基于酶法制備的涼薯飲料配方優(yōu)化及品質(zhì)測(cè)定

譚沙*，岑士杰，田英，陳雪英，文奧美，周維維

銅仁學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院（銅仁 554300）

涼薯，學(xué)名豆薯，是一種豆科塊根作物，產(chǎn)量高且穩(wěn)定，大量生長(zhǎng)在熱帶和亞熱帶地區(qū)，包括印度尼西亞、墨西哥、菲律賓、中國(guó)、馬來(lái)西亞和新加坡[1-4]。涼薯外皮為褐色，呈不規(guī)則球狀，脆而多汁，多肉且肉質(zhì)潔白無(wú)暇、汁液豐富、甘甜清爽，食用后無(wú)殘?jiān)?，具有特殊的香氣和風(fēng)味[5-6]。涼薯是一種藥食同源食物[7-8]，不僅含膳食纖維、蛋白質(zhì)、淀粉、維生素、糖類、多酚類等多種物質(zhì)，還含有鈣、鐵、鋅等多種礦物質(zhì)[9-14]。涼薯提取物或其成分具備降血糖、降低肝臟中磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶和葡萄糖6-磷酸酶的表達(dá)、提高胰島素敏感性并對(duì)肝臟糖異生有抑制、抗氧化和抗黑色素生成、抵抗由高糖飲食引起的糖尿病和肥胖、保護(hù)高糖膳食的胰腺、對(duì)高糖飲食引起的非酒精性脂肪肝具有益作用及可能有利于預(yù)防人體免疫系統(tǒng)相關(guān)疾病等功能[15-22]。

涼薯的產(chǎn)量較高且不耐儲(chǔ)藏，每到成熟季節(jié)，市場(chǎng)上的涼薯堆積如山，而涼薯的深加工利用較少，深加工的潛力巨大。目前關(guān)于涼薯飲料報(bào)道中所提到的飲料僅是將涼薯榨汁后取其汁液為原料進(jìn)行調(diào)配而成，而無(wú)將涼薯進(jìn)行液化、糖化后再制作成飲料的報(bào)道。研究將涼薯進(jìn)行液化、糖化后再制備成飲料，不僅使涼薯得到了更好的開發(fā)利用，豐富了飲料的種類，更為解決涼薯附加值低等問(wèn)題提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

涼薯，市售；白砂糖（食品級(jí)），市售；食品級(jí)木糖醇，山東龍力生物科技股份有限公司；食品級(jí)檸檬酸，濰坊英軒實(shí)業(yè)有限公司；食品級(jí)羧甲基纖維素鈉，河南協(xié)恒生物科技有限公司；淀粉酶，邢臺(tái)萬(wàn)達(dá)生物工程有限公司；糖化酶，江蘇博立生物制品有限公司；DNS試劑，上海展云化工有限公司。

1.2 主要材料與設(shè)備

AL204電子分析天平[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]；HH-6恒溫水浴鍋（常州智博瑞儀器制造有限公司）；WAY-2S阿貝折射儀（上海申光儀器儀表有限公司）；PHS-3ES酸度計(jì)（上海佑科儀器儀表有限公司）；SKG1325榨汁機(jī)（佛山艾詩(shī)凱奇電氣有限公司）；Alpha-1860A紫外可見(jiàn)光光度計(jì)（上海市譜光儀器有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 涼薯飲料制作流程

涼薯→去皮→清洗→切塊→榨汁→加水糊化→液化→滅酶→糖化→滅酶→過(guò)濾→調(diào)配（白砂糖+檸檬酸+木糖+CMC-Na）→均質(zhì)→裝罐→殺菌→冷卻→成品

1.3.2 操作要點(diǎn)

1.3.2.1 原料選擇與處理

選用新鮮、成熟、無(wú)病蟲害的完整涼薯，入水浸泡清洗，清除涼薯表面污泥、雜質(zhì)。將涼薯去表皮，切成均勻大小的塊狀，再將涼薯塊用榨汁機(jī)榨碎，按1∶4（g/mL）的比例加水后，經(jīng)糊化、液化、糖化、過(guò)濾等工藝處理，得涼薯汁，冷藏備用。

1.3.2.2 調(diào)配

將一定比例的白砂糖、木糖醇、檸檬酸充分混合后加入到經(jīng)處理后得到的100 mL涼薯汁中，用玻璃棒不斷攪拌直至混合物料全部溶解。

1.3.2.3 均質(zhì)灌裝

將調(diào)配好的飲料在60 ℃的恒溫水浴鍋中進(jìn)行均質(zhì)5 min，在均質(zhì)的過(guò)程中分次加入穩(wěn)定劑CMCNa，均質(zhì)后迅速將涼薯飲料灌裝到經(jīng)滅菌處理過(guò)玻璃瓶中。

1.3.2.4 殺菌冷卻

玻璃瓶加蓋后不用旋緊，放入95 ℃的恒溫水浴鍋中脫氣5 min，將玻璃瓶瓶蓋旋緊后，再于100 ℃的溫水浴鍋中滅菌10 min。分段快速冷卻至37 ℃。

1.3.3 液化試驗(yàn)

采用α-淀粉酶對(duì)糊化后的涼薯進(jìn)行液化處理，考察單因素α-淀粉酶添加量（6，10，14，18和22 U/g）、液化溫度（50，60，70，80和90 ℃）和液化時(shí)間（50，60，70，80和90 min）對(duì)涼薯葡萄糖當(dāng)量DE值的影響。

1.3.4 糖化試驗(yàn)

液化后涼薯原漿滅酶，冷卻至室溫后，糖化酶糖化，考察單因素糖化酶的添加量（80，90，100，110和120 U/g）、糖化時(shí)間（60，70，80，90和100 min）和糖化溫度（20，30，40，50和60 ℃）對(duì)涼薯原漿分解產(chǎn)物還原糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響。

1.3.5 葡萄糖值的測(cè)定

DE值：DE值是指糖化液中的還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以葡萄糖計(jì)）占干物質(zhì)的百分率，又稱葡萄糖值，用作為衡量淀粉的水解程度[23]。

1.3.6 還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定

還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定采用3,5-二硝基水楊酸比色法[24]。

1.3.7 涼薯飲料調(diào)配試驗(yàn)

以100 mL經(jīng)過(guò)液化、糖化處理的涼薯汁為基礎(chǔ)，考察單因素白砂糖添加量（2，4，6，8和10 g）、木糖醇添加量（1，2，3，4和5 g）、檸檬酸添加量（0.06，0.08，0.1，0.12和0.14 g）及CMC-Na添加量（0.14，0.16，0.18，0.2和0.22 g）對(duì)涼薯品質(zhì)的影響。

1.3.8 感官指標(biāo)評(píng)定

依據(jù)涼薯的特性，選擇20名食品專業(yè)人員，根據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（表1），對(duì)涼薯飲料的口感、色澤、組織狀態(tài)、風(fēng)味進(jìn)行感官評(píng)定。

表1 涼薯飲料的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.9 理化指標(biāo)的測(cè)定

總酸按照GB/T 12456—2008[25]中方法測(cè)定；總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)根據(jù)王永華[26]方法測(cè)定；pH測(cè)定，在室溫下，校正酸度計(jì)后測(cè)定樣品的pH，平行測(cè)定樣品3次，取平均值為最終值；可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，按折光儀法[27]測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel處理數(shù)據(jù)，SPSS軟件分析數(shù)據(jù)，Origin Pro 8.5.1作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 液化單因素試驗(yàn)

如圖1所示：液化時(shí)間80 min時(shí)，α-淀粉酶與底物充分反應(yīng)，底物被分解完全，此時(shí)，DE值達(dá)到最大值；而當(dāng)液化時(shí)間達(dá)到90 min以后，DE值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。溫度為80 ℃時(shí)，底物被分解得較徹底，DE值達(dá)到最大值；而當(dāng)溫度超過(guò)80 ℃后，由于溫度過(guò)高，α-淀粉酶的活性開始降低，甚至失去活性，致使α-淀粉酶不能將底物充分分解，從而使得DE值呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

圖1 液化溫度及液化時(shí)間對(duì)液化效果的影響

如圖2所示：隨α-淀粉酶添加量的增加，當(dāng)添加量為18 Ug/g時(shí)DE值最大，其后開始下降，其原因可能是α-淀粉酶添加量較多，與底物發(fā)生反應(yīng)的過(guò)程中，底物已經(jīng)被完全分解，而有部分α-淀粉酶則未能與底物接觸，從而測(cè)定時(shí)導(dǎo)致干物質(zhì)的量增多，進(jìn)而導(dǎo)致DE值呈現(xiàn)略微下降的趨勢(shì)。

圖2 α-淀粉酶添加量對(duì)涼薯液化的影響

2.1.2 糖化單因素試驗(yàn)

如圖3所示：當(dāng)溫度達(dá)到50 ℃時(shí)，糖化酶其活性最大，與底物反應(yīng)完全，底物能被糖化酶徹底分解，故在此條件下糖化得到的還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大；而溫度調(diào)節(jié)至60 ℃進(jìn)行糖化后，因?yàn)闇囟冗^(guò)高，糖化酶的活力受到影響，其酶活力降低，并隨著溫度在此基礎(chǔ)上的增加，糖化酶的活力會(huì)喪失，從而使得還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。糖化80 min時(shí)，糖化酶和底物反應(yīng)完全，故還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)在此時(shí)最大；而糖化80 min之后，還原糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由于時(shí)間的延長(zhǎng)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，原因可能是隨著延長(zhǎng)糖化時(shí)間，糖化酶出現(xiàn)了鈍化現(xiàn)象。

圖3 液化溫度及液化時(shí)間對(duì)液化效果的影響

如圖4所示：糖化酶的添加量在80～100 U/g范圍時(shí)，底物和糖化酶的接觸不完全，故還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)只是緩慢地升高；而酶添加量為110 U/g時(shí)，糖化酶和底物充分接觸，底物被完全分解，此時(shí)還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)發(fā)生明顯的增加且達(dá)到最大值。

圖4 α-淀粉酶添加量對(duì)涼薯糖化的影響

2.1.3 涼薯調(diào)配單因素試驗(yàn)

由圖5可知：白砂糖添加量為8%時(shí)感官評(píng)分最高，為84.2分，此時(shí)涼薯飲料的甜味適中，酸甜比例協(xié)調(diào)，具備最好的口感；當(dāng)添加量繼續(xù)增大時(shí)，涼薯飲料的感官評(píng)分迅速下降，這是由于白砂糖的添加量過(guò)大，涼薯飲料中會(huì)出現(xiàn)較重的甜味，酸甜比例不協(xié)調(diào)，口感甜膩，完全掩蓋涼薯味道。當(dāng)木糖醇添加量在1%～2%時(shí)，隨著木糖醇的添加量增加，涼薯飲料的感官評(píng)分隨木糖醇添加量的增大而增高，少許的木糖醇可以有效地提高涼薯飲料的清爽感，使飲料口感更為飽滿；當(dāng)添加量為2%時(shí)感官評(píng)分最高，為83.1分，此時(shí)涼薯飲料的渾厚感好，回味清爽，達(dá)到最佳口感；當(dāng)添加量為2%～5%時(shí)，涼薯飲料感官評(píng)分隨著木糖醇添加量的增加而逐漸下降，其原因是隨木糖醇添加量的增加，涼薯飲料的柔和感變成了純純的甜度，缺乏了酸甜協(xié)調(diào)的爽口感。因此，木糖醇的最適添加量初步確定為2%。

圖5 白砂糖及木糖醇的添加量對(duì)涼薯飲料品質(zhì)的影響

一定量的檸檬酸可以改善涼薯飲料的口感，增添檸檬酸用量可提高涼薯飲料感官評(píng)分，由圖6可知：檸檬酸添加量到達(dá)0.1%后，繼續(xù)增加檸檬酸的用量，涼薯飲料酸味太重并難以進(jìn)口；檸檬酸添加量為0.1%時(shí)，既不掩蓋涼薯獨(dú)特的滋味，又賦予涼薯飲料有更好的口感。

圖6 檸檬酸及CMC-Na的添加量對(duì)涼薯飲料品質(zhì)的影響

添加適量穩(wěn)定劑不僅可以阻滯蛋白質(zhì)的凝聚，避免涼薯飲料產(chǎn)生分層的現(xiàn)象，還可以使涼薯飲料的口感更加細(xì)膩，使體系更加均勻穩(wěn)定。由圖6可知：CMC-Na添加量為0.18%時(shí)涼薯飲料評(píng)分最高，感官評(píng)分也達(dá)到最高82.6分；當(dāng)CMC-Na用量小于0.18%時(shí)，會(huì)出現(xiàn)少量沉淀；當(dāng)CMC-Na添加量超過(guò)0.18%時(shí)，將導(dǎo)致飲涼薯料太過(guò)黏稠，組織狀態(tài)較差。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，選擇液化溫度、液化時(shí)間、α-淀粉酶添加量作為涼薯酶法液化的單因素進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)（見(jiàn)表2）；選擇糖化溫度、糖化時(shí)間、糖化酶添加量作為涼薯糖化的單因素進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)（見(jiàn)表4）；選擇白砂糖添加量、木糖醇添加量、檸檬酸添加量、CMC-Na加量作為涼薯飲料配方的影響因素進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)（見(jiàn)表6）。

表2 涼薯液化正交試驗(yàn)因素水平表

由表3可知，最好的液化條件是組合A1B1C1，即糖化溫度為70 ℃，時(shí)間為70 min，酶添加量為14 U/g時(shí)液化的效果最好。

表3 涼薯液化正交試驗(yàn)結(jié)果

表4 涼薯糖化正交試驗(yàn)因素水平表

由表5可知，涼薯糖化最好的組合是A1B1C1，即糖化酶為100 U/g，在40 ℃條件下糖化70 min所得到還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大。

表5 涼薯糖化正交試驗(yàn)結(jié)果

表6 涼薯飲料調(diào)配配方正交試驗(yàn)因素水平 單位：%

對(duì)表7正交試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，得出涼薯飲料調(diào)配配方的優(yōu)組合A2B1C3D2，即白砂糖添加量8%、木糖醇添加量1%、檸檬酸添加量0.12%、CMC-Na添加量0.18%，采用此條件下產(chǎn)出的涼薯飲料組織均勻，酸甜適中，口感清爽，風(fēng)味最佳。

表7 涼薯飲料調(diào)配配方正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

由表8可知，涼薯飲料配方所有因素均為顯著性影響因素（p＜0.05）。

表8 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析

2.3 穩(wěn)定性試驗(yàn)

根據(jù)最佳配方條件，進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

表9顯示，以A2B1C3D2組合所制得的涼薯飲料感官評(píng)分均在86.2分及以上，說(shuō)明此配方穩(wěn)定。

2.4 涼薯飲料的質(zhì)量指標(biāo)

2.4.1 感官指標(biāo)

在最佳的液化和糖化工藝條件下，對(duì)涼薯以最優(yōu)添加量進(jìn)行調(diào)配，所得涼薯飲料感官指標(biāo)見(jiàn)表10。

表10 涼薯飲料的感官指標(biāo)

2.4.2 理化指標(biāo)

由表11可知，采用最佳配方調(diào)配的涼薯飲料的可溶性固形物為11.0%，符合相應(yīng)國(guó)標(biāo)[28]中的規(guī)定。

表11 理化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

3 結(jié)論

涼薯飲料最優(yōu)配方為白砂糖添加量8%、木糖醇添加量1%、檸檬酸添加量0.12%、CMC-Na添加量0.18%。在最佳的調(diào)配配方條件下，涼薯飲料感官評(píng)分較高，總酸、總糖、可溶性固形物符合相關(guān)國(guó)標(biāo)要求。涼薯飲料呈淡黃色，清亮透明、組織均勻、無(wú)肉眼可見(jiàn)沉淀、酸甜適中、無(wú)異味，具有獨(dú)特的涼薯風(fēng)味，工藝及配方穩(wěn)定性良好，為涼薯種植業(yè)及食品加工行業(yè)提供一定信息。