復(fù)合酶法制備馬鈴薯脂肪模擬物工藝研究

盛鑫淼 王蕊 王巖 馬宇佳 王春輝 唐彥君

摘要：以馬鈴薯淀粉為原料，采用復(fù)合酶水解馬鈴薯淀粉得到低DE值麥芽糊精來(lái)制備脂肪模擬物產(chǎn)品。研究酶配比、復(fù)合酶添加量、底物濃度、水解時(shí)間、水解溫度對(duì)產(chǎn)品DE值的影響。通過(guò)單因素試驗(yàn)與正交試驗(yàn)確定最佳制備工藝（100 mL反應(yīng)體系）：復(fù)合酶配比為中溫α-淀粉酶︰普魯蘭酶=4︰6、復(fù)合酶添加量1 125 U、底物濃度20%、反應(yīng)溫度60 ℃、水解時(shí)間10 min，此條件下水解產(chǎn)物的DE值為2.92。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯淀粉;脂肪模擬物;復(fù)合酶;工藝

中圖分類(lèi)號(hào)：TS201 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1674-1161（2020）01-0048-04

動(dòng)物脂肪能夠賦予食品特殊的風(fēng)味、口感、質(zhì)構(gòu)及香氣，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致攝食者攝入過(guò)多熱量，引發(fā)肥胖、心血管異常等疾病的產(chǎn)生。因此，脂肪替代物的開(kāi)發(fā)與其在低脂、無(wú)脂食品中的應(yīng)用一直是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。馬鈴薯是黑龍江省盛產(chǎn)農(nóng)作物，其淀粉非常適合制備脂肪模擬物。馬鈴薯模擬物能夠形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠，截留大量的水分，產(chǎn)生類(lèi)似脂肪的質(zhì)感和口感，具有脂肪類(lèi)似的功能，而且食用安全。

與酸法相比，采用酶法制備馬鈴薯脂肪模擬物的優(yōu)點(diǎn)在于原料無(wú)需預(yù)先處理、設(shè)備資金少、維修費(fèi)用少。目前酶法制備主要采用單酶，常用的是耐高溫α-淀粉酶，它能在很高的溫度下對(duì)淀粉進(jìn)行水解反應(yīng)，其優(yōu)點(diǎn)是不產(chǎn)生不溶性的淀粉顆粒，但其對(duì)容器和反應(yīng)條件要求較高，生產(chǎn)成本也高。為克服這些不足，本課題采用中溫α-淀粉酶及對(duì)淀粉水解效果很好的普魯蘭酶組成復(fù)合酶，充分發(fā)揮酶法制備的優(yōu)勢(shì)，研究制備馬鈴薯脂肪模擬物的最佳工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯淀粉：北大荒薯業(yè);班氏試劑;中溫α-淀粉酶、普魯蘭酶、氫氧化鈉、鹽酸、無(wú)水乙醇：均為分析純。

1.2 儀器設(shè)備

FA2004N型電子天平（0.000 1 g）：上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司;722s型分光光度計(jì)：上海精密儀器科學(xué)有限公司;數(shù)顯恒溫水浴鍋、離心機(jī)、電熱爐：江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點(diǎn) ?1） 復(fù)合酶活力測(cè)定。按照GB 1886.174—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑 食品工業(yè)用酶制劑》中方法測(cè)定中溫α-淀粉酶和普魯蘭酶的酶活力。中溫α-淀粉酶的酶活力為4 164 U/g，普魯蘭酶的酶活力是4 881 U/g。2） 糊化。淀粉加水加熱至60～70 ℃，淀粉顆粒急劇大量吸水膨脹、破裂，形成半透明膠體狀糊漿。3） 酶水解。酶水解過(guò)程是制備脂肪模擬物的關(guān)鍵步驟，通過(guò)改變水解條件即酶添加量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度和底物濃度，將葡萄糖當(dāng)量（DE）值控制在2～3之間，麥芽糊精才具備形成凝膠的特性，才能稱(chēng)之為脂肪模擬物。4） DE值測(cè)定。采用直接滴定法測(cè)定DE值，參照劉洋的方法。

1.3.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì) 1） 復(fù)合酶配比的確定。在反應(yīng)時(shí)間10 min、溫度65 ℃、底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%、復(fù)合酶溶液用量10.0 mL（總酶活1 500 U）的條件下，考察不同的中溫α-淀粉酶與普魯蘭酶的比例（按酶活力值計(jì)算）對(duì)DE值的影響。2） 復(fù)合酶添加量對(duì)DE值的影響。在反應(yīng)時(shí)間10 min、溫度65 ℃、底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的條件下，考察不同酶添加量對(duì)DE值的影響。3） 酶水解溫度對(duì)DE值的影響。在淀粉酶添加量7.5 mL、時(shí)間10 min、底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的條件下，考察不同水解溫度對(duì)DE值的影響。4） 酶水解時(shí)間對(duì)DE值的影響。在酶添加量 7.5 mL、溫度 65 ℃、底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的條件下，考察不同水解時(shí)間對(duì)DE值的影響。5） 底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)DE值的影響。在酶添加量 7.5 mL、溫度 65 ℃、酶水解時(shí)間10 min的條件下，研究不同底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)DE值的影響。

1.3.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取酶添加量、水解溫度、水解時(shí)間和底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)4個(gè)因素進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)，確定最佳工藝參數(shù)組合。正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 復(fù)合酶配比的確定 不同復(fù)合酶配比下產(chǎn)品的DE值如圖1所示。

由圖1可以看出：隨著中溫α-淀粉酶在復(fù)合酶中比例的增加，DE值先逐漸增大;當(dāng)中溫α-淀粉酶與普魯蘭酶的酶活力相同時(shí)，DE值最大;之后，水解產(chǎn)生大量麥芽糖的α-1，4糖苷鍵，而中溫α-淀粉酶對(duì)其作用比較困難、且有剩余，普魯蘭酶可以水解α-1，4糖苷鍵，但由于量少不能充分發(fā)揮其作用。結(jié)合DE值在2～3之間的要求，確定復(fù)合酶的配比為中溫α-淀粉酶︰普魯蘭酶=4︰6（酶活力比）。按照這一比例配制復(fù)合酶溶液，1.0 mL復(fù)合酶溶液的酶活力為150 U。

2.1.2 復(fù)合酶添加量對(duì)DE值的影響 不同復(fù)合酶添加量下產(chǎn)品的DE值如圖2所示。

由圖2可以看出：隨著復(fù)合酶添加量的增加，DE值逐漸增大。DE值最初增加速度較快，當(dāng)酶的添加量達(dá)到10.0 mL后，DE值增加趨勢(shì)緩慢。這是因?yàn)閺?fù)合酶水解淀粉時(shí)，作用于長(zhǎng)鏈比短鏈更有活性。最初階段水解較快，龐大的淀粉分子被水解成小分子，同時(shí)生成多聚糖、麥芽三糖、麥芽糖和少量葡萄糖;隨著酶添加量的增加，進(jìn)一步把麥芽三糖水解成葡萄糖和麥芽糖，酶對(duì)麥芽糖的α-1，4糖苷鍵作用比較困難，需要較長(zhǎng)的時(shí)間和酶量，所以后期DE值增加緩慢。

2.1.3 酶水解溫度對(duì)DE值的影響 不同水解溫度下產(chǎn)品的DE值如圖3所示。

由圖3可以看出：隨著水解溫度的升高，DE值先逐漸增大;在65 ℃時(shí)，DE值最大;之后水解程度開(kāi)始減緩。這是因?yàn)橹袦卅?淀粉酶的最適反應(yīng)溫度為65 ℃，當(dāng)反應(yīng)超過(guò)該溫度時(shí)酶的活力開(kāi)始下降，影響復(fù)合酶整體的水解作用，導(dǎo)致DE值逐漸下降。

2.1.4 酶水解時(shí)間對(duì)DE值的影響 不同水解時(shí)間下產(chǎn)品的DE值如圖4所示。

由圖4可以看出：隨著水解時(shí)間延長(zhǎng)，水解程度越來(lái)越大，還原糖的含量越來(lái)越多， DE值也越來(lái)越大。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到10 min時(shí)，DE值在2～3之間，達(dá)到脂肪模擬物的要求。

2.1.5 底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)DE值的影響 不同底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)下產(chǎn)品的DE值如圖5所示。

由圖5可以看出：當(dāng)?shù)孜镔|(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，淀粉顆粒能夠充分吸水膨脹，糊化比較完全，分子之間的氫鍵破壞得更完全，有利于酶對(duì)淀粉分子的水解，DE值較大;當(dāng)?shù)孜镔|(zhì)量分?jǐn)?shù)較大時(shí)，淀粉糊化不徹底，不利于酶進(jìn)入淀粉分子內(nèi)部進(jìn)行水解。底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在15%左右時(shí)，DE值在2～3之間，達(dá)到脂肪模擬物的要求。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知：DE值的極差R值的變動(dòng)范圍在0.21～2.07之間;影響馬鈴薯淀粉水解DE值的主次關(guān)系為水解時(shí)間>酶添加量>水解溫度>底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)。9組正交試驗(yàn)中，2，4，5，6和8所得結(jié)果的DE值處于2～3之間，符合脂肪模擬物DE值的要求。根據(jù)降低成本、減少耗能的原則，試驗(yàn)4是制備馬鈴薯脂肪模擬物的理想的工藝參數(shù)，即水解溫度60 ℃、水解時(shí)間10 min、復(fù)合酶添加量7.5 mL（1 125 U）、底物濃度20%。該工藝條件所需水解溫度低、水解時(shí)間較短且應(yīng)用的反應(yīng)底物量大，相對(duì)而言成本最低。

3 結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，得到制備馬鈴薯脂肪模擬物的最佳工藝條件：在100 mL反應(yīng)體系中，復(fù)合酶配比為中溫α-淀粉酶︰普魯蘭酶=4︰6、復(fù)合酶添加量為1 125 U、底物濃度為20%、反應(yīng)溫度為60 ℃、水解時(shí)間為10 min。此條件下水解產(chǎn)物的DE值為2.92，所得馬鈴薯脂肪模擬物產(chǎn)品為乳白色、呈粉末狀。

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Abstract： Potato starch was taken as raw material， low DE value maltodextrin was obtained by hydrolysis of potato starch with complex enzyme to prepare fat simulator. The effects of enzyme ratio， adding amount of complex enzyme， substrate concentration， hydrolysis time and hydrolysis temperature on DE value of the product were studied. The optimal preparation process （100 mL reaction system） was determined by single factor test and orthogonal test： The ratio of the complex enzyme α-Amylase︰Promozyme 4︰6， compound enzyme addition 1 125 U， substrate concentration 20%， hydrolysis temperature 60 ℃ and hydrolysis time 10 min. Under this condition， the DE value of hydrolyzed product is 2.92.

Key words： potato starch; fat simulation; complex enzymes; process