復(fù)配酶酶解對(duì)燕麥濁汁的穩(wěn)定性研究

張曉旻，劉靚，劉敏堯，郭梅*

（1.天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與生物工程學(xué)院，天津 300384；2.天津諾奧酶生產(chǎn)力促進(jìn)有限公司，天津 300399）

燕麥（Avena sativa L.）為禾本科植物，《本草綱目》中稱之為雀麥、野麥子。燕麥分為帶稃型（皮燕麥）和裸粒型（裸燕麥）兩種。俄羅斯、加拿大、波蘭、美國(guó)、中國(guó)、澳大利亞是燕麥的主要種植國(guó)[1]。國(guó)外主要種植皮燕麥，我國(guó)栽培的燕麥以裸燕麥為主。燕麥作為重要糧食之一，在全世界谷物產(chǎn)量中僅次于小麥、水稻、玉米、大麥和高粱，排名第六。

燕麥?zhǔn)且环N“食療兼?zhèn)洹弊魑?，被譽(yù)為“九糧之尊”，它是一種全價(jià)營(yíng)養(yǎng)谷物，在蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、礦物元素、膳食纖維等五大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的指標(biāo)中，位居我國(guó)9種糧食作物（小麥、水稻、谷子、玉米、大麥、蕎麥、高粱、黃米、燕麥）之首[2]。燕麥性味甘、平，能益脾養(yǎng)心、斂汗，有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。燕麥富含β-葡聚糖、蛋白質(zhì)、亞油酸和膳食纖維等成分，且富含人體所必需的8種氨基酸，營(yíng)養(yǎng)均衡，對(duì)于人體補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)與保持健康有很大的利用價(jià)值。燕麥在輔助降血糖、降血壓、減肥保健、預(yù)防直腸癌及心血管疾病等方面具有世界公認(rèn)的保健作用[3-5]。

目前，我國(guó)已開(kāi)發(fā)研制的燕麥制品主要包括燕麥片、燕麥粉、燕麥面包、燕麥米、燕麥餅干、燕麥掛面等[6-9]，但市場(chǎng)上主要以燕麥片的形式銷售。燕麥作為學(xué)生黨和上班族的營(yíng)養(yǎng)谷物早餐，也是中老年人減肥保健食品最主要的替代餐，其產(chǎn)品形式單一，適口性較差。近年來(lái)，燕麥新產(chǎn)品加工是糧食加工的一個(gè)新研究方向[10-11]，具有良好的發(fā)展前景，符合廣大消費(fèi)者的需求，尤其以燕麥為原料的谷物飲品是重點(diǎn)研究方向之一[12-15]。

在歐洲、美國(guó)和日本，燕麥制成的純谷物飲料是較為常見(jiàn)的，例如燕麥奶、燕麥甜酒、有機(jī)燕麥飲料等產(chǎn)品。但是燕麥飲料的制備比較困難，穩(wěn)定性較差。在燕麥汁的加工中，燕麥中的淀粉很容易與β-葡聚糖形成膠體[16]，再加上淀粉在儲(chǔ)藏過(guò)程中也容易出現(xiàn)老化，形成團(tuán)塊，會(huì)造成燕麥飲料質(zhì)地不均勻、食用風(fēng)味變劣等一系列問(wèn)題[17]。國(guó)內(nèi)對(duì)燕麥飲品的研究也有報(bào)道，其主要工藝是將淀粉酶解成小分子，現(xiàn)有酶解工藝的研究大多局限于單一酶的應(yīng)用研究[18-20]，因此，本試驗(yàn)通過(guò)復(fù)配酶水解燕麥，探討酶解程度對(duì)燕麥濁汁穩(wěn)定性的影響，對(duì)其酶解工藝進(jìn)行研究，從而能夠制備出質(zhì)地均勻、穩(wěn)定性強(qiáng)、口感良好的燕麥濁汁飲品。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

燕麥：市購(gòu)；α-淀粉酶（20 000 U/g）、葡糖淀粉酶（50 000 U/g）、支鏈淀粉酶（50 000 U/g）：天津諾奧酶生產(chǎn)力促進(jìn)有限公司。

電子天平（FA2004型）：北京塞多利斯儀器有限公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋（HHS型）：江蘇金壇市金城國(guó)盛試驗(yàn)儀器廠；高速臺(tái)式離心機(jī)（16WS型）：湖南湘儀離心機(jī)儀器有限公司；膠體磨（MS型）：廊坊正瑞機(jī)械有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

燕麥→浸泡→磨漿→過(guò)濾→蒸煮→液化→復(fù)配酶水解→滅酶→調(diào)配→均質(zhì)→罐裝→殺菌→冷卻→成品

1.2.2 操作要點(diǎn)

1）浸泡：將燕麥原料清洗后，取50 g燕麥原料加250 mL水，在水浴鍋中40℃浸泡2 h。

2）磨漿、蒸煮：燕麥和浸泡液通過(guò)膠體磨磨漿，控制加水量，料液比為 1∶9（g/mL），過(guò) 200目篩得到燕麥濁汁，再進(jìn)行蒸煮使燕麥汁充分糊化。

3）液化、復(fù)配酶水解：燕麥汁溫度降至80℃，加入高溫α-淀粉酶[21-22]，添加量0.1%，液化60 min。然后冷卻降溫再加入復(fù)配酶（葡糖淀粉酶與支鏈淀粉酶按質(zhì)量比1∶1進(jìn)行混合），考察不同復(fù)配酶添加量、酶解溫度、酶解pH值、酶解時(shí)間4個(gè)因素對(duì)燕麥濁汁離心沉淀率的影響。

4）滅酶、調(diào)配、均質(zhì)：酶解糖化后的燕麥濁汁升溫至80℃，滅酶10 min。進(jìn)行調(diào)配后，高壓均質(zhì)兩次，壓力分別為20 MPa和40 MPa。

5）灌裝、殺菌、冷卻：灌裝到事先清洗過(guò)的玻璃瓶中，封口、殺菌后冷卻至室溫25℃。

1.2.3 離心沉淀率的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取一定量樣品置于離心管中，5 000 r/min下離心20 min，傾去上清液，將裝有沉淀的離心管倒置30 min，準(zhǔn)確稱取沉淀質(zhì)量，計(jì)算離心沉淀率（centrifugal sedimentation rate，SR）。每個(gè)樣品進(jìn)行3次平行測(cè)定，取其平均值，離心沉淀率越小則代表飲料的穩(wěn)定性越好[18]。

SR/%=（M1/M2）×100

式中：M1為離心后沉淀物的質(zhì)量，g；M2為離心前樣品的質(zhì)量，g。

1.2.4 單因素試驗(yàn)

1.2.4.1 復(fù)配酶添加量對(duì)燕麥濁汁離心沉淀率的影響

采用酶解溫度50℃，酶解pH6.4，酶解時(shí)間60min，考察復(fù)配酶添加量為0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%條件下燕麥濁汁的離心沉淀率。

1.2.4.2 酶解時(shí)間對(duì)燕麥濁汁離心沉淀率的影響

采用復(fù)配酶添加量0.25%，酶解溫度50℃，酶解pH 6.4，考察酶解時(shí)間為 40、60、80、100、120 min 條件下燕麥濁汁的離心沉淀率。

1.2.4.3 酶解溫度對(duì)燕麥濁汁離心沉淀率的影響

采用復(fù)配酶添加量0.25%，酶解pH6.4，酶解時(shí)間60 min，考察酶解溫度為 45、50、55、60、65 ℃條件下燕麥濁汁的離心沉淀率。

1.2.4.4 酶解pH值對(duì)燕麥濁汁離心沉淀率的影響

采用復(fù)配酶添加量0.25%，酶解溫度50℃，酶解時(shí)間 60 min，考察酶解酶解 pH 值為 5.6、6.0、6.4、6.8、7.2條件下燕麥濁汁的離心沉淀率。

1.2.5 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)，確定出利用復(fù)配酶制取燕麥濁汁的最佳工藝參數(shù)。因素水平見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)Table 1 Factors and levels of orthogonal tests

1.3 數(shù)據(jù)處理

每個(gè)數(shù)據(jù)均為3次試驗(yàn)的平均值，使用EXCEL軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)配酶添加量對(duì)燕麥濁汁離心沉淀率的影響

復(fù)配酶添加量對(duì)離心沉淀率的影響見(jiàn)圖1。

圖1 復(fù)配酶添加量對(duì)離心沉淀率的影響Fig.1 Effects of the amount of compound enzymes on SR

由圖1可知，燕麥濁汁離心沉淀率隨著復(fù)配酶添加量的增加而逐漸降低。由于復(fù)配酶中的支鏈淀粉酶能分解支鏈淀粉分支處的α-1，6糖苷鍵，形成直鏈淀粉和糊精，糖化復(fù)配酶可同時(shí)水解α-1，4糖苷鍵和α-1，6糖苷鍵，淀粉被水解后提高了其溶解性。當(dāng)酶用量超過(guò)0.30%時(shí)，離心沉淀率的變化開(kāi)始趨于平緩，再提高復(fù)配酶添加量對(duì)燕麥濁汁離心沉淀率影響并不大。因此，可選擇復(fù)配酶用量3個(gè)較優(yōu)水平0.25%、0.30%、0.35%進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.2 酶解時(shí)間對(duì)燕麥濁汁離心沉淀率的影響

酶解時(shí)間對(duì)離心沉淀率的影響見(jiàn)圖2。

圖2 酶解時(shí)間對(duì)離心沉淀率的影響Fig.2 Effects of enzymolysis time on SR

由圖2可知，復(fù)配酶酶解時(shí)間越長(zhǎng)，燕麥濁汁離心沉淀率不斷減小，且速度越來(lái)越慢，原因是燕麥中的淀粉被連續(xù)水解，當(dāng)酶解時(shí)間大于80 min時(shí)，離心沉淀率變化不大，酶解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，對(duì)增加燕麥淀粉水解程度沒(méi)有太大的效果，反而會(huì)影響生產(chǎn)效率，綜合生產(chǎn)時(shí)間成本因素，故可選擇酶解時(shí)間3個(gè)較優(yōu)水平60、80、100 min 進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.3 酶解溫度對(duì)燕麥濁汁離心沉淀率的影響

酶解溫度對(duì)離心沉淀率的影響見(jiàn)圖3。

圖3 酶解溫度對(duì)離心沉淀率的影響Fig.3 Effects of enzymolysis temperature on SR

由圖3可知，隨著溫度的升高，離心沉淀率先降低后升高，離心沉淀率在55℃時(shí)最小，燕麥濁汁的穩(wěn)定性最好?？赡苁且?yàn)樵搹?fù)配酶的最佳酶解溫度約在55℃，此時(shí)酶活性可以達(dá)到最大化，淀粉的水解程度較高，當(dāng)酶解溫度超過(guò)55℃后，再提高溫度反而會(huì)影響部分酶的活性，從而降低復(fù)配酶的酶解能力。由此可知，酶解溫度可選擇3個(gè)較優(yōu)水平50、55、60℃進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.4 酶解pH值對(duì)燕麥濁汁離心沉淀率的影響

酶解pH值對(duì)離心沉淀率的影響見(jiàn)圖4。

圖4 酶解pH值對(duì)離心沉淀率的影響Fig.4 Effects of enzymolysis pH on SR

由圖4可知，酶解pH 5.6～6.4時(shí)，隨pH值的增加燕麥濁汁離心沉淀率呈下降趨勢(shì)，在pH 6.4時(shí)達(dá)到最小，酶解pH6.4～7.2階段時(shí)，離心沉淀率又趨于上升，分析原因可能是因?yàn)樵搹?fù)配酶在pH6.4時(shí)活性最高，而偏酸或偏堿都會(huì)使復(fù)配酶的活性受到不同程度影響。所以，酶解pH值可選擇3個(gè)較優(yōu)水平6.0、6.4、6.8進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.5 正交試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)L9（34）的正交表設(shè)計(jì)，進(jìn)行四因素三水平的正交試驗(yàn)，確定出最佳工藝參數(shù)。正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonal tests

由表2中的極差分析可知，影響燕麥濁汁離心沉淀率的因素主次順序?yàn)椋簭?fù)配酶添加量＞酶解溫度＞酶解pH值＞酶解時(shí)間。最佳組合為A2B2C2D2，即復(fù)配酶添加量為0.30%，酶解pH值為6.4，酶解溫度為55℃，酶解時(shí)間為80 min。采用A2B2C2D2工藝組合進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，重復(fù)3次，測(cè)得該組合離心沉淀率平均為17.6%。

3 結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)初步考察了復(fù)配酶添加量、酶解pH值、酶解溫度、酶解時(shí)間對(duì)燕麥濁汁穩(wěn)定性的影響水平，再進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定了影響燕麥濁汁離心沉淀率的主次順序：復(fù)配酶添加量＞酶解溫度＞酶解pH值＞酶解時(shí)間。最佳酶解工藝參數(shù)：復(fù)配酶添加量0.3%，酶解pH 6.4，酶解溫度55℃，酶解時(shí)間80 min，此條件下，燕麥濁汁離心沉淀率為17.6%，穩(wěn)定性最好。