→清洗去皮→糊化（切塊蒸煮20 min）→打漿→液化→糖化→復配→UHT滅菌→灌裝→成品。

1.4 試驗方法

1.4.1 馬鈴薯勻漿最佳酶解液化條件的研究與確定

（1） 馬鈴薯勻漿液化溫度的確定。準確量取250 mL糊化打漿后的馬鈴薯勻漿，用0.1 mol/L檸檬酸溶液調節(jié)液化pH值為6.0，添加12 mg/kg的液化酶（真菌α-淀粉酶），分別在45，50，55，60，65℃條件下液化30 min，冷卻滅酶后過濾，測定馬鈴薯酶解濾液DE值，對不同液化溫度所測定的馬鈴薯勻漿濾液DE值進行比較并分析。

（2） 馬鈴薯勻漿液化pH值的確定。準確量取250 mL糊化打漿后的馬鈴薯勻漿，固定液化酶用量為12 mg/kg，液化溫度50℃。分別在不同液化pH值5.4，5.7，6.0，6.3，6.6條件下液化30 min，冷卻滅酶后過濾，測定馬鈴薯酶解液DE值，對不同液化pH值所測定的馬鈴薯勻漿濾液DE值進行比較并分析。

（3）馬鈴薯漿液化時間的確定。準確量取250 mL經(jīng)糊化打漿后的馬鈴薯勻漿，液化酶用量為12 mg/kg，用0.1 mol/L檸檬酸溶液調節(jié)pH值為6.0，在液化溫度為55℃條件下分別液化60，75，90，105，120 min，冷卻滅酶后過濾，測定馬鈴薯酶解濾液的DE值，對不同液化時間測定的馬鈴薯勻漿濾液DE值進行比較并分析。

（4）液化酶用量的確定。準確量取250 mL糊化打漿后的馬鈴薯勻漿，用0.1 mol/L檸檬酸溶液調節(jié)液化pH值為5.7，固定液化溫度55℃。分別添加8，11，14，17，20 mg/kg的真菌α-淀粉酶酶解90 min，冷卻滅酶后過濾，測定過濾后的馬鈴薯酶解濾液DE值，對不同的酶使用量所測定的馬鈴薯勻漿濾液DE值進行比較并分析。

（5）馬鈴薯勻漿液化的正交試驗。以馬鈴薯勻漿液化溫度、液化時間、酶用量和液化pH值作為因素，結合單因素分析結果和四因素三水平正交試驗設計方法，確定糊化后最佳的馬鈴薯勻漿液化條件。

1.4.2 馬鈴薯漿糖化條件的篩選確定

（1） 糖化酶（葡萄糖淀粉酶） 用量的確定。準確量取250 mL最佳液化條件液化后的馬鈴薯勻漿，用0.1 mol/L檸檬酸溶液調節(jié)液化pH值為4.5，在糖化溫度為60℃，糖化酶用量分別為50，100，150，200，250 mg/L的條件下糖化2 h，冷卻滅酶后過濾，測定馬鈴薯酶解濾液的DE值，對不同糖化酶用量所測定的馬鈴薯濾液DE值進行比較并分析。

（2）糖化時間的確定。準確量取250 mL最佳條件液化后的馬鈴薯勻漿，用0.1 mol/L檸檬酸溶液調節(jié)糖化pH值為4.5，添加糖化酶100 mg/L，在糖化溫度為60℃的條件下，分別糖化25，50，75，100，125 min，冷卻滅酶后過濾，測定馬鈴薯酶解濾液的DE值，對不同糖化時間所測定的馬鈴薯濾液DE值進行比較并分析。

（3）糖化pH值的確定。準確量取250 mL最佳液化條件液化后的馬鈴薯勻漿，添加糖化酶100 mg/L，分別在糖化pH值為3.9，4.2，4.5，4.8，5.1，糖化溫度為60℃條件下糖化2 h，冷卻滅酶后過濾，測定馬鈴薯酶解濾液的DE值，對不同pH值糖化后所測定的馬鈴薯濾液DE值進行分析并比較。

（4）糖化溫度的確定。準確量取250 mL最佳液化條件液化后的馬鈴薯勻漿，用0.1 mol/L檸檬酸溶液調節(jié)糖化pH值為4.5，糖化酶用量100 mg/L，在糖化溫度為45，50，55，60，65℃條件下分別糖化2 h，冷卻滅酶后過濾，測定馬鈴薯酶解濾液DE值，對不同糖化溫度所測定的馬鈴薯濾液DE值進行比較并分析。

（5）馬鈴薯勻漿糖化的正交試驗。以馬鈴薯勻漿糖化的溫度、糖化時間、糖化酶用量和糖化pH值作為因素，結合單因素分析結果和四因素三水平正交試驗設計方法，確定糖化后最佳的馬鈴薯勻漿糖化條件。

1.5 測定方法

pH值測定。采用pH計直接測定；DE值測定。采用國標《GB/T 22428.1—2008》用斐林試劑滴定法[12]。

2 結果與分析

2.1 糊化后的馬鈴薯勻漿最佳液化工藝條件確定

2.1.1 液化溫度對馬鈴薯勻漿液化效果的影響

液化溫度對馬鈴薯漿液化效果的影響見圖1。

馬鈴薯勻漿DE值的變化隨液化溫度的升高呈上升趨勢，DE最大時溫度為50℃和55℃，此時DE值分別為9.81%和9.82%，之后DE值又隨著液化溫度的升高有所下降。通過分析可以得到真菌α-淀粉酶最適宜的液化溫度為55℃。

2.1.2 液化pH值對馬鈴薯勻漿液化效果的影響

液化pH值對馬鈴薯漿液化效果的影響見圖2。

圖1 液化溫度對馬鈴薯漿液化效果的影響

圖2 液化pH值對馬鈴薯漿液化效果的影響

DE值的變化隨液化pH值升高呈上升趨勢，DE值最大時pH值為6.0，此時DE值為11.45%，之后DE值又隨著pH值的升高呈現(xiàn)下降趨勢。通過分析可以得出真菌α-淀粉酶最適的液化pH值為6.0。

2.1.3 液化時間對馬鈴薯勻漿液化效果的影響

液化時間對馬鈴薯漿液化效果的影響見圖3。

圖3 液化時間對馬鈴薯漿液化效果的影響

隨著液化時間延長DE值呈快速增長趨勢，DE值最大時液化時間為105 min，此時DE值為13.51%，之后DE值又隨著液化時間的繼續(xù)延長而趨于水平。通過分析可以得出真菌α-淀粉酶最適的液化時間為105 min。

2.1.4 液化酶用量對馬鈴薯勻漿液化效果的影響

真菌α-淀粉酶用量對馬鈴薯漿液化效果的影響見圖4。

DE值隨真菌α-淀粉酶用量增加呈現(xiàn)上升趨勢，DE值最大時液化酶用量為17 mg/kg，此時DE值為15.7%，之后DE值又隨著液化酶用量的增加而呈現(xiàn)小幅下降。通過分析可以得出液化酶的用量為17 mg/kg時液化作用效果較好。

2.1.5 液化馬鈴薯勻漿正交試驗結果與分析

馬鈴薯漿液化參數(shù)L9（34）正交設計方案及試驗結果見表1。

圖4 真菌α-淀粉酶用量對馬鈴薯漿液化效果的影響

表1 馬鈴薯漿液化參數(shù)L9（34）正交設計方案及試驗結果

以DE值作為指標，馬鈴薯勻漿液化的影響因素從小到大順序為液化pH值（D） ＜液化時間（C） ＜液化酶用量（A） ＜液化溫度（C）。通過試驗結果分析可得馬鈴薯液化的最優(yōu)配方為A3B1C1D3，即各因素最優(yōu)水平為液化酶用量16 mg/kg，液化溫度45℃，液化時間90 min，液化pH值6.0，得到的DE值為19.65%。

2.2 液化后的馬鈴薯勻漿糖化的最佳工藝條件確定

2.2.1 糖化酶用量對馬鈴薯勻漿酶解效果的影響

糖化酶用量對馬鈴薯漿糖化效果的影響見圖5。

液化后的馬鈴薯勻漿DE值隨糖化酶用量的增加呈上升趨勢。DE值最大時酶用量為250 mg/L，此時馬鈴薯勻漿DE值為54.67%?？紤]到糖化酶在較低用量時酶解效果就很顯著，從而通過分析可得出酶用量在50～150 mg/L時為宜。

2.2.2 糖化時間對液化后馬鈴薯勻漿酶解效果的影響

圖5 糖化酶用量對馬鈴薯漿糖化效果的影響

糖化時間對馬鈴薯漿糖化效果的影響見圖6。

圖6 糖化時間對馬鈴薯漿糖化效果的影響

隨糖化時間延長，DE值變化速率趨于水平。時間為50 min時，DE值最大，為70.68%。考慮到糖化酶在短時間內就能達到很好的酶解效果，糖化酶的最適時間為25～50 min。

2.2.3 糖化pH值對液化后馬鈴薯勻漿糖化效果的影響糖化pH值對馬鈴薯漿糖化效果的影響見圖7。

圖7 糖化pH值對馬鈴薯漿糖化效果的影響

DE值的變化隨著液化后馬鈴薯漿糖化pH值的升高呈現(xiàn)上升趨勢，DE值最大時為pH值4.5，此時DE值為71.22%；接著隨著pH值的增加，DE值呈下降趨勢。從而通過分析可得出糖化酶的最適糖化pH值為4.5。

2.2.4 糖化溫度對液化后馬鈴薯勻漿糖化效果的影響

糖化溫度對馬鈴薯漿糖化效果的影響見圖8。

DE值隨糖化溫度的升高呈上升趨勢，DE值最大時溫度為55℃，此時DE值為72.5%；溫度為55℃之后DE值的變化又隨著糖化溫度的升高而呈下降趨勢。從而通過分析可以得出，糖化酶的最適糖化溫度為55℃。

2.2.5 馬鈴薯勻漿糖化的正交試驗結果

馬鈴薯漿糖化參數(shù)L9（34）正交設計方案及試驗結果見表2。

圖8 糖化溫度對馬鈴薯漿糖化效果的影響

表2 馬鈴薯漿糖化參數(shù)L9（34）正交設計方案及試驗結果

以糖化后的馬鈴薯勻漿DE值為指標，糖化馬鈴薯勻漿的影響因素從大到小依次為酶用量（B'）＞糖化時間（A'）＞糖化溫度（D'）＞糖化pH值（C'）?？紤]到生產(chǎn)過程中生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率，進而選出最優(yōu)配方，即糖化馬鈴薯勻漿的各因素最優(yōu)水平為糖化時間25 min，糖化酶用量40 mg/L，糖化pH值5.1，糖化溫度55℃，得到DE值為68.85%。

3 結論

獲得馬鈴薯漿液化和糖化工藝的最佳條件，為之后的乳酸菌發(fā)酵馬鈴薯飲料提供最優(yōu)的馬鈴薯漿液。首先，采用單因素試驗研究真菌α-淀粉酶和糖化酶的酶用量、酶解溫度、pH值和酶解時間。利用單因素結果，采用四因素三水平正交試驗設計再次優(yōu)化真菌α-淀粉酶和糖化酶的酶解條件。最終根據(jù)正交試驗結果確定了馬鈴薯漿液化工藝的最優(yōu)條件為真菌α-淀粉酶用量16 mg/kg，液化pH值6.0，液化溫度45℃，液化時間90 min，DE值19.65%；液化后的馬鈴薯漿糖化工藝的最優(yōu)條件為糖化酶用量40 mg/L，糖化pH值5.1，糖化溫度55℃，糖化時間25 min，制得的馬鈴薯漿具有馬鈴薯清香，DE值為68.85%。