油莎豆酶解物加工工藝及其生物活性研究現(xiàn)狀分析

安琪 李國(guó)祥

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.05.021

引文格式：安琪，李國(guó)祥.油莎豆酶解物加工工藝及其生物活性研究現(xiàn)狀分析[J].中國(guó)調(diào)味品，2024，49（5）：128-131.

AN Q， LI G X.Analysis of current research status on processing technology and bioactivity of Cyperus esculentus enzymatic hydrolyzate[J].China Condiment，2024，49（5）：128-131.

摘要：油莎豆酶解物在調(diào)味品中被廣泛應(yīng)用，其富含多種香氣成分，能夠增加食品的風(fēng)味。油莎豆中的油脂也具有預(yù)防心血管疾病、降血脂、抗炎和抗菌等多種生物活性功效。該研究以擠壓膨化后的油莎豆為原料，通過(guò)單因素試驗(yàn)研究油莎豆最佳酶解加工工藝。研究結(jié)果表明，油莎豆最佳酶解加工工藝為超聲時(shí)間20 min、超聲溫度40 ℃、料液比例1∶5、酶解溫度55 ℃、酶解時(shí)間3 h、加酶量7 000 U/mL和酶解pH值為9。此外，該研究還對(duì)油莎豆酶解物的生物活性成分和功能進(jìn)行總結(jié)分析，發(fā)現(xiàn)油莎豆酶解物中含有多肽和氨基酸，這些物質(zhì)具有能夠緩解機(jī)體疲勞和提高機(jī)體抵抗力等多種生物活性功效。

關(guān)鍵詞：油莎豆；水酶法；加工工藝；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TS201.2????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A????? 文章編號(hào)：1000-9973（2024）05-0128-04

Analysis of Current Research Status on Processing Technology and Bioactivity

of Cyperus esculentus Enzymatic Hydrolyzate

AN Qi， LI Guo-xiang

（Sias University， Zhengzhou 451150， China）

Abstract： Cyperus esculentus enzymatic hydrolyzate is widely used in condiments. It is rich in various aroma components， and can increase the flavor of food. The oil in Cyperus esculentus also has various bioactive effects such as preventing cardiovascular diseases， lowering blood fat， anti-inflammation and antibiosis. In this study， with extruded Cyperus esculentus as the raw material， the optimal enzymatic hydrolysis processing technology of Cyperus esculentus is studied by single factor test. The research results show that the optimal enzymatic hydrolysis processing technology is ultrasonic time of 20 min， ultrasonic temperature of 40 ℃， solid-liquid ratio of 1∶5， enzymatic hydrolysis temperature of 55 ℃， enzymatic hydrolysis time of 3 h， enzyme addition amount of 7 000 U/mL and enzymatic hydrolysis pH value of 9. In addition， the bioactive components and functions of Cyperus esculentus enzymatic hydrolyzate are summarized and analyzed. It is found that Cyperus esculentus enzymatic hydrolyzate contains polypeptides and amino acids， and these substances have various bioactive effects such as relieving body fatigue and improving the body's resistance.

Key words： Cyperus esculentus; aqueous enzymatic method; processing technology; optimization

收稿日期：2023-11-03

基金項(xiàng)目：2022年河南省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃辦項(xiàng)目（2022E042）

作者簡(jiǎn)介：安琪（1991—），女，講師，碩士，研究方向：運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)學(xué)。

我國(guó)是全球最大的油莎豆生產(chǎn)國(guó)之一，年產(chǎn)量居世界前列。2022年我國(guó)油莎豆總產(chǎn)量約為1.9億噸[1-2]。油莎豆在我國(guó)主要集中在東北地區(qū)、黃河流域和長(zhǎng)江流域[3]。其中，東北地區(qū)（黑龍江、遼寧、吉林）是油莎豆的主要產(chǎn)區(qū)，占據(jù)了我國(guó)油莎豆種植面積和產(chǎn)量的重要份額[4]。隨著科技的進(jìn)步和育種技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)培育了許多高產(chǎn)、抗逆和優(yōu)質(zhì)的油莎豆品種，滿足了不同地區(qū)和市場(chǎng)的需求[5-6]。我國(guó)農(nóng)業(yè)相關(guān)部門非常重視油莎豆產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并通過(guò)農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼、科技支持和市場(chǎng)保護(hù)等政策措施來(lái)促進(jìn)油莎豆的生產(chǎn)[7]。此外，我國(guó)還積極推動(dòng)油莎豆加工產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，提高油莎豆的附加值和利用率，油莎豆產(chǎn)量的增加也促進(jìn)了油莎豆及其衍生產(chǎn)品的出口[8-10]。

油莎豆酶解物在調(diào)味品中被廣泛應(yīng)用，為調(diào)味品提供了特定的口感和風(fēng)味[11]。油莎豆酶解物可以用作醬油的添加劑，改善醬油的顏色、味道和風(fēng)味，能夠增加醬油的鮮味，提升食物的口感[12]。油莎豆酶解物可以用于生產(chǎn)雞精和其他調(diào)味料，以增加食物的鮮味和香味[13]。油莎豆酶解物被用于制作各種調(diào)味醬，如蠔油、辣醬和甜面醬等[14]，以增強(qiáng)調(diào)味醬的風(fēng)味和口感，使其揮發(fā)性成分更加豐富。油莎豆酶解物也可以用于制作高湯，以增加食物的鮮味和咸味。此外，油莎豆酶解物也被用于火腿、香腸和肉丸等肉制品的調(diào)味[15]。

研究油莎豆酶解物的加工工藝有助于改進(jìn)產(chǎn)品的質(zhì)量。通過(guò)優(yōu)化加工工藝，可以提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性、口感、顏色和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，從而滿足消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)需求，對(duì)不同加工條件和方法進(jìn)行探索可以獲得具有特殊功能和特點(diǎn)的油莎豆酶解物，滿足市場(chǎng)對(duì)新產(chǎn)品的需求。油莎豆酶解物加工工藝研究對(duì)于改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、創(chuàng)新產(chǎn)品、評(píng)估安全性和穩(wěn)定性以及評(píng)估營(yíng)養(yǎng)價(jià)值都具有重要意義和必要性。這些研究為食品行業(yè)提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展，并增強(qiáng)了其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)材料與試劑

試驗(yàn)材料：膨化后的油莎豆粉，將油莎豆粉在100 ℃下烘干，在130 ℃下翻炒，打粉過(guò)40目篩。

試驗(yàn)試劑：氫氧化鈉、無(wú)水乙醇、鹽酸和纖維素酶。

1.2? 試驗(yàn)儀器

分析天平、水浴鍋、離心機(jī)、干燥箱、精密pH計(jì)和酶標(biāo)儀。

1.3? 試驗(yàn)方法

1.3.1? 水酶法去除油莎豆油脂及酶解物的制備

膨化油莎豆粉→與水按照一定比例混合→采用超聲波處理→調(diào)節(jié)pH值至5.2→加入纖維素酶→調(diào)節(jié)pH值至堿性→加入堿性蛋白酶混合→高速離心→利用分液漏斗分離油莎豆→取上清液進(jìn)行透析→冷凍干燥后進(jìn)行保存。

1.3.2? 油莎豆酶解單因素試驗(yàn)

當(dāng)研究一個(gè)影響因素對(duì)油莎豆提油率和水解度的影響時(shí)，控制其他因素不變，即超聲時(shí)間20 min、超聲溫度40 ℃、料液比例1∶5、酶解溫度55 ℃、酶解時(shí)間3 h、加酶量7 000 U/mL和 pH值9，分別研究不同超聲時(shí)間（10，20，30，40，50 min）、不同超聲溫度（30，40，50，60，70 ℃）、不同料液比例（1∶3、1∶5、1∶7、1∶9、1∶11）、不同酶解溫度（40，45，50，55，60 ℃）、不同酶解時(shí)間（2，3，4，5，6 h）、不同加酶量（5 000，6 000，7 000，8 000，9 000，10 000 U/mL）和不同酶解pH值（8，8.5，9，9.5，10）對(duì)油莎豆酶解效果的影響。

1.3.3? 水解度測(cè)定

油莎豆水解度的測(cè)定采用pH-stat法進(jìn)行[16]。

1.3.4? 提油率測(cè)定

油莎豆提油率的測(cè)定根據(jù)索氏抽提法進(jìn)行[17]。

2? 結(jié)果和討論

2.1? 油莎豆酶解物加工工藝優(yōu)化

2.1.1? 超聲時(shí)間對(duì)油莎豆水解度和提油率的影響

超聲波處理是一種物理處理方法，通過(guò)在液體中引入高頻聲波振動(dòng)，產(chǎn)生空化現(xiàn)象，從而改變液體中的質(zhì)量傳輸[18]。

由圖1可知，隨著超聲時(shí)間的增加，油莎豆的水解度先升高再降低再升高最后降低，油莎豆的水解度隨著超聲時(shí)間的增加而上下波動(dòng)，超聲波可以提高酶活性并促進(jìn)底物擴(kuò)散，從而提高水解反應(yīng)速率。超聲波的高頻振動(dòng)可以打破液體中的氣泡，產(chǎn)生局部高溫和高壓，有助于酶解離和底物解聚，從而增加酶和底物之間的接觸面積和反應(yīng)速率[19]。隨著超聲時(shí)間的增加，油莎豆的提油率呈現(xiàn)先下降后上升再下降的趨勢(shì)。超聲波還可以對(duì)油莎豆中的油脂顆粒進(jìn)行乳化和分散，從而增加油脂與溶劑之間的接觸面積，促進(jìn)油脂的釋放和提取。然而，超聲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也可能導(dǎo)致酶的失活或底物的降解，從而降低水解度和提油率，另外，過(guò)長(zhǎng)的超聲時(shí)間也會(huì)引起系統(tǒng)過(guò)熱，造成物理性質(zhì)的改變，超聲時(shí)間的增加對(duì)油莎豆水解度和提油率的影響是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。綜合考慮之后，選擇油莎豆最佳的超聲時(shí)間為20 min。

2.1.2? 超聲溫度對(duì)油莎豆水解度和提油率的影響

在油莎豆水解過(guò)程中，溫度是一個(gè)重要參數(shù)。適當(dāng)?shù)臏囟瓤梢蕴岣呙富钚圆⒋龠M(jìn)底物擴(kuò)散，提高水解反應(yīng)速率。

由圖2可知，隨著超聲溫度的上升，油莎豆的水解度和提油率均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)超聲溫度低于40 ℃時(shí)，油莎豆的水解度和提油率隨著超聲溫度的升高而增加，當(dāng)超聲溫度超過(guò)40 ℃時(shí)，油莎豆的水解度和提油率隨著超聲溫度的升高而不斷降低。在一定溫度范圍內(nèi)，溫度升高可以增加酶的催化活性，加快酶與底物之間的反應(yīng)速率[20]，改善底物的流動(dòng)性和溶解性，有利于底物與酶之間的接觸和反應(yīng)。但過(guò)高的溫度可能導(dǎo)致酶失活或變性，從而降低水解度和提油率；過(guò)高的溫度還可能引起物理性質(zhì)改變，如液體的黏度增加、乳化行為變化等，進(jìn)而影響油莎豆水解。當(dāng)超聲溫度為40 ℃時(shí)，油莎豆的水解度和提油率最高。

2.1.3? 料液比例對(duì)油莎豆水解度和提油率的影響

料液比例是指在水解或提取過(guò)程中使用的油莎豆與溶劑（液體）的比例，在水解過(guò)程中，適當(dāng)?shù)牧弦罕壤梢杂绊懙孜锱c酶之間的接觸和反應(yīng)速率。

由圖3可知，隨著料液比例的增加，油莎豆的水解度呈現(xiàn)先快速下降后基本保持不變的趨勢(shì)，油莎豆提油率呈現(xiàn)先下降后上升再下降的趨勢(shì)。適當(dāng)?shù)牧弦罕壤梢杂绊懹椭c溶劑之間的接觸和傳質(zhì)，增加油脂與溶劑之間的接觸面積，促進(jìn)油脂溶解和傳質(zhì)，從而提高提油率；然而，過(guò)高的料液比例會(huì)造成反應(yīng)混合物過(guò)稀，降低反應(yīng)有效濃度，從而降低水解度。當(dāng)料液比例為1∶7時(shí)，油莎豆的提油率最高，但此時(shí)油莎豆的水解度相對(duì)較低。綜合考慮之后，選擇油莎豆最佳的料液比例為1∶5。

2.1.4? 酶解溫度對(duì)油莎豆水解度和提油率的影響

適當(dāng)?shù)臏囟瓤梢蕴岣呙富钚圆⒋龠M(jìn)底物擴(kuò)散，從而提高水解度和提油率。由圖4可知，當(dāng)酶解溫度為40～60 ℃時(shí)，油莎豆的水解度變化幅度較小，受溫度的影響并不明顯。隨著酶解溫度的升高，油莎豆的提油率先升高后降低，高溫會(huì)提高酶催化效率，增加酶與底物復(fù)合物的形成速度，從而加速水解反應(yīng)的進(jìn)行；但過(guò)高的溫度又會(huì)導(dǎo)致酶失活或變性，從而降低酶的活性，酶分子的構(gòu)造和穩(wěn)定性受溫度的影響，超過(guò)酶的溫度穩(wěn)定范圍會(huì)導(dǎo)致其失去催化活性。綜合考慮之后，選擇油莎豆最佳的酶解溫度為55 ℃。

2.1.5? 酶解時(shí)間對(duì)油莎豆水解度和提油率的影響

在酶解過(guò)程中，適當(dāng)?shù)拿附鈺r(shí)間可以使酶與底物充分反應(yīng)，從而提高油莎豆的水解度和提油率。酶與底物之間的反應(yīng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。

由圖5可知，當(dāng)酶解時(shí)間為2～6 h時(shí)，隨著酶解時(shí)間的增加，油莎豆的水解度逐漸增加，較長(zhǎng)的酶解時(shí)間可以使酶與底物反應(yīng)更充分，增加油莎豆的水解度。而油莎豆的提油率隨著酶解時(shí)間的增加而降低。綜合考慮之后，選擇油莎豆最佳的酶解時(shí)間為3 h。

2.1.6? 加酶量對(duì)油莎豆水解度和提油率的影響

由圖6可知，當(dāng)酶添加量為5 000～10 000 U/mL時(shí)，隨著加酶量的增加，油莎豆的水解度不斷升高，而油莎豆的提油率呈現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢(shì)。適當(dāng)?shù)募用噶靠梢杂绊懱嵊吐?，增加酶與油脂之間的接觸面積，促進(jìn)酶的催化作用，從而增加油脂的釋放和提取效率，然而，過(guò)高的加酶量會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)混合物過(guò)濃或過(guò)酸，影響反應(yīng)的均勻性和穩(wěn)定性。綜合考慮之后，選擇油莎豆最佳的加酶量為7 000 U/mL。

2.1.7? pH值對(duì)油莎豆水解度和提油率的影響

在油莎豆水解過(guò)程中，pH值可以影響酶的催化和底物的溶解性，進(jìn)而影響其水解度。酶通常對(duì)pH值有一定的酸堿特異性，即在特定的pH值范圍內(nèi)具有最佳的催化活性。

由圖7可知，隨著pH值的升高，油莎豆的提油率先升高后降低，油莎豆的水解度呈現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢(shì)。過(guò)高或過(guò)低的pH值會(huì)導(dǎo)致酶失活、底物結(jié)構(gòu)變化或油脂氧化，從而降低水解度和提油率，綜合考慮之后，選擇油莎豆最佳的pH值為9。

2.2? 油莎豆酶解物及其抗疲勞活性研究現(xiàn)狀

油莎豆酶解物是一種食品添加劑，通常用于改善食物的質(zhì)地和口感。油莎豆中提取的酶解物主要成分是蛋白酶，可以分解成更小的肽鏈或氨基酸。油莎豆酶解物在食品加工中有多種應(yīng)用。它可以用于嫩化肉制品，改善其口感和咀嚼性；還常被用作面包、餅干和糕點(diǎn)等烘焙產(chǎn)品的添加劑，改善面團(tuán)的彈性和延展性，增加產(chǎn)品的體積和口感。

油莎豆酶解物在抗疲勞活性的應(yīng)用研究中具有一定的潛力，盡管相關(guān)研究相對(duì)較少，但一些研究表明它能夠緩解疲勞癥狀。油莎豆酶解物富含抗氧化物質(zhì)，如多肽和氨基酸，這些成分可以幫助抵抗自由基的產(chǎn)生和氧化應(yīng)激，從而減輕身體疲勞。油莎豆酶解物中的氨基酸和肽鏈可以提供額外的能量，促進(jìn)體內(nèi)能量代謝，有助于緩解疲勞癥狀。油莎豆酶解物中的蛋白酶有助于加速肌肉損傷的修復(fù)過(guò)程，從而緩解由運(yùn)動(dòng)引起的疲勞。

盡管有一些研究支持油莎豆酶解物在抗疲勞活性方面的應(yīng)用，但仍需要更多的科學(xué)研究來(lái)驗(yàn)證其有效性和安全性。

3? 小結(jié)

通過(guò)單因素試驗(yàn)研究油莎豆水解的最佳加工工藝，即不同的超聲時(shí)間、超聲溫度、料液比例、酶解溫度、酶解時(shí)間、加酶量和pH值對(duì)油莎豆水解度和提油率的影響。研究結(jié)果表明油莎豆最佳的酶解加工工藝為超聲時(shí)間20 min、超聲溫度40 ℃、料液比例1∶5、酶解溫度55 ℃、酶解時(shí)間3 h、加酶量7 000 U/mL和pH值9。

油莎豆水解產(chǎn)物中富含蛋白酶，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步分解可以變成更小的肽鏈和氨基酸，這些成分具有抗氧化性，能夠提供能量，具有促進(jìn)肌肉損傷的恢復(fù)等多種生物活性功效，在抗疲勞活性的應(yīng)用研究中具有一定的潛力。

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