酶法修飾對蓮子粉黏度及復(fù)水性的影響

謝 晶，涂 世，劉 睿*

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070)

酶法修飾對蓮子粉黏度及復(fù)水性的影響

謝 晶，涂 世，劉 睿*

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070)

采用α-淀粉酶對蓮子粉中的淀粉進(jìn)行適度水解降低其黏度，提高冷凍干燥的效率，并探討?zhàn)ざ扰c復(fù)水性之間的關(guān)系。在研究酶解時(shí)間、溫度、pH值及酶添加量對蓮子粉水解液黏度影響的基礎(chǔ)上，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化確定最佳酶水解條件為酶添加量16.56U/mL、溫度70℃、時(shí)間15min、pH6.5，水解液的黏度為77mPa·s，水解液DE值4.95%。4個(gè)因素都對試驗(yàn)結(jié)果有極顯著的影響(P＜0.01)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)黏度與復(fù)水性之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，并且酶解和冷凍干燥對蓮子粉的復(fù)水性有顯著影響(P＜0.05)。

蓮子粉；α-淀粉酶；黏度；復(fù)水率

Abstract：In freeze-drying process, the heat transfer efficiency of high-starch fruit-vegetable juice is reduced due to its high viscosity. In this study,α-amylase was used to appropriately hydrolyze the starch in lotus seed powder to reduce its viscosity,improve the freeze-drying efficiency and explore the relationship between viscosity and rehydration. Based on the effects of hydrolysis time, hydrolysis temperature, pH and enzyme amount on the viscosity of lotus seed powder, the optimal enzymatic hydrolysis conditions were achieved by orthogonal experiments to be enzyme amount of 16.56 U/mL, hydrolysis temperature of 70 ℃, hydrolysis time of 15 min and pH 6.5. The viscosity of hydrolyzate was 77 mPa·s and its DE value was 4.95%. Four factors had a significant impact on results (P＜ 0.01). At the same time, the viscosity of lotus seed powder was negatively correlated with the rehydration property. Therefore, enzymatic hydrolysis and freeze-drying had a significant influence on rehydration property (P＜ 0.05).

Key words：lotus seed powder；α-amylase；viscosity；rehydration rate

蓮子是鄂、湘等地廣泛種植的水生蔬菜，除少量鮮食外，大量用于加工，其中，采用真空冷凍干燥制備蓮子粉是蓮子加工的主要新興產(chǎn)品[1]。真空冷凍干燥因其最大限度地保持原料原有的品質(zhì)，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、風(fēng)味變化很小、營養(yǎng)成分損耗極少等優(yōu)點(diǎn)逐漸被用于果蔬粉的加工過程中[2-3]。但是高淀粉質(zhì)的果蔬物料在冷凍干燥過程中存在因黏度過大，導(dǎo)致干燥速率低，能耗增加等問題，導(dǎo)致加工成本增加，這一問題亟待解決[4]。采用生物酶法修飾是解決這一問題的有效途徑。如通過淀粉酶的適度酶解后，果蔬組織結(jié)構(gòu)分散，與熱水混合得到的糊狀物黏度下降，而且制得的果蔬粉的沖調(diào)性和速溶性得到明顯改善[5]。同時(shí)，生物酶具有特異的專一性，淀粉酶只作用于淀粉類物質(zhì)，不會(huì)分解其他風(fēng)味物質(zhì)，可以完整保留果蔬的香味和風(fēng)味[6]。α-淀粉酶、麥芽淀粉酶和普魯蘭酶被分別用于板栗粉[6]、銀杏粉[7]和葛粉[8]的加工中，不僅提高了產(chǎn)品的復(fù)水性，而且可以提高干燥效率。

本研究以高淀粉含量的蓮子粉為研究對象，旨在通過α-淀粉酶對其進(jìn)行適度水解，降低溶液黏度，并將不同黏度的酶解液進(jìn)行真空冷凍干燥，測量其復(fù)水性，探討高淀粉果蔬物料的酶解程度與產(chǎn)品黏度及復(fù)水性的關(guān)系。以達(dá)到通過降低黏度，提高干燥過程中傳熱效率的目的，并改善產(chǎn)品的質(zhì)量，為高淀粉質(zhì)果蔬粉的真空冷凍干燥提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蓮子(湘蓮，淀粉含量55.3%) 湖北萬荷堂蓮業(yè)有限公司。

α-淀粉酶 諾維信酶制劑有限公司；檸檬酸、碘、重鉻酸鉀、無水碳酸鈉、濃硫酸、濃鹽酸、氫氧化鈉、硫代硫酸鈉、碘化鉀、磷酸氫二鈉(皆為分析純試劑) 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；可溶性淀粉 沈陽化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

NDJ-1旋轉(zhuǎn)黏度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司；多功能攪拌器 常州國華電器有限公司；BECKMAN酸度計(jì) 美國Marca公司；722N可見分光光度計(jì) 上海菁華科技儀器有限公司；ALPHA1-4LD真空冷凍干燥機(jī) 德國Marin Christ公司。

1.3 方法

1.3.1 酶解工藝流程[9-10]

稱取10g蓮籽粉(40目)→加100mL蒸餾水，攪拌調(diào)漿15min→加0.1mol/L HCl溶液調(diào)節(jié)pH值→加入適量酶水解并恒溫?cái)嚢琛铀釡缑刚{(diào)pH2→冷卻至25℃，測水解液黏度

1.3.2 單因素和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.2.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別控制水解溫度、時(shí)間、pH值、酶添加量進(jìn)行水解實(shí)驗(yàn)，方法見1.3.1節(jié)，具體如下：

固定反應(yīng)時(shí)間15min，pH6.5，酶添加量9.20U/mL，分別在60、65、70、75、80、85、90℃水解，測定不同水解液黏度[11]。

固定酶添加量9.20U/mL，溫度75℃，時(shí)間15min，分別在pH值為5.3、5.6、5.9、6.2、6.5、6.8、7.1的條件下水解，測定不同水解液黏度。

固定酶添加量9.20U/mL，溫度75℃，pH6.5，分別水解10、15、20、25、30、35、40min，測定不同水解液黏度[12]。

固定酶解溫度75℃，pH6.5，時(shí)間15min，分別添加 5.52、9.20、12.88、16.56、20.24、23.92、27.60U/mL的酶添加量，測定不同水解液黏度。

1.3.2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以酶解溫度、時(shí)間、pH值以及酶添加量為試驗(yàn)因素，以水解液的黏度為試驗(yàn)指標(biāo)，設(shè)計(jì)四因素三水平試驗(yàn)，用L9(34)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，因素水平見表1。

表1 酶解正交試驗(yàn)因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for enzymatic hydrolysis

1.3.3 復(fù)水率測定[13]

取一定量的酶解后冷凍干燥淀粉干樣加入10倍量的蒸餾水于60℃水浴鍋中加熱一定時(shí)間后，過濾，將濾渣用濾紙吸干表面水分，移入干燥鋁盒中稱量m1(空鋁盒質(zhì)量記作m0)于120℃烘箱中烘制至質(zhì)量恒定取出稱量m2，則：

1.3.4 水解液DE值的測定[14]

取水解液10mL于三角瓶中，向其加入0.1mol/L碘液10mL、0.15mol/L氫氧化鈉溶液15mL，靜置15min后加入1mol/L硫酸溶液2mL，用硫代硫酸鈉溶液滴定至無色。

式中：A為空白消耗硫代硫酸鈉溶液的體積/mL；B為水解液消耗硫代硫酸鈉溶液的體積/mL；N為硫代硫酸鈉溶液的濃度/(mol/L)；m為水解液中淀粉質(zhì)量/mg；90.05為1mL 1mol/L硫代硫酸鈉溶液所相當(dāng)?shù)钠咸烟琴|(zhì)量/mg。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同淀粉酶解條件對蓮籽粉溶液黏度的影響

2.1.1 酶解溫度對蓮籽粉溶液黏度的影響

圖1 酶解溫度對黏度的影響(n=3)Fig.1 Effect of hydrolysis temperature on viscosity of hydrolysate(n=3)

從圖1可以看出，酶解溫度為70℃時(shí)，蓮子粉酶解液的黏度最低。主要原因在于溫度是影響酶活力的主要原因之一，當(dāng)溫度低于或者高于70℃時(shí)，酶活力沒有充分顯示出來，使得在相同酶解時(shí)間內(nèi)，蓮子淀粉的水解程度不同，直觀表現(xiàn)為酶解液的黏度不同。因此可以選定65、70、75℃作為正交試驗(yàn)中溫度因素的3個(gè)水平。

2.1.2 酶解時(shí)間對蓮籽粉溶液黏度的影響

圖2 酶解時(shí)間對黏度的影響(n=3)Fig.2 Effect of hydrolysis time on viscosity of hydrolysate (n=3)

從圖2可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，水解液的黏度呈下降趨勢。當(dāng)水解到25min時(shí)，黏度下降緩慢。選定15、20、25min作為正交試驗(yàn)中酶解時(shí)間的3個(gè)水平。

2.1.3 酶解pH值對蓮籽粉溶液黏度的影響

圖3 酶解pH值對黏度的影響(n=3)Fig.3 Effect of hydrolysis pH on viscosity of hydrolysate (n=3)

pH值是影響酶活力的重要因素，由圖3可以看出在pH6.2前后酶解液的黏度變化曲線出現(xiàn)了拐點(diǎn)，在低于或高于此pH值范圍水解液黏度呈現(xiàn)上升趨勢，表明pH 6.2是此酶的最佳pH值。正交試驗(yàn)的pH值應(yīng)選擇5.9、6.2、6.5三個(gè)水平。

2.1.4 酶添加量對蓮籽粉溶液黏度的影響

從圖4可以看出，當(dāng)酶用量超過12.88U/mL后，隨著酶添加量進(jìn)一步加大，黏度下降趨勢比較平緩，因此正交試驗(yàn)中酶用量的合適水平為9.2、12.88、16.56U/mL。

圖4 酶添加量對黏度的影響(n=3)Fig.4 Effect of enzyme amount on viscosity of hydrolysate (n=3)

2.1.5 酶解條件的優(yōu)化

表2 酶解條件正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Design and results of orthogonal experiments for enzymatic hydrolysis

表3 酶解條件正交試驗(yàn)方差分析(n=3)Table 3 Variance analysis of orthogonal experiments for enzymatic hydrolysis (n=3)

采用正交試驗(yàn)優(yōu)化酶解條件的結(jié)果見表2。方差分析結(jié)果見表3[15]。由表2中極差分析結(jié)果顯示，4個(gè)因素對試驗(yàn)結(jié)果影響的主次關(guān)系：溫度>酶添加量＞pH值＞酶解時(shí)間；由表3可知：4個(gè)因素都對試驗(yàn)結(jié)果有極顯著的影響(P＜0.01)。根據(jù)k1、k2、k3大小，結(jié)合考察指標(biāo)黏度大小，酶解液黏度越小的試驗(yàn)組合越好，所以最優(yōu)的水解工藝為A2B3C1D3，即酶解溫度70℃、pH6.5、酶解時(shí)間15min、酶添加量16.56U/mL。在此酶解條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到酶解液的黏度為(77±1.00)Pa·s，DE值(4.95±0.13)%，碘藍(lán)實(shí)驗(yàn)遇碘變藍(lán)(n=3)，說明此工藝條件是可行的。

2.2 水解后蓮子粉黏度與其粉復(fù)水率之間的關(guān)系

表4 不同黏度蓮子粉與空白組比較的顯著性分析Table 4 Significance analysis for viscosity of lotus seed powder

從表4可以看出，隨著水解蓮子粉溶解黏度減小，水解蓮子粉的復(fù)水率逐漸增加。同時(shí)分別以空白1、空白2為對照分別進(jìn)行復(fù)水性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)空白2的復(fù)水率為1.54，而空白1的復(fù)水率為1.61。所有的實(shí)驗(yàn)組蓮子粉的復(fù)水性與對照組顯著增加(P＜0.05)，說明酶解后的蓮子粉冷凍干燥后處理對復(fù)水性的影響顯著，同時(shí)冷凍干燥對復(fù)水性的影響也顯著(P＜0.05)。

3 結(jié) 論

由于溶液黏度降低時(shí)會(huì)提高傳熱速率，將加快冷凍干燥的速率。為提高蓮子粉冷凍干燥效率的α-淀粉酶水解蓮子粉的最優(yōu)水解條件：酶解溫度70℃，pH6.5，酶解時(shí)間15min，酶添加量12.88U/mL。4個(gè)因素都對試驗(yàn)結(jié)果有極顯著的影響(P＜0.01)，其相對影響效果：溫度＞酶添加量＞pH值＞酶解時(shí)間。此條件下酶解液的黏度為77mPa·s，DE值4.95%。在此條件下，蓮子粉的黏度最低，產(chǎn)品的復(fù)水性最好，碘藍(lán)實(shí)驗(yàn)證實(shí)水解后產(chǎn)物仍然保有淀粉的特征。

酶解和冷凍干燥這兩種途徑都可以顯著提高蓮子粉的復(fù)水率(P＜0.05)，同時(shí)可知黏度與復(fù)水性、黏度與DE值均呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果為高淀粉質(zhì)果蔬粉的真空冷凍干燥加工提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)和應(yīng)用參考。

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Effect of Enzymatic Modification on Viscosity and Rehydration of Lotus Seed Powder

XIE Jing，TU Shi，LIU Rui*
(College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)

TS255.36

A

1002-6630(2010)22-0176-04

2010-02-26

湖北省科技攻關(guān)計(jì)劃重大項(xiàng)目(2007AA204A02)

謝晶(1986—)，女，本科生，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)與工程。E-mail：xj.coin@163.com

*通信作者：劉睿(1969—)，男，副教授，博士，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物化學(xué)及農(nóng)副產(chǎn)品深加工。E-mail：liurui@mail.hzau.edu.cn