3種酶源助消化功能食品的開(kāi)發(fā)與表征

杜月紅，田曉靜，郭晨，汪洋，張歡，邢金鋒，劉新柱，王穩(wěn)航

（天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457）

在正常進(jìn)食過(guò)程中，所有食物均需經(jīng)過(guò)胃腸道消化過(guò)程，包括口腔、胃、小腸和大腸等，這些部位分布著各種各樣的酶，高分子量物質(zhì)（甘油三酯、蛋白質(zhì)、多糖）在這些酶的作用下轉(zhuǎn)化為低分子量化合物（雙甘油三酯、單甘油三酯、脂肪酸、多肽、氨基酸、低聚糖、單糖）[1]。補(bǔ)充外源水解酶能克服抗?fàn)I養(yǎng)因子的不利影響和改善飲食成分消化，已成為一種常用的促進(jìn)食物消化吸收和提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)生物利用度方法。在各種食品中添加酶制劑可以使其具有助消化功能，如在餅干中加入中性蛋白酶、木瓜蛋白酶和淀粉酶等，以促進(jìn)腸道蠕動(dòng)和消化液的分泌[2]。在臨床上，復(fù)方消化酶可用于與莫沙必利協(xié)同治療功能性消化不良，療效確切，可有效提高患者的生活質(zhì)量，減輕不良反應(yīng)發(fā)生率[3]。Oben等[4]的研究表明，在乳清濃縮蛋白中添加食品蛋白酶，可以明顯提高人體餐后血清氨基酸水平，促進(jìn)蛋白質(zhì)的消化吸收。此外，許多植物中含有各種天然水解酶，如木瓜、菠蘿和生姜中含有巰基（半胱氨酸）蛋白酶[5]，可用于開(kāi)發(fā)酶源食品以提高食物的消化率和生物利用度，改善消化吸收作用[6-8]。

保持酶源食品較高的酶活性是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中需要考慮的首要問(wèn)題，6～8分熟的菠蘿果實(shí)中蛋白酶含量較高，但有機(jī)酸含量也較高，口感較差，陰離子樹(shù)脂是一種分子中含有堿性基團(tuán)的離子交換樹(shù)脂，可用于吸附各種有機(jī)酸，包括蘋(píng)果酸、揮發(fā)性脂肪酸、水中的甲酸和益生菌發(fā)酵中的乳酸等[9-11]。生姜中含有不揮發(fā)性的姜辣素，其主要成分包括姜酚類(lèi)、姜烯酚類(lèi)、姜油酮類(lèi)、姜酮、姜二酮等，具有辛辣、刺鼻的味道[12-13]。乙醇可用于提取生姜中的姜辣素，從而降低其辛辣味道，具有效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、無(wú)毒和易回收等優(yōu)點(diǎn)[14]。

本文利用陰離子交換樹(shù)脂吸附菠蘿中的酸，利用乙醇去除部分生姜中的姜辣素，通過(guò)冷凍干燥和粉碎技術(shù)制備木瓜粉、菠蘿粉和生姜粉3種酶源食品，并探究?jī)煞N處理分別對(duì)菠蘿粉和生姜粉的性質(zhì)和酶活力的影響，以期為酶源食品的開(kāi)發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 原料與設(shè)備

番木瓜：購(gòu)自廣西，70日～100日齡果實(shí)；菠蘿：購(gòu)自湛江徐聞，品種為“巴厘”，采收時(shí)間為7月份；生姜：購(gòu)自山東昌邑，采收期為10月下旬；大孔苯乙烯系弱堿性陰離子交換樹(shù)脂（YZA354FD）：杭州泳洲水處理科技有限公司；酪氨酸、香草醛：北京索萊寶科技有限公司；三氯乙酸：上海阿拉丁生化科技股份有限公司。以上試劑均為分析純。

LGJ 0.5真空冷凍干燥機(jī)：美國(guó)賽默飛世爾科技公司；FE28pH計(jì)：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；TU-1810紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；Kjeltec 8400凱氏定氮儀：丹麥Foss公司；S18-LA170打漿機(jī)：九陽(yáng)股份有限公司；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海析域儀器設(shè)備有限公司；TDZ5-WZ離心機(jī)：湘儀離心機(jī)儀器有限公司；SB-5200DTD超聲波清洗機(jī)：寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.2 酶源食品的制備

1.2.1 木瓜粉制備

選擇表皮無(wú)損傷、6～8成熟的青木瓜，清洗后去皮、切片，置于-80℃中預(yù)凍12 h，然后真空冷凍干燥24 h，粉碎后過(guò)100目篩。所得木瓜粉在低溫、干燥、避光環(huán)境中密封保存。

1.2.2 菠蘿粉制備

選擇6～8成熟的菠蘿，去皮、挖眼、切塊，然后加入20%體積的冰水，用打漿機(jī)打漿，將激活（用3倍體積的4%NaOH將陰離子交換樹(shù)脂浸泡30 min）后的陰離子交換樹(shù)脂浸入菠蘿漿液中（樹(shù)脂和菠蘿漿體積比為 1 ∶3），并不斷攪拌，分別在 0、20、40、60、80 min時(shí)，分離去除樹(shù)脂后取樣，置于-80℃預(yù)凍12 h，然后真空冷凍干燥24 h，粉碎，過(guò)100目篩。所得菠蘿粉在低溫、干燥、避光環(huán)境中密封保存。

1.2.3 生姜粉制備

選擇表皮完整、新鮮的生姜，清洗、去皮、切塊，加入20%體積的冰水，用打漿機(jī)打漿，在4℃下，用4倍體積的 70%乙醇浸泡，分別在 0、20、40、60、80 min 取樣，兩次離心（4 000×g，30 min），取沉淀物，60 ℃旋蒸去除乙醇，-80℃預(yù)凍12 h，真空冷凍干燥24 h，粉碎，過(guò)100目篩。所得生姜粉在低溫、干燥、避光環(huán)境中密封保存。

1.3 pH值和總酸含量測(cè)定

菠蘿漿用樹(shù)脂處理的 0、20、40、60、80min 分離樹(shù)脂后取樣，測(cè)定pH值。菠蘿粉的總酸測(cè)定參考GB12456—2021《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中總酸的測(cè)定》[15]，采用酸堿指示劑滴定法，計(jì)算得到菠蘿粉中總酸的含量。

1.4 姜辣素含量測(cè)定

參考文獻(xiàn)[16]中的方法測(cè)定生姜粉中的姜辣素含量。首先精密稱(chēng)取100.0 mg香草醛標(biāo)準(zhǔn)品，溶于無(wú)水乙醇并定容至100 mL。再用無(wú)水乙醇稀釋50倍，搖勻作為香草醛標(biāo)準(zhǔn)溶液。吸取香草醛標(biāo)準(zhǔn)溶液1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL，用無(wú)水乙醇補(bǔ)充至 10 mL，得到濃度為 2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0 μg/mL 的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。以無(wú)水乙醇作為空白，在280 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，繪制香草醛標(biāo)準(zhǔn)曲線。

精密稱(chēng)取0.2 g姜粉置于具塞三角瓶中，加入50 mL無(wú)水乙醇，在功率為200 W超聲波清洗器中超聲30 min，搖勻過(guò)濾。移取濾液5.0 mL，加無(wú)水乙醇10.0 mL，以無(wú)水乙醇作為空白，在280 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。姜辣素含量的計(jì)算公式如下。

式中：Y為姜辣素含量，%；2.001為香草醛換算姜辣素的系數(shù)；V0為樣品提取液總體積，mL；V1為測(cè)定樣品液總體積，mL；C為香草醛的濃度，μg/mL；V2為測(cè)定時(shí)吸取的濾液體積，mL；m2為稱(chēng)取姜粉的質(zhì)量，g；W1為姜粉的含水率，%。

1.5 酶活測(cè)定

按照GB/T 23527—2009《蛋白酶制劑》中的福林法測(cè)定蛋白酶的活性[17]。將1mL由磷酸鹽緩沖液（pH7）制備的1%酪蛋白加入到蛋白酶稀釋液（1 mL）中。在40℃條件下水解10 min。加入2 mL 6.54%三氯乙酸（trichloroacetic acid，TCA）終止水解反應(yīng)。過(guò)濾后，在1 mL 濾液中加入 Na2CO3溶液（5 mL，4 mol/L）和福林試劑（1 mL），在40℃下孵育20 min。然后用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定混合物在680 nm處的吸光度。每個(gè)樣品至少重復(fù)3次。在加入酪蛋白之前加入TCA進(jìn)行空白試驗(yàn)。酶活性單位是指在40℃下每分鐘釋放1 μg酪氨酸所需的酶量。

1.6 得率測(cè)定

分別稱(chēng)取原料和成品的質(zhì)量，得率計(jì)算公式如下。

式中：G0為成品質(zhì)量，g；f為成品含水量；G為原料質(zhì)量，g。

1.7 基本成分測(cè)定

1.7.1 水分含量的測(cè)定

參照GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》中的直接干燥法進(jìn)行測(cè)定[18]。

1.7.2 總灰分含量的測(cè)定

參照GB 5009.4—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測(cè)定》中的方法進(jìn)行測(cè)定[19]。

1.7.3 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定

參照GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》中的自動(dòng)凱氏定氮儀法進(jìn)行測(cè)定[20]。

1.7.4 脂肪含量的測(cè)定

參照GB 5009.6—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測(cè)定》中的索氏抽提法進(jìn)行測(cè)定[21]。

1.8 感官評(píng)定

將木瓜粉、菠蘿粉、生姜粉10 g溶于1 L水，隨機(jī)選取15位感官評(píng)價(jià)員對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，最終得分取平均值。

表1 木瓜、菠蘿、生姜飲品感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation table of papaya，pineapple and ginger drinks

1.9 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均進(jìn)行3次平行試驗(yàn)得出，統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 26.0軟件。使用單因素ANOVA分析數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，圖表中數(shù)據(jù)后的不同字母表示各數(shù)據(jù)組之間的差異性，以比較結(jié)果間的顯著性差異（p＜0.05）。使用Origin 2018軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值與總酸含量測(cè)定結(jié)果

未完全成熟的菠蘿中菠蘿蛋白酶含量較高，但是酸含量較多（主要是蘋(píng)果酸和檸檬酸），經(jīng)過(guò)濃縮后口感會(huì)更差，利用陰離子交換樹(shù)脂可以吸附有機(jī)酸[22]，從而使產(chǎn)品更加適口。吸附完成后可以將樹(shù)脂輕松分離，不會(huì)對(duì)產(chǎn)品的其他方面形成不利影響。圖1是不同處理時(shí)間的漿液的pH值與所得菠蘿粉的總酸含量。

圖1 不同處理時(shí)間的菠蘿漿液pH值與所得菠蘿粉的總酸含量Fig.1 pH of pineapple pulp and total acid content of pineapple powder with different treatment time

從圖1可以看出，處理時(shí)間從0～80 min，菠蘿漿液的pH值從3.49提高到6.70，在處理40 min時(shí)，菠蘿粉的總酸含量降低了79.8%，40 min后總酸含量變化速率降低，在80 min時(shí)，菠蘿粉的總酸含量為2.9 g/kg，說(shuō)明樹(shù)脂吸附有機(jī)酸的效率較高。

2.2 姜辣素含量測(cè)定結(jié)果

通過(guò)測(cè)定不同濃度的香草醛標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，得到香草醛標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖2所示。所得線性回歸方程為y=0.068 4x+0.006 6，回歸系數(shù)R2為0.999，在0～12.00 μg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

圖2 香草醛標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 Standard curve of vanillin

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算生姜粉中的姜辣素含量，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同處理時(shí)間所得生姜粉的姜辣素含量Fig.3 Gingerol content of ginger powder obtained at different treatment time

由圖3可知，處理時(shí)間為0～80 min時(shí)，隨著乙醇處理時(shí)間的延長(zhǎng)，生姜粉的姜辣素含量逐漸減少。在40min時(shí)，姜辣素含量降低了56.73%左右，這有利于增加生姜粉固體飲料的感官接受度。

2.3 酶活測(cè)定結(jié)果

酶源食品的酶活是助消化作用效果的關(guān)鍵因素，本試驗(yàn)測(cè)定了木瓜粉和不同處理時(shí)間的菠蘿粉和生姜粉的酶活，木瓜粉的酶活為（463.12±6.95）U/g，不同處理時(shí)間的菠蘿粉的酶活如圖4所示。

圖4 不同處理時(shí)間的菠蘿粉酶活Fig.4 Enzymatic activity of pineapple powder at different treatment time

由圖4可知，陰離子交換樹(shù)脂處理時(shí)間對(duì)菠蘿粉的酶活有一定影響，處理時(shí)間為0～80 min時(shí)，菠蘿粉的酶活從638.72 U/g降低到了607.52 U/g，有研究表明，菠蘿汁pH值從3.74（自然酸度）增加到7時(shí)，其中的菠蘿蛋白酶的酶活降低了64%左右[23]，說(shuō)明陰離子交換樹(shù)脂處理對(duì)蛋白酶活的影響較小，是一種溫和、安全且有效的方法。

乙醇處理對(duì)生姜中蛋白酶活的影響見(jiàn)圖5。

圖5 不同處理時(shí)間的生姜粉酶活Fig.5 Enzyme activity of ginger powder at different treatment time

由圖5可知，乙醇處理40 min以?xún)?nèi)對(duì)生姜粉的酶活沒(méi)有明顯影響。而超過(guò)40 min后，生姜粉的蛋白酶活力迅速降低，乙醇處理80 min后，生姜蛋白酶活降低了44%。這是因?yàn)橐掖紩?huì)改變生姜蛋白酶的構(gòu)象[24]，破壞酶的活性中心基團(tuán)，從而使蛋白酶失活，不利于其助消化作用。

2.4 得率測(cè)定結(jié)果

通過(guò)對(duì)處理前后的原料進(jìn)行稱(chēng)重，計(jì)算得率，結(jié)果如圖6所示。

圖6 木瓜粉和不同處理時(shí)間的菠蘿粉和生姜粉的得率Fig.6 Yield of papaya powder，pineapple powder and ginger powder at different treatment times

由圖6可知，木瓜粉的得率為5.68%，未處理的菠蘿粉得率為5.43%，經(jīng)過(guò)樹(shù)脂吸附之后菠蘿粉的得率沒(méi)有顯著變化（p＞0.05）。而處理時(shí)間從 0～40 min，生姜粉的得率從6.95%降低到了5.70%，這是因?yàn)橛袡C(jī)試劑直接萃取可以帶走生姜中的姜油樹(shù)脂（包括姜精油和姜辣素），所以冷凍干燥后樣品的質(zhì)量明顯降低，產(chǎn)品得率降低。

2.5 基本成分

3種產(chǎn)品處理前后的基本成分如表2所示。

表2 含酶食品的基本成分Table 2 Basic ingredient of foods containing enzymes

由表2可知，樹(shù)脂吸附有機(jī)酸和乙醇去除姜辣素對(duì)產(chǎn)品最終的基本成分含量影響較小。此外，冷凍干燥技術(shù)所得木瓜粉、菠蘿粉和生姜粉的水分含量均小于7%，滿足GB/T 29602—2013《固體飲料》[25]中對(duì)于固體飲料的要求。

2.6 感官評(píng)定結(jié)果

3種酶源食品的成品見(jiàn)圖7。

圖7 木瓜粉和不同處理時(shí)間的菠蘿粉和生姜粉的成品圖Fig.7 Picture of papaya powder，pineapple powder and ginger powder at different treatment times

由圖7可知，隨著樹(shù)脂吸附時(shí)間延長(zhǎng)，所產(chǎn)菠蘿粉的顏色變深，這是因?yàn)樵诩庸み^(guò)程中菠蘿中的多酚氧化酶催化酚類(lèi)物質(zhì)與氧氣反應(yīng)，發(fā)生酶促氧化，生成褐色素，引起變色，此外，由于蘋(píng)果酸和檸檬酸的去除，菠蘿漿的pH值增加，更加接近多酚氧化酶的最適pH值（6.8）[26]，從而進(jìn)一步促進(jìn)了氧化反應(yīng)。而對(duì)于生姜來(lái)說(shuō)，乙醇能夠去除姜辣素、生姜精油等黃色物質(zhì)，所以生姜粉的顏色變淺。

通過(guò)對(duì)幾種酶源食品的沖調(diào)難度、色澤、風(fēng)味、澄清度和滋味5個(gè)方面的評(píng)價(jià)，得到了產(chǎn)品的感官評(píng)分，結(jié)果見(jiàn)圖8。

圖8 木瓜粉和不同處理時(shí)間的菠蘿粉和生姜粉的感官評(píng)分Fig.8 Sensory score of papaya powder，pineapple powder and ginger powder at different treatment times

由圖8可知，菠蘿酸度降低后感官評(píng)分增加，更加適口，姜辣素的減少也提高了生姜粉的感官評(píng)分，但微量的姜辣素依然會(huì)極大地影響產(chǎn)品的口感，含0.33%姜辣素的生姜粉只有60分左右。木瓜粉和菠蘿粉更能迎合大眾口味，達(dá)到80分左右。此外，菠蘿粉由于糖分含量較高，黏度大，具有很強(qiáng)的吸濕性，在粉粒間的吸附作用下造成粉體粒子群的黏聚[27]，所以貯藏過(guò)程中容易結(jié)塊，沖調(diào)不方便，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)制備了木瓜粉、菠蘿粉和生姜粉這3種酶源食品，利用陰離子交換樹(shù)脂吸附菠蘿中的酸，用乙醇部分提取部分姜辣素，以改善其口感。結(jié)果表明，陰離子交換樹(shù)脂處理40 min使菠蘿粉的總酸含量降低了79.8%，乙醇在40 min內(nèi)吸附了56.73%的姜辣素；樹(shù)脂和乙醇的處理使菠蘿粉和生姜粉的酶活分別降低了4.88%和44.09%。兩種處理對(duì)最終產(chǎn)品的基本成分含量影響較小。此外，菠蘿粉和生姜粉的感官評(píng)分有所提高，木瓜粉和菠蘿粉的感官評(píng)分高于生姜粉。