酶法制取龍口粉絲專用淀粉工藝優化及性質

熊 柳 初麗君 孫慶杰 范浩然

(青島農業大學食品科學與工程學院，青島 266109)

龍口粉絲是以綠豆或豌豆為原料加工而成的，因絲條均勻、色澤潔白、光亮透明、煮沸和韌性好而名揚中外［1］。目前，龍口粉絲加工技術一般采用酸漿法，但是酸漿法生產周期長，耗水量大，發酵產生的酸漿污染環境［2－4］。此外，由于綠豆價格較高，目前多采用豌豆和馬鈴薯淀粉替代綠豆淀粉生產龍口粉絲［5］。

前人對酶法提取大米、玉米淀粉作了相關的探討，發現酶法提取淀粉對降低生產成本，提高得率，提高淀粉純度具有重要意義［6－7］。目前國內外研究中，酶法提取豌豆淀粉的研究鮮見報道。因此本試驗以豌豆為原料，使用中性蛋白酶提取豌豆淀粉，并將之與酸漿法制取的豌豆淀粉的理化性質進行比較。優化酶法制取豌豆淀粉新工藝的最佳參數，為龍口粉絲加工提供新的工藝技術。

1 材料與方法

1.1 材料

豌豆:山東省青島市城陽區批發市場。

1.2 試劑與儀器

Protamex中性蛋白酶(酶活200 000 U/g):Novozyme公司;其他試劑均為分析純。

Newport－4D快速黏度分析儀(RVA):澳大利亞新港公司;TA.XT plus物性分析儀:英國Stable Micro Systems公司;高速萬能粉碎機:天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 制備淀粉

取200 g豌豆，豌豆量∶清水量 =1∶3，25℃左右浸泡10 h左右。將浸泡好的豌豆進行磨漿。過篩，加入蛋白酶，在50℃下保溫2～6 h。將淀粉3 000 r/min離心15 min，水洗3次，將沉淀物放入45℃烘箱中干燥，粉碎，過100目得到淀粉。

1.3.2 酶法提取豌豆淀粉的單因素試驗

酶添加量對淀粉得率的影響:固定酶處理時間4 h、酶處理溫度50℃，比較不同酶添加量濃度(0～400 mg/kg)對淀粉得率的影響。

酶處理時間對得率的影響:固定酶添加量200 mg/kg、酶處理溫度50℃;比較不同酶處理時間(1～8 h)對淀粉得率的影響。

酶處理溫度對淀粉得率的影響:固定酶添加量200 mg/kg、固定酶處理時間4 h;比較不同酶處理溫度(25～60℃)對淀粉得率的影響。

1.3.3 酶法提取豌豆淀粉響應面法試驗設計

通過單因素試驗初步確定選擇酶解溫度、酶添加量及酶解時間為自變量，以豌豆淀粉的得率為響應值，進行三個因素的三個水平的響應面試驗設計以優化提取工藝。因素與水平選取如表1。

表1 響應面設計因素與水平

運用Design－Expert 7.0軟件(Static Made Easy，Minneapolis，MN，USA)進行數據分析。

1.3.4 酶法豌豆淀粉化學成分的測定

1.3.4.1 總直鏈淀粉的含量測定［8］

采用碘顯色比色法測定。

1.3.4.2 可溶性直鏈淀粉的測定［9］

準確稱取100 mg樣品(以干基計)，吸取1 mL無水乙醇潤濕，然后加入50 mL蒸餾水，沸水浴20 min，冷卻至室溫，定容至100 mL，吸取20 mL上清液加入7 mL石油醚搖動10 min，并靜置10～15 min。吸取5 mL抽取液加入100 mL容量瓶中，加入50 mL蒸餾水和2 mL碘液，并用煮沸過的蒸餾水定容至刻度，20 min后，630 nm下測定。

可溶性直鏈淀粉含量=(R/A)×(a/r)×(1/5)×100%

式中:A為基準直鏈淀粉吸光度;R為可溶性淀粉吸光度;a為標準直鏈淀粉質量/mg;r為樣品標準質量/mg。

1.3.4.3 測定豌豆淀粉的蛋白質含量

凱氏定氮法，蛋白質換算系數5.83，參照GB/T 5009.5—2010 測定。

1.3.4.4 測定豌豆淀粉的脂類含量

索式抽提法，參照GB/T 5512—2008測定。

1.3.5 測定豌豆淀粉的膨潤力、溶解度［10］

稱取0.400 0 g淀粉樣品(干基)，加入40 mL蒸餾水，分別在55、65、75、85、95 ℃的水浴中30 min，每隔2～5 min取出振蕩，在3 000 r/min離心20 min，取上清液，在105℃下干燥。

溶解度=(干燥物重/樣品干重)×100%

膨潤力=沉淀物重/［樣品重×(1－溶解度)］

1.3.6 快速黏度分析儀(RVA)測定豌豆淀粉糊化性質［11］

溫度程序如下:米粉漿先在50℃下平衡1 min，然后以12℃/min的速率加熱到95℃，在95℃保持2.5 min，再以相同的速率冷卻到50℃，最后在50℃保持2 min。攪拌葉片的轉速在前10 s為960 r/min，其他時間均為160 r/min。

1.3.7 物性測定儀測定豌豆淀粉質構特性［12］

采用TA.XT plus物性儀對豌豆淀粉的凝膠質構特性進行測定，主要參數為:運行模式:Texture Profile Analysis(TPA);測前速度:3.00 mm/s;測試速度:1.00 mm/s;測 后 速 度:3.00 mm/s;形 變 量 為:30.00%;探頭:10 mm 圓柱型(P/0.5R)。

1.3.8 粉絲的制取方法［13］

將少量豌豆淀粉加水，倒入盛有沸水的銅勺內，于沸水中，攪拌成薄糊狀，然后倒入豌豆淀粉內，充分拌和，使其成半流動狀態，隨即置于漏粉斗勺內。使流態淀粉成線狀漏下落入沸水鍋中，挑出粉絲放在冷水中浸片刻后將其干燥。

1.3.9 物性測定儀測定粉絲拉伸性［14］

探頭:A/SPR(夾具);感應力:5 g;拉伸距離:50.0 mm;測試前速度:2.0 mm/s;測試速度:1.0 mm/s;測試后速度:2.0 mm/s。

1.3.10 粉絲蒸煮性測定［14］

將長3 cm左右的樣品3.000 0 g(計m0)于常壓下以105℃烘4 h，測定干物質質量m1，然后在沸騰的蒸餾水中加熱15 min，并輕輕攪拌。煮好后迅速冷卻，用吸水紙吸去粉絲表面附著水，測定含水物質量m2，再以105℃烘4 h，測定干物質量m3。以上操作重復3次，取平均值。膨潤度、煮沸損失、干物質含量分別用下面公式進行計算。

膨潤度=m2/m3×100%

煮沸損失=(m1－m3)/m1×100%干物質質量=m1/m0×100%

1.4 數據分析

數據統計與處理采用Excel軟件，差異顯著性相關分析采用SPSS軟件。

2 結果與討論

2.1 酶法提取豌豆淀粉單因素試驗結果

不同酶添加量、時間、溫度對淀粉得率的影響如圖1至圖3所示。

由圖1可知，隨酶添加量不斷增加，淀粉的得率也隨之增加。說明酶解有利于淀粉溶出，這是由于酶作用使原料中蛋白質等大分子復合物降解，使淀粉從原料中釋放出來，從而提高了淀粉得率。

圖1 不同酶添加量對淀粉得率的影響

由圖2可知，隨酶解溫度不斷升高，酶解豌豆淀粉得率不斷增大，說明溫度升高能加快酶的作用速率，使原料中的淀粉更多的釋放出來，從而提高淀粉得率。當溫度達到50℃時，溫度若繼續升高，淀粉得率反而下降。中性蛋白酶的最適溫度在50℃左右，溫度升高會使酶部分失活，影響酶解反應速率。

圖2 不同溫度對淀粉得率的影響

由圖3可知，隨酶解時間不斷增加，淀粉的得率也隨之增加，酶解4 h后，淀粉得率基本趨于穩定。說明增加酶解時間有利于淀粉溶出，考慮到時間效率，酶解時間以4 h為宜。

圖3 不同時間對淀粉得率的影響

2.2 酶法提取淀粉響應面試驗結果分析

2.2.1 淀粉得率回歸模型的建立及顯著性檢驗

利用Design－Expert軟件對表2試驗數據進行多元回歸擬合，得到淀粉得率Y與酶添加量(A)、反應溫度(B)和反應時間(C)的二次多項回歸模型為:

Y=40.78+3.44A －5.30B+0.32C －2.66AB －1.13AC －0.15BC －4.04A2－9.96B2－3.94C2

通過Design－Expert軟件進行方差分析來驗證回歸模型及各參數的顯著度，結果如表3。從表3看此模型的P＜0.5，響應面回歸模型達到顯著水平。相關系數R2=0.991 4，表明99%的數據可以用這個方程解釋。本試驗建立的模型中A2、B2以及C2對淀粉得率的影響極為顯著(P＜0.01)，AB對淀粉得率的影響為顯著(P＜0.05)，失擬項各項數據分析表明該模型失擬不顯著，因此該二次方程能夠較好地擬合真實的響應面。

表2 響應面分析試驗設計及結果

表3 淀粉得率回歸模型方差分析

2.2.2 酶法提取淀粉得率的響應面分析與優化

圖4至圖6直觀地反映了各因素交互作用對響應值的影響。從響應面的最高點可以看出，在所選的范圍內存在極大值，即是響應面的最高點。由此可以得出酶法提取淀粉的最優條件是:酶處理溫度為48.67℃，酶處理時間為 4.44 h，酶添加量為222.22 mg/kg，淀粉的得率為 41.976%。

為驗證響應面分析法所得結果的可靠性，采用上述最佳條件進行酶法制取，考慮到實際操作的條件，酶處理溫度、處理時間和添加量分別設定為49.0℃、266 min和222 mg/kg，結果表明:以最佳工藝條件制得淀粉得率為41.0%，與模擬計算機值基本接近，表明預測值與真實值之間有很好的擬合性，進一步驗證了模型的可靠性。目前酸漿法提取綠豆及豌豆淀粉得率在36%～39%［15］，因而與酸漿法相比，酶法提取的豌豆淀粉的得率較高。

2.3 酶法提取的豌豆淀粉成分分析

從表4可以看出，酶法制取的豌豆淀粉總直鏈淀粉含量與酸漿法相近，可溶性直鏈淀粉含量稍低。

表4 不同提取方法的豌豆淀粉的成分分析/%

2.4 酶法豌豆淀粉的理化性質

2.4.1 酶法豌豆淀粉溶解度、膨潤力

從圖7可以看出:隨溫度的增加，酸漿法淀粉和酶法淀粉的膨潤力和溶解度都隨之上升，但是酶法淀粉的溶解度顯著低于酸漿法淀粉。酶法豌豆淀粉結構緊密，溶脹過程中可溶性淀粉溶出少。酸漿法提取的淀粉中可溶性淀粉含量較高，顆粒中化學鍵結合的強度高，增加了淀粉的溶解度。

圖7 不同提取方法的豌豆淀粉的溶解度、膨潤力

2.4.2 酶法豌豆淀粉的糊化性質

如表5所示，與酸漿法豌豆淀粉相比，酶法豌豆淀粉的糊化溫度顯著增加，這一結果與Gunaratne等［16］的研究一致。酶法提取的豌豆淀粉顆粒結構比較緊密，膨潤力和溶解度較低［17］，顆粒不易吸水溶脹，因而淀粉糊化溫度高［18］。酶法淀粉的衰減值顯著降低，說明酶法淀粉顆粒不易破裂，淀粉糊更耐剪切，熱糊穩定性好，因而更適合加工。由于酸漿法淀粉的可溶性淀粉含量較高，因而酸漿法豌豆淀粉回生值較高，淀粉更易回生。

表5 不同提取方法豌豆淀粉的黏度

2.4.3 酶法豌豆淀粉膠的質構特性

由表6可以看出，酶法豌豆淀粉膠硬度較酸漿法淀粉膠硬度低，這一結果與Sandhu等［19］的研究基本一致。影響凝膠硬度主要的因素是直鏈淀粉凝膠網絡的含量與溶脹顆粒的形變能力，說明酸漿法對淀粉顆粒結構的影響較大，使得淀粉的回生程度增大。

表6 不同提取方法豌豆淀粉的TPA

2.5 粉絲性質測定

2.5.1 粉絲拉伸性測定

由表7得出，酶法豌豆淀粉與酸漿法淀粉相比，拉斷相同距離所需的力小;在相同拉伸應力條件下，拉伸長度小，受外力拉伸至最大負荷斷裂時需要的能量低。在粉絲回生的初期，可溶性直鏈淀粉在氫鍵的作用下，可形成具有一定韌性的淀粉凝膠網絡結構，此網絡結構提供了粉絲的強度。由于酶法淀粉較酸漿法淀粉可溶性直連淀粉含量較低，因此淀粉膠網絡結構的強度較低，則導致了酶法粉絲柔韌性較酸漿法較差。

表7 粉絲的拉伸性測定結果

2.5.2 粉絲蒸煮性測定

由表8看出，酸漿法淀粉的粉絲膨潤度和煮沸損失較酶法淀粉粉絲的高。煮沸損失、干物質含量與可溶性淀粉等因素有關，酸漿法淀粉所含可溶性淀粉多，因此酸漿法淀粉的煮沸損失比酶法淀粉大，干物質含量低。由于煮沸損失可以在很大程度上表現出粉絲的質量，因此酶法淀粉制取的粉絲品質優于酸漿法制取的粉絲品質。

表8 粉絲的蒸煮性測定結果

3 結論

采用酶法制取豌豆淀粉的最佳條件為:酶處理溫度49.0℃、酶處理時間266 min、酶添加量222 mg/kg，淀粉的得率達41.0%。目前，由于酸漿法提取綠豆及豌豆淀粉得率在36%～39%，因而而酶法提取的豌豆淀粉的得率較酸漿法淀粉的提高了5%。酶法提取豌豆淀粉的糊化溫度較酸漿法的高，但是回生值和衰減值皆低于酸漿法淀粉，淀粉顆粒更耐剪切，淀粉糊更穩定。與酸漿法淀粉膠硬度相比，酶法淀粉膠硬度下降。酶法豌豆淀粉的煮沸損失顯著低于酸漿法淀粉，粉絲不易糊湯，品質優于酸漿法淀粉的粉絲。

志謝:青島農業大學第四屆大學生創新教育立項項目。

［1］高群玉，周俊俠，張力田.粉絲的質量分析和評價［J］.食品研究與開發，2000，21(2):47 －49

［2］馮敘橋.粉絲的加工技術［J］.食品技術，1994(2):17－19

［3］熊立英，陳新運.利用豆類粉絲泔水生產蛋白質飼料［J］.糧食與飲料工業，1990(2):17－18

［4］巫東堂，周柏玲，盧健鳴，等.無鋁粉絲(條)研制及生產工藝研究［J］.農業工程學報，2003，1(19):62－64

［5］Wischmann B，Ahmt T，Bandsholm O，et al.Testing properties of potato starch from different scales of isolations－A ringtest［J］.Journal of Food Engineering，2007，79:970 －978

［6］Zhong F，Li Y，Ibariez A M，et al.The effect of rice variety and starch isolation method on the pasting and rheological properties of starch pastes［J］.Food Hydrocolloids，2009，23:406－414

［7］Li Y，Shoemaker C F，Ma J G，et al.Effects of alcalase/protease N treatments on rice starch isolation and their effects on its properties［J］.Food Chemistry，2009，114:821 －828

［8］Mazurs E G，Schoch T J，Kite F E.Application of the starches on foods［J］.Cereal Chemistry，1957，31(4):42

［9］Shanthy A P，Sowbhagya C M，Bhattacharya K R，et al.Simplified determination of water－insoluble amylase content of rice［J］.Starch，1980，12:409 －411

［10］丁筑紅，譚書明，黃祥勇，等.微波條件對淀粉磷酸單酯取代度的影響及糊化性質研究［J］.中國糧油學報，2005，20(4):34 －38

［11］陳海華，李國強，呂振磊.木聚糖酶對面粉糊化特性和面包品質的影響［J］.糧油食品科技，2010，18(1):10－12

［12］Bao J S，Xia Y W.Genetic control of paste viscosity characteristics in indica rice(Oryza sativa L)［J］.Theoretical and Applied Genetics，1999，98:1120 －1124

［13］高新章.綠豆粉絲的制作方法［J］.現代農業科技，1991(8):27

［14］譚洪卓，陳素芹，谷文英.粉絲品質評價標準的補充建議［J］.糧油加工與食品機械，2006(3):78－84

［15］劉文菊，沈群，劉杰.酸漿法生產淀粉機理研究初探［J］.食品科學，2006，27:79 －82

［16］Gunaratne A，Corke H.Influence of prior acid treatment on acetylation of wheat，potato and maize starches［J］.Food Chemistry，2007，105:917 – 925

［17］Tester R T，Morrison W R.Swelling and gelatinisation of cereal starch.Ⅰ.Effects of amylopectin，amylose，and lipids［J］.Cereal Chemistry，1990，67:551 －556

［18］Chung H J，Jeong H Y，Lim S T.Effects of acid hydrolysis and defatting on crystallinity and pasting properties of freeze － thawed high amylose corn starch［J］.Carbohydrate.Polymer，2003，54:449 －455

［19］Sandhu K S，Kaur M.Characterization of starches separated from Indian chickpea(Cicer arietinum L.)cultivars［J］.Journal of Food Engineering，2004，63:441 －449.