酶法制備谷物雜糧粉沖調(diào)性的工藝優(yōu)化

狄冰倩,馬麗媛,尚爾坤,仁青拉姆,賀馨穎,逯本涵

(1.綏化學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院,黑龍江 綏化 152061;2.綏化市檢驗(yàn)檢測(cè)中心,黑龍江 綏化 152000)

雜糧是指除稻谷、小麥、玉米、大豆以外的原糧的統(tǒng)稱,因在飲食防控各類慢性疾病中有顯著優(yōu)勢(shì),其開(kāi)發(fā)利用成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)[1-2]。雜糧沖調(diào)粉是谷物通過(guò)制粉技術(shù)處理制成粉狀,再與適當(dāng)?shù)脑o料進(jìn)行調(diào)配混合制成的速溶即食食品。隨著人們對(duì)健康養(yǎng)生食品的日益重視,谷物雜糧粉因其較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和攜帶、食用方便的特點(diǎn)逐漸受到大多數(shù)人群的青睞。

本研究以玉米、小米、紅豆、高粱、燕麥為原料制備雜糧粉,其中玉米含有豐富的粗纖維,可以降低膽固醇水平,預(yù)防高血壓、冠心病等疾病[3];小米含有多種維生素、礦物質(zhì)和高水平的蛋白質(zhì),且小米中的一些多酚具有輔助治療糖尿病、癌癥和心血管疾病的作用[4-5];紅豆有助于胃腸蠕動(dòng)、健脾養(yǎng)胃、促進(jìn)疲勞消除、還可以美容養(yǎng)顏、提高免疫力、抗腫瘤等[6];高粱中含有人體所需的多種營(yíng)養(yǎng)成分,氨基酸種類齊全,必需氨基酸的含量較高[7];燕麥中蛋白質(zhì)含量較高,且具有延緩衰老、降血脂、調(diào)節(jié)血糖和血壓、提高免疫力等[8-10]功能效用。

目前,國(guó)內(nèi)已有對(duì)不同種類的谷物粉的沖調(diào)特性進(jìn)行的研究[11-15],但研究方法多是采用直接干燥粉碎或擠壓膨化后混合等技術(shù)進(jìn)行加工,生產(chǎn)的雜糧粉沖調(diào)時(shí)易結(jié)塊,且食用后不易消化,導(dǎo)致其中的營(yíng)養(yǎng)成分不能有效利用。本研究利用生物酶水解技術(shù),將雜糧中的大分子淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素等水解成小分子物質(zhì),既有利于消化吸收,同時(shí)沖調(diào)性得到了改善,為速溶雜糧粉的開(kāi)發(fā)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

玉米、小米、紅豆、高粱、燕麥:市售;α-淀粉酶(酶活性≥5×104U/g)、β-淀粉酶(酶活性≥4×104U/g),無(wú)錫市雪梅酶制劑科技有限公司;氫氧化鈉,廣州市刺水科技有限公司;鹽酸,河南圣斯德實(shí)業(yè)有限公司;硫酸銅、亞甲藍(lán)、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、乙酸鋅、冰乙酸、亞鐵氰化鉀,山東萍聚生物科技有限公司,均為分析純;蔗糖、黃原膠、微晶纖維素、麥芽糊精,河南萬(wàn)邦實(shí)業(yè)有限公司,均為食品級(jí)。

1.2 設(shè)備

CF-100KS萬(wàn)能粉碎機(jī),廣州晨雕機(jī)械設(shè)備有限公司;不銹鋼網(wǎng)篩(380、250、180、150、120 μm),廣東五研檢測(cè)技術(shù)有限公司;HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋,江蘇省金壇市萊華儀器制造有限公司;鼓風(fēng)干燥箱,河南信諾儀器設(shè)備有限公司;UV1902PC紫外可見(jiàn)分光光度計(jì),上海奧析科學(xué)儀器有限公司;80-2B離心機(jī),湖南星科技科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1谷物雜糧粉加工工藝流程

雜糧原料→去雜→粉碎過(guò)篩→調(diào)漿→滅酶→加酶酶解→干燥→調(diào)配→測(cè)定。

1.3.2操作要點(diǎn)

(1)谷物除雜:分別去除5種谷物雜糧中的雜質(zhì)(石頭、草等),防止污染產(chǎn)品或產(chǎn)生誤差。

(2)粉碎:采用萬(wàn)能粉碎機(jī)分別對(duì)5種谷物雜糧進(jìn)行粉碎,過(guò)篩分離出顆粒。采用間歇粉碎的方法,避免雜糧粉過(guò)熱,磨粉30 s,間隔1 min。

(3)過(guò)篩:5種谷物雜糧粉分別過(guò)60目篩,備用。

(4)調(diào)漿:5種雜糧粉按1∶1∶1∶1∶1的比例混合,底物濃度為5%,加水后不斷攪拌,充分混勻。

(5)滅酶:90℃下水浴加熱10 min左右,冷卻至酶解溫度,備用。

(6)加酶酶解:α-淀粉酶與β-淀粉酶按照1∶1的比例添加,總添加量為0.2%,攪拌,使其充分混勻,在55℃恒溫水浴鍋中酶解110 min。

(7)滅酶:酶解后在90℃水浴鍋中水浴10 min。

(8)干燥:將酶解液加熱蒸發(fā)至黏稠狀,轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿上,于100℃鼓風(fēng)干燥機(jī)中干燥至恒重。

(9)調(diào)配:按照配方分別添加黃原膠、微晶纖維素、蔗糖、麥芽糊精,進(jìn)行調(diào)配,注意攪拌均勻。

(10)測(cè)定:以結(jié)塊率和沖調(diào)穩(wěn)定性為指標(biāo)測(cè)定。

1.3.3DE值的測(cè)定方法

DE值通常用酶解后所得到的還原糖與干物質(zhì)的百分比表示,酶解后的漿液中還原糖的含量越高,則它的DE值越高,也就表示淀粉水解得越徹底。本實(shí)驗(yàn)采用直接滴定法[16]測(cè)量。計(jì)算公式如下:

式中:X為試樣中還原糖的含量,g/100 g;m1為堿性酒石酸銅溶液(甲、乙液各半)相當(dāng)于某種還原糖的質(zhì)量,mg;M為試樣質(zhì)量,g;F為系數(shù),數(shù)值為1;V為測(cè)定時(shí)平均消耗試樣溶液體積,mL; 250為定容體積,mL;1 000為換算系數(shù)。

1.3.4結(jié)塊率的測(cè)定方法

準(zhǔn)確稱取5.000 0 g沖調(diào)粉,記作m2,于250 mL燒杯中,加入開(kāi)水100 mL,以10 r/min攪拌30 s,將粉糊用20目的篩網(wǎng)過(guò)濾,用清水沖洗一次,然后瀝干水分,放入105℃干燥箱中,將結(jié)塊物烘干至恒重[17],記作m1。

結(jié)塊率按下式計(jì)算:

式中:m1為結(jié)塊物的質(zhì)量,g;m2為樣品干重,g。

1.3.5沖調(diào)穩(wěn)定性的測(cè)定方法

按照配方在酶解后的雜糧粉中分別添加黃原膠、微晶纖維素、蔗糖、麥芽糊精,將其進(jìn)行調(diào)配,均勻攪拌后加水沖調(diào)作為樣品備用,在540 nm的波長(zhǎng)下先測(cè)定樣品的吸光值,記作A1,然后將樣品在3 000 r/min離心機(jī)中離心20 min,離心后將上清液取出稀釋100倍,繼續(xù)測(cè)定樣品的吸光值,記作A2,R值作為穩(wěn)定系數(shù),R值越大表明雜糧粉的沖調(diào)穩(wěn)定性越高[18]。

式中:A1為樣品的吸光值;A2為離心稀釋后樣品的吸光值。

1.3.6單因素試驗(yàn)

分別選取不同沖調(diào)溫度(60、70、80、90、100℃)、蔗糖添加量(16%、18%、20%、22%、24%)、雜糧粉粒徑(380、250、180、150、120 μm)、麥芽糊精添加量(18%、20%、22%、24%、26%)、黃原膠與微晶纖維素的配比(3∶7、4∶6、1∶1、6∶4、7∶3)為單因素,以結(jié)塊率和沖調(diào)穩(wěn)定性為指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn),從中選取適宜的條件,進(jìn)行下一步正交試驗(yàn)。

1.3.7正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,選取對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響較大的沖調(diào)溫度、蔗糖添加量、麥芽糊精添加量、黃原膠與微晶纖維素的配比為主要考察因素,以結(jié)塊率和沖調(diào)穩(wěn)定性為指標(biāo),進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn),確定最佳配比方案。正交因素水平見(jiàn)表1。

表1 正交因素水平表

1.3.8數(shù)據(jù)分析方法

正交試驗(yàn)采用正交設(shè)計(jì)助手ⅡⅤ3.1進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,數(shù)據(jù)的顯著性檢驗(yàn)采用SPSS Statistics 25。

2 結(jié)果與分析

2.1 酶解結(jié)果

未經(jīng)酶解的原料經(jīng)直接滴定法測(cè)定的DE值為14.6%。經(jīng)酶解后雜糧粉的DE值為40.1%?？芍?jīng)酶解后大分子淀粉分解為小分子物質(zhì),更容易被人體消化吸收。且在酶解后,雜糧粉感官性狀良好,呈均勻細(xì)膩粉末狀,色澤較好,呈淺棕色,具有天然濃郁的雜糧粉的復(fù)合香味,沒(méi)有其他異味。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1沖調(diào)溫度的確定

對(duì)沖調(diào)溫度進(jìn)行單因素試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 沖調(diào)溫度對(duì)雜糧粉沖調(diào)性的影響

由圖1可知,當(dāng)沖調(diào)溫度不斷增加,結(jié)塊率會(huì)逐漸下降,但當(dāng)溫度升高到一定程度后,雜糧沖調(diào)粉的香氣會(huì)更強(qiáng)烈,結(jié)塊率也會(huì)升高,原因是淀粉顆粒與更高溫度的熱水接觸時(shí),表面會(huì)迅速形成非常黏的糊狀物,使得溶液更加黏稠,結(jié)塊率便會(huì)增加。同時(shí),沖調(diào)粉的沖調(diào)穩(wěn)定性會(huì)逐漸增加,可能是因?yàn)殡S著溫度的升高,淀粉分子會(huì)迅速吸收水分并膨脹,此時(shí)的分子體積會(huì)不斷增加。最后淀粉外面的分子爆發(fā),淀粉里面的直鏈淀粉分子釋放出來(lái),使溶液變稠,于是沖調(diào)粉變得更穩(wěn)定[19]。圖1顯示了該試驗(yàn)的最佳沖調(diào)溫度為80℃。同樣王秀蘭等[20]對(duì)夏秋綠茶復(fù)合玉米沖調(diào)粉的研究結(jié)果表明,最佳沖調(diào)水溫同樣也為80℃,與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

2.2.2蔗糖添加量的確定

對(duì)蔗糖添加量進(jìn)行單因素試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 蔗糖添加量對(duì)雜糧粉沖調(diào)性的影響

蔗糖作為一種調(diào)味品,可以改善雜糧粉的味道,還可以提高雜糧粉的沖調(diào)穩(wěn)定性、溶解度,也可以降低黏度。從圖2可以看出,當(dāng)蔗糖的添加量較低時(shí),顆粒的黏度較高,結(jié)塊率較高。當(dāng)增加蔗糖含量時(shí),結(jié)塊率變低。這是因?yàn)檎崽强梢詼p少顆粒與顆粒之間的接觸,減少結(jié)塊的發(fā)生。然而,當(dāng)蔗糖的添加量超過(guò)20%時(shí),過(guò)多的甜度會(huì)掩蓋其他谷物的味道,使顆粒的質(zhì)地變得單一化,也會(huì)導(dǎo)致一定的結(jié)塊。因此,隨著蔗糖的增加,雜糧粉的結(jié)塊率呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì),同時(shí),沖調(diào)穩(wěn)定性則先上升后下降,這是因?yàn)檎崽窃谟鏊芙夂髸?huì)有一定的黏性,使得雜糧粉更黏稠,沖調(diào)穩(wěn)定性增加,但蔗糖晶體更多時(shí),也會(huì)影響雜糧粉沖調(diào)穩(wěn)定性。由圖2可知選擇20%的蔗糖為合適的用量,此時(shí)雜糧粉的結(jié)塊率較低,沖調(diào)穩(wěn)定性較高。許亮等[21]等通過(guò)比較水稻淀粉糊化溫差,確定雜糧粉的最佳配比為20%的白砂糖,與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

2.2.3雜糧谷物粒徑的確定

對(duì)雜糧谷物粒徑進(jìn)行單因素試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知,隨著雜糧粉粒徑的減少,結(jié)塊率先下降后上升,這可能是由于隨著粒徑的減小,粉體與水的接觸面積增大,結(jié)塊率降低。當(dāng)粒徑大于180 μm時(shí),粉體的空隙變小,粉體與水接觸時(shí),外面已潤(rùn)濕的粉體粘連,阻礙水分進(jìn)一步的滲透,導(dǎo)致粉體結(jié)塊率增加。同時(shí)雜糧粉的沖調(diào)穩(wěn)定性先上升后下降,這是因?yàn)楫?dāng)粉體粒徑較大時(shí),溶于水后,膳食纖維和大顆粒中的淀粉處于較穩(wěn)定的結(jié)合狀態(tài),淀粉分子被束縛,導(dǎo)致成糊能力較差,沖調(diào)穩(wěn)定性較差,所以選擇粒徑為180 μm為宜。王秀蘭等[20]在夏秋綠茶復(fù)合玉米沖調(diào)粉的研制中的研究結(jié)果表明,最佳的沖調(diào)工藝的粉體粒徑為80目,即180 μm,與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

圖3 雜糧谷物粒徑對(duì)雜糧粉沖調(diào)性的影響

2.2.4麥芽糊精添加量的確定

對(duì)麥芽糊精添加量進(jìn)行單因素試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)圖4。麥芽糊精是一種可以促進(jìn)分散的介質(zhì),可以降低塊狀物形成,使得雜糧粉結(jié)塊率降低,同時(shí)分散介質(zhì)自身有一定的黏度,可以增加沖調(diào)物料的黏度,黏度越高,沖調(diào)穩(wěn)定性越好。但當(dāng)分散介質(zhì)的含量達(dá)到一定程度,會(huì)促進(jìn)淀粉的沉淀,結(jié)塊率增加,沖調(diào)穩(wěn)定性減少。

圖4 麥芽糊精添加量對(duì)雜糧粉沖調(diào)性的影響

由圖4可知,當(dāng)麥芽糊精含量增加時(shí),結(jié)塊率呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì),沖調(diào)穩(wěn)定性卻先增加后減少。李冀新等[22]對(duì)膨化玉米早餐粉的混合特性進(jìn)行了研究,結(jié)果表明麥芽糊精添加量為20%的沖調(diào)效果最好。但本實(shí)驗(yàn)對(duì)麥芽糊精的添加量進(jìn)行了更多水平測(cè)定,結(jié)果顯示當(dāng)麥芽糊精的添加量為22%時(shí),沖調(diào)效果達(dá)到最好。

2.2.5黃原膠與微晶纖維素配比的確定

對(duì)黃原膠與微晶纖維素的配比進(jìn)行單因素試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 黃原膠與微晶纖維素的配比對(duì)雜糧粉沖調(diào)性的影響

如圖5所示,隨著黃原膠和微晶纖維素混合物中黃原膠比例的增加,結(jié)塊率先呈現(xiàn)出下降趨勢(shì),但當(dāng)比例達(dá)到4∶6后,結(jié)塊率呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢(shì),而相反,雜糧粉的沖調(diào)穩(wěn)定性呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì);因此當(dāng)黃原膠與微晶纖維素的配比為4∶6時(shí),雜糧粉的沖調(diào)性達(dá)到最佳狀態(tài)。徐晨冉等[18]在研究復(fù)合谷物超微粉的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和穩(wěn)定性時(shí),確定添加的微晶纖維素為0.25%,黃原膠為0.40%,與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同,原因可能是所采用的原材料不同導(dǎo)致的。

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

谷物雜糧粉的正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

如表2所示,R1值的大小為A>B>C>D,可知影響其結(jié)塊率的因素主次關(guān)系依次是:沖調(diào)溫度>蔗糖添加量>麥芽糊精添加量>黃原膠與微晶纖維素的配比,得到的最佳沖調(diào)組合為A2B1C3D3,由正交表得到的最佳沖調(diào)組合為A2B1C2D3。極差R2值的大小為A>C>D>B,可知影響雜糧粉沖調(diào)穩(wěn)定性的因素主次關(guān)系依次是:沖調(diào)溫度>麥芽糊精添加量>黃原膠與微晶纖維素的配比>蔗糖添加量,得到的最佳沖調(diào)配方為A2B1C3D3,根據(jù)正交試驗(yàn)表的最佳沖調(diào)組合為A2B1C2D3,以上組合不一致,進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),結(jié)果如表3所示。

表3 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知,組合A2B1C3D3與組合A2B1C2D3的結(jié)塊率和沖調(diào)穩(wěn)定性結(jié)果均差異極顯著,在此情況下,選擇A2B1C2D3為最佳組合,即沖調(diào)溫度80℃、蔗糖添加量18%、麥芽糊精添加量22%、黃原膠與微晶纖維素的配比1∶1,谷物粒徑為180 μm,此時(shí)結(jié)塊率為3.61%,沖調(diào)穩(wěn)定性為16.93%。

經(jīng)調(diào)配后制得的成品呈淺棕色的粉末狀,成品沖調(diào)時(shí)狀態(tài)較好,具有濃郁的雜糧香味,無(wú)其他異味,結(jié)塊率大大降低,并且分層現(xiàn)象不明顯,無(wú)沉淀,質(zhì)地較均勻穩(wěn)定,細(xì)細(xì)品嘗有稍甜風(fēng)味,口感柔滑且醇厚。經(jīng)檢測(cè),產(chǎn)品感官指標(biāo)和理化指標(biāo)符合LS/T 3302—2014《方便雜糧粉》[23]中的規(guī)定,微生物指標(biāo)符合GB/T 18738—2006《速溶豆粉和豆奶粉》[24]中的規(guī)定。

3 結(jié)論

研究以酶解后的雜糧粉為原料,對(duì)其結(jié)塊率、沖調(diào)穩(wěn)定性進(jìn)行研究,經(jīng)單因素和正交試驗(yàn)確定最佳工藝組合。結(jié)果表明,各因素對(duì)雜糧粉結(jié)塊率的影響順序?yàn)闆_調(diào)溫度>蔗糖添加量>麥芽糊精添加量>黃原膠與微晶纖維素的配比,各因素對(duì)雜糧粉沖調(diào)穩(wěn)定性的影響順序?yàn)闆_調(diào)溫度>麥芽糊精添加量>黃原膠與微晶纖維素的配比>蔗糖添加量,試驗(yàn)最終得到最佳工藝組合為A2B1C2D3,即沖調(diào)溫度80℃、蔗糖添加量18%、麥芽糊精添加量為22%、黃原膠與微晶纖維素的配比為1∶1,谷物粒徑為180 μm,此時(shí)結(jié)塊率為3.61%,沖調(diào)穩(wěn)定性為16.93%。相比傳統(tǒng)的直接調(diào)配型雜糧粉,經(jīng)酶解處理后顯著提高了雜糧粉的DE值,更容易被人體消化吸收,結(jié)塊率低,沖調(diào)穩(wěn)定性較好,食用方便,營(yíng)養(yǎng)豐富,口感也較好,并且酶解過(guò)程溫和、高效,實(shí)現(xiàn)了改良的效果。