富含低聚木糖的小麥麩皮飲料的研制

程細菊，楊瑞金，華霄，趙偉，張文斌

1(江南大學食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇無錫，214122)2(江南大學食品學院，江蘇 無錫，214122)

谷物皮層因具有重要的營養學特性，越來越引起人們研究的興趣，其中，小麥麩皮(簡稱麩皮)為主要研究對象之一［1］。目前，麩皮在國內基本上用作飼料，很少進行深加工和再利用，經濟附價值不高。麩皮來源充足、價格低廉，含有較豐富的蛋白質、碳水化合物、維生素和礦物質等［2］，是很好的功能性食品配料資源。麩皮中阿拉伯木聚糖含量達到干基的20%以上［3］，經酶法水解得到低聚木糖。低聚木糖能夠促進以雙歧桿菌為代表的腸道有益菌群的增殖［4－6］，并具有增強肌體免疫力、抵抗腫瘤和促進人體對鈣的吸收等功能，與其他功能性低聚糖相比，用量少，效果好［7］。此外，小麥麩皮中淀粉和蛋白質的含量也相當可觀，因此小麥麩皮具有潛在的開發利用價值。

麩皮經焙烤后，采用木聚糖酶酶解阿拉伯木聚糖為低聚木糖，風味蛋白酶酶解蛋白質為短肽，中溫α-淀粉酶酶解淀粉為小分子糖類，這些營養成分以及可溶性礦物質、維生素均保留在麩皮飲料中，實現了麩皮中有效成分的充分提取利用，得到風味獨特、高營養價值的飲料。

1 試驗材料與方法

1.1 材料與試劑

麩皮，無錫榮國面粉有限公司;木聚糖酶(30520 U/g)，食品級、江南大學食品酶學實驗室自制;風味蛋白酶500MG(9 175 U/g)、中溫α-淀粉酶(6 000 U/g)，食品級、丹麥 Novozymes公司;蜂蜜、白砂糖，市售;其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

高速藥物粉碎機，青州市精誠機械有限公司;電熱恒溫鼓風干燥箱，上海躍進醫療器械廠;MP-501A型超級恒溫循環槽，上海一恒科技有限公司;723N型可見分光光度計，上海精密科學儀器有限公司;LXJ-Ⅱ型離心沉淀機，上海醫用分析儀器廠;PT-20C-R型管板式組合式超高溫殺菌機，Powerpoint Interuational;Waters600高效液相色譜儀，美國Waters公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 測定方法

木聚糖含量測定:間苯三酚法［8－10］;還原糖含量測定:DNS法［11］;蛋白質含量測定:微量凱氏定氮法，換算系數 5.7［12］。

酶解液中木聚糖包括木糖、阿拉伯糖、低聚木糖以及少量酶解不完全的大分子木聚糖。根據木聚糖酶的水解機制可知，主要成分為低聚木糖［13］。

低聚木糖含量測定:HPLC法［14］，色譜條件，色譜柱:Sugar-Pak1，300 mm×6.5 mm鈣型陽離子交換柱;流動相:純水;流速，0.4 mL/min;檢測器，示差折光檢測器，Waters2410;檢測器靈敏度，4;柱溫，85℃;進樣體積，10 μL。

1.3.2 麩皮飲料制作工藝流程

麩皮→粉碎→焙烤→酶解→滅酶→離心→酶解液→稀釋、澄清→調配→殺菌、灌裝→成品

1.3.3 操作要點

(1)焙烤條件的選擇:麩皮經粉碎過40目篩，均勻鋪開后放入烘箱中，一定溫度下焙烤一段時間，冷卻。在料水比1∶8、pH 6.0、木聚糖酶加酶量610 U/g麩皮、溫度50℃酶解5 h，在沸水浴中靜置10 min滅酶，然后3 000 r/min離心20 min，以木聚糖轉化得率(%)為指標，選定較佳的烘焙條件。

(2)酶解工藝:在分別研究木聚糖酶、風味蛋白酶、中溫α-淀粉酶各自的優化酶解工藝基礎上，采用正交試驗研究同時加入以上3種酶的復合酶酶解工藝。

(3)麩皮飲料的澄清、調配:酶解液稀釋3倍后，添加0.2 g/L皂土和0.1 g/L殼聚糖澄清，然后添加蜂蜜、白砂糖和檸檬酸調配。

(4)高溫瞬時殺菌、無菌灌裝:超高溫瞬時殺菌(135℃，5 s)后直接進行無菌灌裝得到成品。

1.4 感官評定

由10位具有一定感官評定經驗的食品科學研究人員進行感官評定。對飲料的香味和滋味兩個感官指標進行感官評分(總分100分)，以確定蜂蜜、白砂糖和檸檬酸量。如表1所示。

表1 麩皮飲料感官評價表

2 結果與分析

2.1 焙烤條件的確定

焙烤賦予谷物飲料獨特的風味和色澤［15－16］，熱處理可適當破壞麩皮結構，利于麩皮木聚糖的酶解。焙烤條件的確定以木聚糖轉化得率為評價指標，結果如圖1所示。

圖1 不同焙烤條件對木聚糖轉化得率的影響

在不同焙烤條件下木聚糖轉化得率可達30%～54%，其中180℃、20 min條件下木聚糖轉化得率最高，達到54%，焙烤麩皮呈焦黃色，有濃郁麥香味;溫度為150℃時，在相同(20 min)或更長(30 min)時間下，木聚糖轉化得率也能達到48%以上，縮短時間(10 min)，則轉化得率略有降低(45%)，但焙烤麩皮香味并不濃郁;當溫度達到210℃時，麩皮部分碳化，造成木聚糖大量的損失，在相同焙烤時間(20 min)下木聚糖轉化得率僅為33%，而且產生糊味，將會影響飲料風味。綜上所述選擇焙烤條件為180℃、20 min。

2.2 酶解工藝的單因素實驗

木聚糖酶酶解的最適溫度為50℃，pH值為6.0［13］。風味蛋白酶酶解的最適溫度50℃，pH值為6.0［17］;淀粉酶酶解的最適溫度 60℃，pH 6.0［17］。考慮到低聚木糖是飲料中的主要功能性成分，故將酶解條件定為木聚糖酶的最適條件(50℃、pH 6.0)。

2.2.1 木聚糖酶加酶量

將料水比、pH值、溫度和反應時間分別固定為1∶8、6.0、50℃ 和 5 h，研究不同加酶量下還原糖濃度(mg/mL)和木聚糖轉化得率(%)，這時還原糖主要成分是低聚木糖，另外還有少量阿拉伯糖、葡萄糖和木糖。還原糖濃度越高則表示低聚木糖濃度越高，酶解效果越好［14］。結果如圖2所示。

圖2 加酶量對還原糖濃度和木聚糖轉化得率的影響

當加酶量小于153 U/g麩皮時，還原糖濃度和木聚糖轉化得率均隨加酶量增加而較快速上升，當加酶量達到153 U/g麩皮后，還原糖濃度和木聚糖轉化得率均達到飽和狀態，分別為6.19 mg/mL和53.18%，繼續增加木聚糖酶用量效果不顯著。從生產成本考慮，加酶量153 U/g麩皮最合適。

2.2.2 木聚糖酶反應時間

將料水比、pH值、溫度和加酶量分別固定為1∶8、6.0、50℃和153 U/g麩皮，研究不同反應時間下還原糖濃度和木聚糖轉化得率，結果如圖3所示。還原糖濃度在0～4 h增加較快，4 h后還原糖含量達到飽和。木聚糖提取率在0～2h增加速度較快，2 h后變緩，到達4 h時木聚糖得率幾乎達到飽和。因此確定反應時間為4 h。

圖3 反應時間對還原糖濃度和木聚糖轉化得率的影響

2.2.3 風味蛋白酶加酶量

利用風味蛋白酶將蛋白質水解為短肽，一方面可以降低飲料儲藏過程中蛋白質分子絡合沉淀幾率，增加小麥麩皮飲料的穩定性，另一方面將蛋白轉化為功能性短肽，增加飲料中營養成分。

圖4 加酶量對蛋白質提取率的影響

將料水比、pH、溫度和酶解時間分別固定為1∶8、6.0、50℃和4 h，研究不同加酶量下蛋白質提取率，結果如圖4所示。蛋白質提取率隨加酶量增加而快速上升，當加酶量達138 U/g麩皮時，蛋白質提取率達到飽和，為33.51%，進一步提高酶量效果不明顯。因此確定加酶量為138 U/g麩皮。在一些關于酶法提取小麥麩皮蛋白質的報道中，蛋白質提取率也在30% ～40%［18］，因為麥麩蛋白質中大約一半是水不溶性的谷蛋白和醇溶蛋白，不能進入水相被蛋白酶所降解。

2.2.4 風味蛋白酶反應時間

將料水比、pH、溫度和加酶量分別固定為1∶8、6.0、50℃和138 U/g麩皮，研究不同反應時間下蛋白質提取率，結果如圖5所示。在反應前4 h，蛋白質提取率隨時間增加速度較快，4 h后蛋白質提取率幾乎達到飽和。從生產成本角度考慮，4 h比較適宜。

圖5 反應時間對蛋白質提取率的影響

2.2.5 中溫α-淀粉酶加酶量

焙烤過程中部分淀粉與蛋白質生成了一種與木質素性質類似的復雜的不溶物質，會在飲料儲藏過程中產生沉淀。本研究添加淀粉酶，既防止因淀粉引起的沉淀，又能水解產生葡萄糖、麥芽糖，可減少調配時甜味劑用量。

將料液比、pH、溫度和反應時間分別固定為1∶8、6.0、50℃和4 h，研究不同加酶量下還原糖濃度。此時，還原糖主要成分是葡萄糖、麥芽糖等，結果如圖6所示。

圖6 加酶量對還原糖濃度的影響

當加酶量小于60 U/g麩皮時還原糖濃度隨加酶量的增加較快速上升，當加酶量達到60 U/g麩皮時，還原糖濃度達到飽和，為17.94 mg/mL，繼續增加酶量效果不顯。從生產成本考慮，加酶量60 U/g麩皮較適宜。

2.2.6 中溫α-淀粉酶反應時間

將料水比、pH、溫度和加酶量分別固定為1∶8、6.0、50℃和60 U/g麩皮，研究不同反應時間下還原糖濃度，結果如圖7所示。在反應前2 h，還原糖濃度隨時間增加速度較快，到2 h后還原糖濃度趨于飽和，因此選擇反應時間為2 h。

圖7 反應時間對還原糖濃度的影響

2.3 復合酶酶解工藝正交優化結果

根據單因素實驗，初步確定各因素水平，再通過L9(34)正交實驗進一步確定復合酶酶解的優化工藝條件，結果如表2所示。從正交實驗看出，木聚糖酶用量和反應時間對木聚糖轉化得率影響最顯著;蛋白酶用量和反應時間對蛋白質提取率影響最顯著。使用復合酶時，還原糖包括木二糖～木四糖、葡萄糖和麥芽糖等，因此還原糖濃度受到木聚糖酶、淀粉酶和反應時間的影響顯著性相近。蛋白酶對還原糖濃度的顯著性貢獻最大，可能是因為蛋白質降解使得碳水化合物充分暴露，利于酶解反應。

在綜合考慮3個指標結果及經濟的基礎上，確定較優酶解工藝條件為:木聚糖酶153 U/g麩皮、風味蛋白酶138 U/g麩皮、淀粉酶60U/g麩皮，反應時間4h，此時木聚糖轉化得率為52.02%，還原糖濃度27.19 mg/mL，蛋白質提取率40.14%。

表2 正交實驗設計表L9(34)

2.4 酶解液中低聚木糖含量測定

將料水比、pH值、溫度和木聚糖酶加酶量分別為1∶8、6.0、50℃和 153 U/g 麩皮下反應 4 h，所得酶解液與乙醇按體積比1∶1混合，離心除去醇沉下來的大分子沉淀，過0.45μm濾膜后上樣，利用HPLC分析，結果見圖8所示。保留時間為15.38 min為阿拉伯糖、13.73 min為木糖、12.51 min為葡萄糖、11.15 min為木二糖、10.20 min為木三糖、9.63 min為木四糖，其它為大于木四糖的木聚糖。計算得木二糖，木三糖和木四糖(即低聚木糖)的總濃度為6.19 mg/mL。飲料中低聚木糖的添加量:成年人推薦用量為0.7g/d，飲料按500 mL/d計，添加量以0.14 g/100 mL為宜，所以將酶解液稀釋3倍，此時低聚木糖含量為2.06 mg/mL可滿足推薦日攝入量，而且感官評定發現稀釋3倍調配后飲料口感更好。

圖8 小麥麩皮酶解液的HPLC圖

2.5 調配產品的感官評定實驗

以蜂蜜、白砂糖和檸檬酸為調味劑，通過正交試驗，以感官評分為指標確定最佳配方，結果見表3。對飲料風味的影響因素為B=C＞A，因素B及因素C均極為顯著，而A不顯著。從成本來考慮，得出最佳配方為A1B2C1，即蜂蜜量10 g/L，白砂糖量60 g/L，檸檬酸量0.75 g/L。

表3 焙烤小麥麩皮飲料配方正交試驗結果

2.6 產品質量指標

感官指標:飲料色澤均勻一致，呈淺黃色，澄清透明，有光澤;酸甜適中，無異味，具有烘麥的特有濃郁焦香味;理化指標:可溶性固形物含量大于9.4%;低聚木糖含量2.06 mg/mL;蛋白質含量3.14 mg/mL;pH 3.9～4.0;微生物指標:細菌總數＜10 CFU/mL;大腸菌群數＜3 MPN/100 mL;致病菌未檢出。

3 結論

(1)確定了焙烤條件:180℃、20 min;復合酶優化酶解工藝條件:木聚糖酶153 U/g麩皮、風味蛋白酶138 U/g麩皮、中溫α-淀粉酶60 U/g麩皮，料水比1∶8，pH 6.0，反應溫度 50℃，反應時間 4 h;最優配方:蜂蜜量10 g/L，白砂糖量60 g/L，檸檬酸量0.75 g/L。

(2)麩皮飲料的感官、理化、衛生指標符合傳統型谷物飲料標準，說明通過焙烤、酶解、調配等可以生產出高品質麩皮飲料。該飲料除了含有功能性成分低聚木糖及短肽外，還含有脂肪、多種維生素和多種無機鹽等營養成分。

(3)原料麩皮為十分廉價的農副產品，制成的飲料含有豐富的功能性低聚木糖，對人體具有較高的保健功能，本研究工藝“變廢為寶”，生產成本低，產品質量容易控制，具有廣泛的開發應用價值。

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