復(fù)合酶水解雜糧小米粉加工的工藝

馬麗媛，李楊，張雅娜，張晟，郭麗

綏化學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院（綏化 152061）

中國(guó)食用谷物雜糧米的歷史在5 000年以上，五谷主要指稻（俗稱水稻、大米）、黍（俗稱黃米）、稷（又稱粟，俗稱小米）、麥（俗稱小麥）、菽（俗稱大豆），在日常生活中占據(jù)著重要地位。其中，小米素以“罕見(jiàn)佳肴、上乘珍品”蜚聲海內(nèi)外，自古就是產(chǎn)婦、嬰幼兒、老年人、病弱者的首選補(bǔ)品，具有較高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[1]。小米中含有多種維生素、蛋白質(zhì)、脂肪、糖類(lèi)，以及鈣、鐵等人體所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，極易消化吸收，屬于中等熱量食物；小米中蛋白質(zhì)過(guò)敏性極低，消化率及生物價(jià)高于小麥和大米；碳水化合物含量低于稻米、小麥和玉米，且主要成分是淀粉，含量為63%～70%，其中水溶性多糖主要以阿拉伯糖和木糖為主，葡萄糖含量較少是糖尿病人理想食物；粗脂肪含量介于玉米和水稻之間，為2.8%～8.0%，雖含量不高，但卻都是優(yōu)質(zhì)脂肪酸，其不飽和脂肪酸占84%以上；礦物質(zhì)含量相對(duì)少但含量豐富，黃小米中含有較多人體可利用的有機(jī)硒，且鈣、磷、鐵的含量明顯高于小麥和玉米，鉀含量更是高居五谷之首[2]。紅豆富含蛋白質(zhì)，碳水化合物，鈣、磷，還含有較多的B族維生素、維生素A等成分，其中獨(dú)有的成分使得紅豆具有消熱解毒、利水消腫、健脾止瀉等功能，可治小腹脹滿，小便不利，煩熱口渴諸癥。綠豆性甘涼，有清熱解毒、消暑、利水等功效，《本草綱目》中記載綠豆還可明目[3]。黑豆中含有豐富的B族維生素和維生素E，對(duì)于女性來(lái)說(shuō)具有美容養(yǎng)顏功效；黑豆皮中含有花青素，能清除體內(nèi)自由基，尤其在胃的酸性環(huán)境下，抗氧化效果好，養(yǎng)顏美容，促進(jìn)腸胃蠕動(dòng)。燕麥?zhǔn)且环N低糖、高營(yíng)養(yǎng)、高能量食品，具有補(bǔ)脾益氣、止虛汗的功效，長(zhǎng)期使用具有減肥的效果；此外燕麥中含有豐富的維生素B1、B2，葉酸等，可以促進(jìn)血液循環(huán)、緩解生活中的壓力；富含鈣、磷、鋅等礦物質(zhì)可以預(yù)防骨質(zhì)疏松、促進(jìn)傷口愈合等功效[4]。

中國(guó)是雜糧谷物的生產(chǎn)大國(guó)，同時(shí)也是消費(fèi)大國(guó)，消費(fèi)以食用為主，占雜糧消費(fèi)量的76%，少量用于工業(yè)生產(chǎn)、飼料生產(chǎn)，其中工業(yè)生產(chǎn)占12%，飼料生產(chǎn)占8%。中國(guó)雜糧的深加工處于初級(jí)階段，僅占21%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家[5]，雜糧加工的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，副產(chǎn)品綜合利用水平較低，了解其加工生產(chǎn)現(xiàn)狀，分析和預(yù)測(cè)未來(lái)技術(shù)需求及產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，利用雜糧谷物資源，研究?jī)?yōu)化多種加工技術(shù)和開(kāi)發(fā)產(chǎn)品顯得十分必要。

由于養(yǎng)生和食品營(yíng)養(yǎng)受到日益關(guān)注，雜糧米粉因含有豐富的營(yíng)養(yǎng)和較低的熱量深受市場(chǎng)和消費(fèi)者的歡迎，以谷物雜糧為主原料的營(yíng)養(yǎng)沖調(diào)粉制品生產(chǎn)有著廣闊的應(yīng)用前景。谷物沖調(diào)粉營(yíng)養(yǎng)全面豐富、粉劑均勻、口感好、水溶性好、食用方便快捷，沖調(diào)粉產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，但是谷物雜糧粉的感官品質(zhì)參差不齊，制作工藝和成品質(zhì)量急需改善。谷物雜糧粉的加工主要集中在粉碎、糊化、干燥等工藝研究上，但這些生產(chǎn)工藝存在能耗大、設(shè)備復(fù)雜、營(yíng)養(yǎng)破壞損失大、產(chǎn)品沖調(diào)性不好、長(zhǎng)期食用容易上火等缺點(diǎn)，而自然溫和的生物酶水解技術(shù)可以保留谷物雜糧的天然營(yíng)養(yǎng)成分，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)成分的消化吸收，具有很好的沖調(diào)性和保健功能。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

1.1.1 材料

小米、紅小豆、綠豆、黑豆、燕麥，市售；糖化酶、α-淀粉酶，無(wú)錫雪梅酶制劑科技有限公司；淀粉葡萄糖苷酶，博立生物制品有限公司；中溫淀粉酶，南寧東恒華道生物科技有限公司；氫氧化鈉，廣州市刺水科技有限公司；濃鹽酸，河南圣斯德實(shí)業(yè)有限公司；酒石酸鉀鈉，鄭州德旺化工產(chǎn)品實(shí)業(yè)有限公司；亞鐵氰化鉀，上海諾泰化工產(chǎn)品有限公司；乙酸鋅，湖北帝鑫化工制造有限公司；葡萄糖，天津市基準(zhǔn)化學(xué)試劑有限公司；斐林試劑，廈門(mén)海標(biāo)科技有限公司。

1.1.2 設(shè)備與儀器

CF-100KS萬(wàn)能粉碎機(jī)（廣州市旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司）；DH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋（上海島析實(shí)業(yè)有限公司）；FA124C電子天平（力辰科技有限公司）；DZF-6250電熱恒溫干燥箱（北京中科博達(dá)有限公司）；PHS-25 pH計(jì)（上海越平設(shè)備有限公司）；WIGGENS數(shù)字式攪拌器（澳大利亞新港科學(xué)儀器公司）。

1.2 方法

1.2.1 單因素試驗(yàn)

分別選取不同水解酶、酶解溫度、復(fù)配酶比例、酶解時(shí)間、小米與雜糧配比為單因素，以還原糖含量（DE值）和感官品質(zhì)為指標(biāo)，進(jìn)行試驗(yàn)，從中選取適宜的條件，進(jìn)行后續(xù)正交試驗(yàn)。

1.2.2 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取酶解溫度、復(fù)配酶比例、酶解時(shí)間、小米與雜糧配比4個(gè)因素的適宜水平進(jìn)行四因素三水平L9(34)正交試驗(yàn)，確定雜糧小米粉的最佳工藝。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的因素水平表如表1所示。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

1.2.3 感官品質(zhì)評(píng)定

根據(jù)雜糧小米粉的外觀色澤、溶解度、口感、氣味、滋味等方面，對(duì)其進(jìn)行感官分析，并邀請(qǐng)10名有經(jīng)驗(yàn)的感官分析員進(jìn)行感官評(píng)定（總分為100分），雜糧小米粉的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 雜糧小米粉感官品質(zhì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.3 雜糧小米粉制作工藝流程

雜糧米除雜→超微粉碎機(jī)粉碎→80目篩網(wǎng)過(guò)篩→小米粉與雜糧粉混合→調(diào)漿→滅酶→冷卻→調(diào)節(jié)pH→添加酶→酶解→滅酶→冷卻→測(cè)定DE值

1.4 工藝要點(diǎn)

1.4.1 原料的選擇

選擇顆粒飽滿，無(wú)蟲(chóng)蛀，無(wú)霉點(diǎn)的新鮮雜糧，挑除其中的沙粒，泥土，清理干凈污物。

1.4.2 粉碎

對(duì)物料進(jìn)行粉碎，過(guò)80目篩網(wǎng)備用，用密封袋保存，避免受潮。

1.4.3 磨粉和過(guò)篩

瀝水后的米和紅豆用粉碎機(jī)粉碎，通過(guò)100目篩，備用。

1.4.4 混合調(diào)漿

將小米粉與雜糧粉按照一定比例混合，按底物濃度5%調(diào)漿。

1.4.5 滅酶

放入恒溫水浴95 ℃滅酶10 min，冷卻至一定溫度，調(diào)節(jié)pH。

1.4.6 酶解

按照工藝要求，添加一定量的水解酶，攪拌均勻，使?jié){料與酶充分接觸。置于恒溫水浴鍋中，并控制溫度、時(shí)間等條件進(jìn)行水解。水解結(jié)束后95 ℃滅酶10 min。

1.4.7 測(cè)定DE值

采用直接滴定法測(cè)定水解液的DE值[6]。

1.5 雜糧小米粉沖調(diào)性檢測(cè)

1.5.1 雜糧米粉溶解性能的測(cè)定

利用正交試驗(yàn)得出最佳加工工藝，獲得的雜糧米粉配置成5%的雜糧米粉乳濁液50 mL，在95 ℃水浴條件下邊加熱邊攪拌30 min，在3 000 r/min條件下離心25 min，取上清液蒸干，將干物質(zhì)于105 ℃烘干稱質(zhì)量得到被溶解淀粉的質(zhì)量M（g），計(jì)算出樣品的溶解度[7]。計(jì)算如式（1）。

式中：A為樣品質(zhì)量，g；M為烘干恒質(zhì)量，g。

1.5.2 雜糧米粉結(jié)塊率的測(cè)定

通過(guò)測(cè)定雜糧米粉的結(jié)塊率，反映出雜糧米粉的分散性。結(jié)塊率越小，表明雜糧米粉的分散性能越好。參照吳陽(yáng)[5]方法進(jìn)行檢測(cè)。將10 g優(yōu)化工藝后制得的雜糧米粉加入250 mL燒杯中，再加入100 mL沸水。手動(dòng)攪拌30 s后過(guò)篩，將篩網(wǎng)中結(jié)塊干燥至恒質(zhì)量，質(zhì)量計(jì)為M（g），計(jì)算公式如式（2）。

式中：W為雜糧米粉水分，%；M為烘干恒質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 不同種類(lèi)的酶對(duì)DE值影響

選取糖化酶（A）、α-淀粉酶（B）、淀粉葡萄糖苷酶（C）、中溫淀粉酶（D），在酶解溫度50℃、酶解時(shí)間90 min、小米與雜糧配比5∶1，其中黑豆、綠豆、紅豆和燕麥比例1∶1∶1∶1條件下，研究不同酶對(duì)雜糧米粉DE值的影響。篩選出最適的2種酶進(jìn)行1∶1復(fù)配（E），并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，結(jié)果如圖1所示。

結(jié)果表明，α-淀粉酶對(duì)雜糧米粉DE值的影響與其他3種酶相比較高，其次是糖化酶，且二者水解后的米粉感官評(píng)分也較高。因此，這2種酶進(jìn)行1∶1復(fù)配，研究其對(duì)雜糧米粉DE值的影響。結(jié)果表明，兩者進(jìn)行1∶1復(fù)配后，DE顯著提高。結(jié)合感官評(píng)價(jià)，得出復(fù)合酶酶解時(shí)比單一酶酶解效果發(fā)生明顯提高，復(fù)配后的DE值為42.24%，試驗(yàn)結(jié)果比季慧等[8]將α-淀粉酶和β-淀粉酶進(jìn)行1∶1復(fù)配后的DE值41.29%稍高。因此，將糖化酶和α-淀粉酶進(jìn)行復(fù)配后雜糧米粉水解程度有所提高，后續(xù)試驗(yàn)可研究二者復(fù)配比例的變化對(duì)DE值的影響。

2.1.2 復(fù)配酶比例對(duì)DE值影響

由圖2可知，糖化酶和α-淀粉酶進(jìn)行不同比例復(fù)配后，DE值有所變化，且差異較大。比例在5∶1～1∶1時(shí)，隨著α-淀粉酶增加，DE值呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)，這可能是由于α-淀粉酶比例過(guò)高時(shí)，糖化酶活性受到抑制，會(huì)影響酶解效率，從而導(dǎo)致DE值較低。比例在1∶1～1∶3時(shí)，DE值上升明顯，比例在1∶3條件下達(dá)到最大，且感官評(píng)分也較高。試驗(yàn)結(jié)果與吳陽(yáng)[5]研究中老年米粉沖調(diào)性的加工工藝中α-淀粉酶與β-淀粉酶比例1∶3相同。

圖2 復(fù)合酶配比對(duì)雜糧米粉DE值的影響

2.1.3 酶解溫度對(duì)DE值影響

由圖3可以看出，隨著酶解溫度升高，DE值呈現(xiàn)先增加后趨于平緩下降趨勢(shì)，酶解溫度55 ℃時(shí)，DE值最大。這是由于糖化酶和α-淀粉酶都屬于中溫性的酶類(lèi)，酶解溫度55 ℃時(shí)，酶表現(xiàn)出較強(qiáng)活力。因此，在該酶解溫度下，復(fù)合酶水解雜糧米粉反應(yīng)速率最大，此時(shí)水解程度適中，感官評(píng)分也較高。酶解溫度過(guò)高或過(guò)低，均會(huì)影響復(fù)合酶的結(jié)構(gòu)及活性，進(jìn)而影響淀粉的水解程度。因此溫度控制在50～60 ℃之間能更好發(fā)揮酶的活力。

圖3 酶解溫度對(duì)雜糧米粉DE值的影響

2.1.4 酶解時(shí)間對(duì)DE值的影響

根據(jù)圖4可知，隨著酶解時(shí)間增長(zhǎng)，DE值呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，在酶解時(shí)間90～105 min，DE值表現(xiàn)出明顯上升，但酶解時(shí)間超過(guò)105 min時(shí)，DE值開(kāi)始逐漸下降，這是因?yàn)槊附鈺r(shí)間較長(zhǎng)使得復(fù)合酶與淀粉分子之間發(fā)生充分作用，使得復(fù)合酶的活力開(kāi)始降低，從而導(dǎo)致DE值開(kāi)始下降。因此，選擇酶解時(shí)間105 min較為適宜，此時(shí)水解程度較高，感官評(píng)分高。季慧等[8]研究α-淀粉酶和β-淀粉酶復(fù)配時(shí)得到最佳酶解時(shí)間為150 min，這是由于α-淀粉酶和β-淀粉酶的活力可以持續(xù)150 min，超過(guò)150 min，酶的活力才開(kāi)始下降。相比較下利用糖化酶與α-淀粉酶進(jìn)行復(fù)配可以在相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)得到較好的水解效果，可以縮短加工時(shí)間。

圖4 酶解時(shí)間對(duì)雜糧米粉DE值的影響

2.1.5 小米與雜糧配比對(duì)DE值影響

由圖5可知，隨著小米添加量增加，DE值表現(xiàn)出持續(xù)下降趨勢(shì)。小米與雜糧配比3∶1～4∶1時(shí)，DE值下降趨勢(shì)平緩，配比4∶1～7∶1時(shí)，DE值下降趨勢(shì)更加顯著。這是由于小米添加量的增加導(dǎo)致漿料中淀粉含量增多，從而導(dǎo)致漿料黏度增大，分子與分子之間作用不夠充分，影響雜糧米粉中淀粉的水解效率。此時(shí)，水解不夠充分，使得米粉口感粗糙，感官評(píng)分低。吉雪[9]在對(duì)嬰幼兒米粉酶解工藝參數(shù)的優(yōu)化中研究提出，米漿處于低濃度時(shí)，分散效果好，因此雜糧米粉要在營(yíng)養(yǎng)均衡的條件下控制小米添加量。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，小米與雜糧配比3∶1時(shí)，DE值最大值達(dá)到60.13%，水解程度最大，綜合感官評(píng)分，此時(shí)雜糧米粉口感最佳。考慮到降低生產(chǎn)成本，故選擇小米與雜糧復(fù)配比例3∶1。

圖5 小米與雜糧配比對(duì)雜糧米粉DE值的影響

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

以酶解溫度、復(fù)合酶配比、酶解時(shí)間、小米與雜糧配比為單因素進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，正交優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

由正交試驗(yàn)結(jié)果可知，極差R值的大小為D＞A＞C＞B，由此可以得出對(duì)雜糧小米粉DE值影響大小順序?yàn)椋盒∶着c雜糧的配比＞酶解溫度＞酶解時(shí)間＞糖化酶和α-淀粉酶復(fù)配比例。其中最佳組合是A2B3C3D1，即酶解溫度55 ℃，復(fù)配酶復(fù)配比例1∶5，酶解時(shí)間105 min，小米與雜糧復(fù)配比例3∶1。但與最大DE值試驗(yàn)組A2B2C3D1不符，因此要進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。正交試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表4。

由于組合A2B3C3D1優(yōu)于A2B2C3D1，故酶解溫度55℃、復(fù)合酶比例1∶5、酶解時(shí)間105 min、小米與雜糧配比3∶1為雜糧小米粉最佳酶解工藝，此時(shí)得出雜糧小米粉感官品質(zhì)最佳。在此最佳工藝條件下對(duì)雜糧小米粉進(jìn)行沖調(diào)性檢驗(yàn)，結(jié)果表明，雜糧小米粉的溶解度為69%，結(jié)塊率為0.3%，說(shuō)明其具有良好的沖調(diào)性。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果表

表4 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

對(duì)復(fù)合酶水解雜糧小米粉加工工藝進(jìn)行研究，結(jié)果表明，當(dāng)復(fù)合酶（糖化酶和α-淀粉酶）配比1∶5、小米與雜糧配比3∶1、酶解溫度55 ℃、酶解時(shí)間105 min時(shí)，水解液DE值為61.78%。此時(shí)水解程度高，沖調(diào)性好，雜糧米粉口感細(xì)滑，含有豐富營(yíng)養(yǎng)，利于人體吸收，符合當(dāng)代人們的飲食需求，具有廣闊的市場(chǎng)前景。