小米谷物飲料制作工藝研究

李根 ，楊志，馬寅斐，趙巖，丁辰，朱風(fēng)濤，初樂*

（1.中華全國供銷合作總社濟(jì)南果品研究院，山東濟(jì)南 250014；2.山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，山東德州 251100）

小米（Setaria italica var.germanica Schred.）是一年生禾本科狗尾草屬的草本植物，營養(yǎng)價(jià)值高，富含碳水化合物、優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、氨基酸、多不飽和脂肪酸、VB1、礦物質(zhì)、膳食纖維等功能成分[1]。這些物質(zhì)對人體有益，如VB1能改善人體精神狀況，有助于消除疲勞和改善注意力，預(yù)防和治療腳氣病、周圍神經(jīng)炎及消化不良等[2]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人民生活水平的提高，谷物雜糧在城鎮(zhèn)及鄉(xiāng)村居民的消費(fèi)占比中呈逐漸下降趨勢。由于食物的細(xì)膩和單調(diào)，以及動(dòng)物脂肪攝入的增加，我國居民的高血壓和心血管疾病發(fā)生率不斷攀升，再加上吃的谷物過于精細(xì)，中老年人群中腸道疾病、心血管疾病和糖尿病等疾病的發(fā)病率也在逐年增加[3]。近年來越來越多的消費(fèi)者開始追求自然健康、口感醇香、營養(yǎng)豐富的谷物雜糧食品，故而小米等谷物雜糧飲料的研制具有重要意義和廣闊的發(fā)展空間。

目前市場上小米多以小米粥、小米糕等傳統(tǒng)食品為主，食用方法單一，開發(fā)產(chǎn)品品種較少[4]。小米谷物飲料的研制，改變了小米的傳統(tǒng)食用方法，方便快捷，同時(shí)能使人們獲得碳水化合物、優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)及氨基酸、多不飽和脂肪酸、維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維等對人體有益的功能成分。但是目前開發(fā)的小米谷物飲料并不多，對小米飲料的優(yōu)化程度仍有待提高，目前市場上大多是將小米與豆制品或牛奶等通過一定的加工工藝混合，其開發(fā)品種較少，消費(fèi)人群有限，未能大批量生產(chǎn)[5]。除此之外，小米中的高淀粉含量對產(chǎn)品的穩(wěn)定性和口感存在直接影響，現(xiàn)階段有研磨、酶解兩種處理方法，酶解處理因其原料利用高、耗時(shí)短等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。因此本試驗(yàn)研究了酶解工藝對小米汁酶解效果的影響，通過單因素和正交試驗(yàn)對酶解條件進(jìn)行優(yōu)化，確定了最佳工藝參數(shù)，以獲得品質(zhì)較好的小米汁，為小米谷物飲料的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

龍山小米，購于濟(jì)南章丘；高溫淀粉酶（80 000 U/mL），蘇州宏達(dá)制酶有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

HH-4 數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市正基儀器有限公司；STEPHAN UM5 破碎機(jī)，德國；YXQ-LS-100A 型蒸汽滅菌器，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司；離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

小米→清洗→浸泡→加水打漿→加熱酶解→冷卻→離心→調(diào)配→灌裝殺菌

用60 ℃左右熱水浸泡小米30 min，使小米充分軟化。準(zhǔn)確稱取200 g 小米于燒杯中，按一定料液比破碎打漿得到小米原漿，再加入一定量的高溫淀粉酶，酶解一段時(shí)間后于3000 r/min 離心5 min，取上清液灌裝后于121 ℃滅菌10 min。

1.3.2 酶解工藝單因素試驗(yàn)

采用單因素試驗(yàn)優(yōu)化酶解工藝，料液比設(shè)置為1:4、1:6、1:8、1:10、1:12（g/mL），酶解時(shí)間分別為10、20、40、60、80 min，酶添加量為4、20、40、60、80 U/mL，每次優(yōu)化一個(gè)因素，研究各因素對小米酶解效果的影響。

1.3.3 酶解工藝正交優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取加酶量、酶解時(shí)間和料液比進(jìn)行三因素三水平試驗(yàn)，試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 小米酶解工藝的正交設(shè)計(jì)表Table 1 The orthogonal design table of millet beverage enzymolysis process

1.3.4 小米谷物飲料調(diào)配工藝

按正交試驗(yàn)最佳工藝得到的小米汁，與紅棗濃縮汁、蘋果脫色脫酸濃縮汁按不同方案進(jìn)行復(fù)配，通過感官評價(jià)篩選出口感、風(fēng)味俱佳的小米谷物飲料復(fù)配方案。

復(fù)配方案為（1）小米汁含量為94%、紅棗濃縮汁含量為4%、蘋果脫酸脫色濃縮汁為2%；（2）小米汁含量為93%、紅棗濃縮汁含量為4%、蘋果脫酸脫色濃縮汁為3%；（3）小米汁含量為93%、紅棗濃縮汁含量為5%、蘋果脫酸脫色濃縮汁為2%；（4）小米汁含量為92%、紅棗濃縮汁含量為5%、蘋果脫酸脫色濃縮汁為3%。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 還原糖

采用GB 5009.7—2016 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中還原糖測定的方法測定小米中還原糖含量。

1.4.2 固形物

取適量小米漿放入恒質(zhì)量干燥小燒杯中，放入烘箱105 ℃下烘至恒質(zhì)量。固形物含量計(jì)算公式見式（1）。同時(shí)做2 個(gè)平行測定,結(jié)果取其平均值[6]。

1.4.3 DE 值

DE 值即還原糖（以葡萄糖計(jì)）占糖漿干物質(zhì)的百分比，計(jì)算公式見式（2）[7]。

1.4.4 感官評價(jià)

邀請10 名感官評價(jià)人員，按照感官評分標(biāo)準(zhǔn)（見表2）對小米飲料進(jìn)行評價(jià)，以平均值為最終評定結(jié)果。

表2 小米谷物飲料的感官評分表Table 2 Sensory evaluation table of millet cereal beverage

2 結(jié)果與分析

2.1 酶解工藝單因素試驗(yàn)

2.1.1 料液比對小米酶解效果的影響

小米汁酶解程度是通過還原糖含量來表示的，料液比對體系中還原糖含量有直接影響，因此把DE 值作為小米酶解程度的指標(biāo)。料液比對小米酶解效果的影響見圖1。由圖可知，料液比由1:4 到1:8，DE 值從20.56%升至25.39%，呈明顯上升趨勢；1:8 到1:10 時(shí)，DE 值從25.39%變?yōu)?5.74%，變化較?。?:10 到1:12 時(shí)，DE 值從25.74%降為24.79%，略有下降。原因可能是在料液比較大時(shí)，小米含有大量的淀粉，在加熱過程中淀粉糊化，使酶解液黏稠度增加，導(dǎo)致酶與底物接觸難度增大，從而影響了酶與底物的作用效果；而料液比過小時(shí)，稀釋了酶的濃度，進(jìn)而影響了酶的作用效果[8]。因此，料液比選擇1:10。

2.1.2 酶解時(shí)間對小米酶解效果的影響

由圖2 可知，在添加一定量的淀粉酶之后，隨著酶解時(shí)間的延長，還原糖的含量不斷增加，在酶解時(shí)間為10～40 min 時(shí)，還原糖含量從2.26%增至2.82%，呈上升趨勢；40～80 min 時(shí)，還原糖含量從2.82%變?yōu)?.90%，趨于平緩。原因可能是隨著時(shí)間增加，酶與底物不斷反應(yīng)，淀粉不斷轉(zhuǎn)化為還原糖；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間足夠長時(shí)，由于底物不斷減少，或者酶的量過少，導(dǎo)致反應(yīng)速率降低，還原糖增幅放緩[9]。因此，酶解時(shí)間選擇40 min。

2.1.3 酶添加量對小米酶解效果的影響

高溫淀粉酶與淀粉發(fā)生作用，在高溫條件下將淀粉酶解為還原性糖，此過程可降低底物溶液黏度。直鏈淀粉最終產(chǎn)物以葡萄糖為主，還有少量的麥芽三糖及麥芽糖[10]。在分解支鏈淀粉時(shí)，也有很大一部分生成葡萄糖，因此葡萄糖含量可反映小米中淀粉水解的效果。由圖3 可知，淀粉在淀粉酶的作用下可產(chǎn)生還原糖，加酶量在4～40 U/mL 之間，還原糖含量從2.31%增加至3.30%，呈明顯上升趨勢；加酶量在40～80 U/mL 時(shí)還原糖的含量從3.0%變?yōu)?.60%，趨于穩(wěn)定；隨著酶添加量的增大，還原糖含量上升幅度不大。由于酶添加量的不斷升高，與小米底物中淀粉的作用也不斷增強(qiáng)，從而將更多的淀粉更快轉(zhuǎn)化為葡萄糖，增加了還原糖含量[11]。因此，酶添加量選擇40 U/mL。

2.2 酶解工藝正交試驗(yàn)

由表3、4 可知，料液比、酶解時(shí)間、酶的添加量對小米汁的酶解程度均有影響，影響大小為A>C>B，即酶的添加量>料液比>酶解時(shí)間。小米酶解工藝最佳工藝條件為A3B2C3，即酶添加量60 U/mL、酶解時(shí)間40 min、料液比1:12。經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)，得出該工藝條件下得到的小米谷物飲料的DE 值為35.22%，均優(yōu)于其他試驗(yàn)組。

表3 小米酶解工藝正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Result of orthogonal experiment of millet enzymatic hydrolysis process

表4 方差分析結(jié)果Table 4 The results of variance analysis

2.3 小米飲料調(diào)配

表5 小米復(fù)配飲料感官評價(jià)結(jié)果/分Table 5 Sensory evaluation results of millet compound beverage/score

由表5 可知，四個(gè)方案的總分呈先升后降的趨勢，由于濃縮紅棗汁和蘋果脫色脫酸濃縮汁的糖度較高，加入之后會(huì)賦予小米汁香甜醇厚的口味，隨著縮紅棗汁和脫色脫酸濃縮蘋果汁的增加，與小米汁復(fù)配后香甜口味增強(qiáng)，谷物醇香感增加，但隨著濃縮紅棗汁和脫色脫酸蘋果濃縮汁的比例不斷增大，使谷物飲料的甜膩感凸顯，或者濃縮紅棗汁、蘋果脫色脫酸濃縮汁與小米汁三者比例不協(xié)調(diào)，使其口感降低。綜合來看方案（2）得分最高，即紅棗濃縮汁含量為4%、蘋果脫酸脫色濃縮汁含量為3%、小米汁含量為93%。

3 結(jié)論

通過酶解法研制小米飲料，小米漿中淀粉經(jīng)過酶解之后，生成還原性糖等小分子化合物，使酶解后的小米飲料風(fēng)味更加細(xì)膩，口感更加醇香、順暢，同時(shí)也降低了產(chǎn)品分層、析水、淀粉返生現(xiàn)象，提高了谷物飲料的穩(wěn)定性和人體的消化和吸收效率。通過進(jìn)行料液比、酶解時(shí)間、酶添加量對小米酶解效果影響的單因素試驗(yàn)，結(jié)合正交優(yōu)化試驗(yàn)，得出影響小米酶解效果的大小順序?yàn)槊柑砑恿?料液比>酶解時(shí)間，確定最佳酶解工藝參數(shù)為料液比1:12，酶解時(shí)間40 min，酶添加量60 U/mL，此時(shí)值為35.22%。通過復(fù)配工藝，得出在紅棗濃縮汁添加量為4%、蘋果脫酸脫色濃縮汁為3%時(shí)，小米谷物飲料在風(fēng)味、口感等綜合指標(biāo)達(dá)到最佳，得分為85.2 分。

小米谷物飲料若不經(jīng)調(diào)酸則pH 較高，需進(jìn)行高壓高溫殺菌，這樣既浪費(fèi)能源又會(huì)對品質(zhì)產(chǎn)生不利的影響。后期可通過益生菌發(fā)酵，降低pH 滿足殺菌要求的同時(shí)又能提高其產(chǎn)品附加值。此外，小米飲料后期儲(chǔ)存過程中易分層沉淀，可通過均質(zhì)或添加穩(wěn)定劑來提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。