加酶擠壓法對玉米淀粉基脂肪替代物全質(zhì)構(gòu)的影響

李桂杰 郭艷莉 肖志剛， 王 鵬 楊慶余 宋 友

（1.沈陽師范大學(xué)糧食學(xué)院，遼寧 沈陽 110034；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

脂肪攝入量過多會引起肥胖癥、高血脂、高血壓、高血糖、脂肪肝、腦血栓、冠心病等疾病。可是人類攝入的食品中脂肪對食品的風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)、口感、潤滑等感官特性又起著重要的作用［1］。于是脂肪替代物就應(yīng)運而生，這種產(chǎn)品具有類似于脂肪的感官性狀，它能夠全部或部分代替天然油脂，保持全部或部分天然油脂使用口感特性，同時，食用后能使攝入總熱量保持在較低水平而沒有饑餓感［2］，因此有著潛在的開發(fā)市場。變性淀粉作為脂肪替代物中的一大類，其制備采用控制降解淀粉的方法，將淀粉分子降解成糊精，同時降低了淀粉糊的黏度，使易形成凝膠。淀粉液化后DE值小于5或更小，只要能形成流變學(xué)上被稱為穩(wěn)定的凝膠，并有一定的黏度，這種類型的變性淀粉適宜作脂肪替代物［3，4］。近年來擠壓膨化技術(shù)因具有耗能低，反應(yīng)時間短，生產(chǎn)效率高等特點，引起了人們的重視［5－7］，以擠壓機作為連續(xù)酶生物反應(yīng)器，用大米、玉米、大麥為原料加酶進行應(yīng)用研究已有報道［8－11］，這些報道體現(xiàn)了擠壓方法和酶解法在淀粉不同應(yīng)用中的研究價值。文獻檢索中也有關(guān)于加酶擠壓玉米淀粉基脂肪替代物的初步報道［12］，但尚未有關(guān)于全質(zhì)構(gòu)的報道。本研究是在以往研究基礎(chǔ)上進一步探索各擠壓參數(shù)對脂肪替代物全質(zhì)構(gòu)的影響［13，14］，通過加酶擠壓玉米淀粉法獲得介于原玉米淀粉和糊精之間得到的中間產(chǎn)品，克服了原玉米淀粉替代脂肪顆粒大、黏度高無法產(chǎn)生類似脂肪的口感和流體性質(zhì)［15］。本研究以DE值和全質(zhì)構(gòu)［16］各參數(shù)作為考察指標，對單因素擠壓參數(shù)下全質(zhì)構(gòu)和DE值之間的分析，可為后續(xù)工藝優(yōu)化和在食品中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料

1.1.1 試驗儀器

雙螺桿擠壓：DS56－Ⅲ型，濟南賽信膨化機械有限公司；

恒溫干燥箱：DH6－905385－Ⅲ型，上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司；

粉碎機：RRH－100型，上海緣沃工貿(mào)有限公司；

電子天平：PL202－S型，精確度0.01g，梅特勒—拖利多儀器（上海）有限公司；

計價秤：ACS－30型，永康市杰力衡器有限公司；

分析天平：FA1004型，精度0.1mg，上海光學(xué)儀器廠；

質(zhì)構(gòu)儀：TA－XT 2i型，英國SMS公司；

阿貝折光儀：2WAJ型，上海光學(xué)儀器廠；

低速離心機：SC3614型，安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；

數(shù)顯攪拌水浴鍋：HH－4型，常州賽普實驗儀器廠。

1.1.2 試驗材料

玉米淀粉：水分11.94%，長春大成實業(yè)集團有限公司；

中溫α－淀粉酶：酶活3 487U／g，北京雙旋微生物培養(yǎng)基制品廠；

氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、結(jié)晶苯酚、可溶性淀粉、檸檬酸磷酸氫二鈉：分析純，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司；

亞硫酸鈉、葡萄糖、碘：分析純，天津市天力化學(xué)試劑有限公司；

3，5－二硝基水楊酸、碘化鉀：化學(xué)純，天津市東天正精細化學(xué)試劑廠。

1.2 試驗方法

1.2.1 水分測定 按 GB 8304——87執(zhí)行。

1.2.2 中溫α－淀粉酶酶活的測定 按 GB 8275——2009執(zhí)行。

1.2.3 擠壓方法 按照操作中不同條件用稱量紙秤取中溫α－淀粉酶放于燒杯中，并傾入不同條件下所需要的60℃蒸餾水用玻璃棒攪拌均勻，再與玉米淀粉充分混合，靜置15min，在不同的操作條件下，通過雙螺桿擠壓機擠壓，等出料穩(wěn)定后收集擠出樣品，將擠出的樣品于100℃的恒溫箱中烘干，干燥樣品粉碎后密封保存，以備后續(xù)分析。

1.2.4 DE值測定方法 還原糖測定參照3，5－二硝基水楊酸比色法；可溶性固形物采用阿貝折光儀法測定。按式（1）計算DE值。

1.2.5 凝膠的制備 不同條件下處理的樣品在小鋁盒中用70℃的蒸餾水配制成質(zhì)量分數(shù)為30%的糊狀液，在冰箱中（4℃）放置12h形成凝膠后，采用質(zhì)構(gòu)儀測定凝膠性質(zhì)。測定條件：探頭型號P／0.5；校高的高度是40mm，下壓速度2.0mm／s，接觸凝膠后速度1.0mm／s；測試時壓縮百分比是50%，提升速度2.0mm／s，測試壓力5g，其中凝膠硬度（強度）指第一次穿破樣品時的壓力峰值，重復(fù)試驗3次，以平均值作為測定結(jié)果。

1.2.6 單因素試驗 以機筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、物料水分、酶濃度為因素，以脂肪替代物的DE值、凝膠硬度、粘合性、咀嚼性、彈性、粘結(jié)性、回復(fù)性為指標進行單因素試驗。固定各因素值分別取酶濃度5U／g，機筒轉(zhuǎn)速140r／min，機筒溫度75℃，水分含量30%。各因素試驗條件見表1。

表1 單因素試驗條件?Table 1 Single factor test conditions

1.2.7 數(shù)據(jù)分析方法 用 Microsoft Office Excel分析軟件繪制試驗中散點圖及對各參數(shù)進行相關(guān)分析，用Spss 16.0統(tǒng)計分析軟件進行多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 酶濃度對試驗結(jié)果的影響

由表2可知，隨著酶濃度的增加DE值是先增大后減小，5U／g與其余水平之間差異顯著；1U／g與3U／g之間差異不顯著，兩者間的DE值接近；7U／g和9U／g之間差異不顯著，兩者間DE值接近，但是1，3U／g與7，9U／g之間呈顯著性差異，原因在于當酶濃度較低時酶不能和底物充分接觸，從而所有的DE值都小，當酶濃度增加到7U／g時DE值達到最大，隨著酶濃度的繼續(xù)增加DE值增大比較平緩，究其原因可能是由于在擠壓機腔內(nèi)淀粉降解，同時酶濃度的增大使酶與玉米淀粉充分接觸，從而使DE值增大，但是由于在擠壓機腔內(nèi)酶對物料的作用時間有限，于是當酶的濃度達到一定值時，DE值出現(xiàn)了平緩的現(xiàn)象。

硬度是使凝膠達到一定變形所需的力［17］，是評價凝膠質(zhì)地的主要指標。由表2可知，隨著酶濃度的增加硬度逐漸減小，在1，3，5，9U／g之間均呈現(xiàn)顯著性差異，7U／g和5，9U／g之間差異不顯著，說明隨著酶濃度的增加硬度變化趨勢趨于平緩。這可能是當酶濃度較低時，酶不能充分接觸底物玉米淀粉，同時由于玉米淀粉緊密的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致酶解速度慢，淀粉結(jié)構(gòu)還沒有完全被破壞仍然保留原玉米淀粉的特性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種緊密的結(jié)構(gòu)可以較好的束縛水分使其硬度依然較大，但是隨著酶濃度的增加，酶與底物玉米淀粉的充分接觸使淀粉分子很容易被切斷成較小的分子，使其失去了較緊密的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，水分的束縛能力下降，因此其硬度較低。

凝膠黏聚性表示測試樣品經(jīng)過第一次壓縮變形后所表現(xiàn)出來的對第二次壓縮的相對抵抗能力它反映了凝膠內(nèi)部結(jié)合力的大小。由表2可知，1U／g與3U／g之間差異不顯著，5，7，9U／g之間差異不顯著。當凝膠的硬度減小時，玉米淀粉內(nèi)部的結(jié)合力減弱也正好與硬度變化趨勢相吻合，所以出現(xiàn)了隨著酶濃度的增加凝膠性逐漸減小的情況。

彈性是樣品經(jīng)過第一次壓縮以后能夠再恢復(fù)的程度，回復(fù)性表示樣品在第一次壓縮過程中回彈的能力［18］，其本質(zhì)都反映了凝膠被探頭觸碰后內(nèi)部結(jié)合的變化情況。由表2可知，3U／g與5U／g之間的彈性差異不顯著，7U／g與9U／g之間彈性差異不顯著，1U／g與3，5，7，9U／g之間彈性差異顯著。在1，5，7，9U／g之間回復(fù)性差異顯著，在1，3，7U／g之間回復(fù)性差異不顯著，3U／g與9U／g之間差異顯著。隨著酶濃度的增加，彈性和回復(fù)性由大變小，正反應(yīng)了凝膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的情況。

咀嚼性表示的是將食品咀嚼到可吞咽時需要做的功。在1，3U／g與5，7，9U／g之間咀嚼性差異顯著，在5，7，9U／g之間咀嚼性差異不顯著。隨著酶濃度的增加DE值增加，硬度變小，凝膠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)持水能力降低，結(jié)合能力低，從而需要做的功越來越少，咀嚼性也就越來越小。

粘合性是硬度和黏聚性的乘積，在1，3，5，7U／g之間粘合性差異顯著，在1，3，5，9U／g之間粘合性差異顯著，在7U／g與9U／g之間粘合性差異顯著，它的變化趨勢隨著酶濃度的增加也越來越小。

為了更加明了DE值和TPA質(zhì)構(gòu)測定的參數(shù)與酶濃度之間的關(guān)系，對試驗各參數(shù)進行了線性相關(guān)分析，結(jié)果見表3。由表3可知，DE值與酶濃度是呈顯著正相關(guān)（例：相關(guān)系數(shù)0.935），硬度、粘合性、咀嚼性與酶濃度呈顯著負相關(guān)，彈性、黏聚性與酶濃度呈極顯著相關(guān)，硬度、彈性、黏聚性、與DE值呈顯著負相關(guān)，彈性與硬度呈顯著正相關(guān)，黏聚性、咀嚼性和粘合性與硬度呈極顯著正相關(guān)，粘合性與咀嚼性呈極顯著正相關(guān)，咀嚼性和黏聚性呈顯著正相關(guān)，咀嚼性和粘合性呈極顯著正相關(guān)。

表2 各指標酶濃度不同水平的多重比較的試驗結(jié)果?Table 2 Experimental results of multiple comparisons of the different levels of the enzyme concentration of each indicator

表3 不同酶濃度下DE值和TPA試驗中各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)之間簡單的相關(guān)系數(shù)?Table 3 Simple correlation coefficient between the different enzyme concentration DE value and TPA experiments the texture parameters

2.2 機筒溫度對試驗結(jié)果的影響

由表4可知，在55，65，75℃之間DE值差異不顯著，在55℃與85℃之間DE值差異不顯著，在85℃與95℃之間DE值差異不顯著，在75℃與85，95℃之間DE值差異顯著。隨機筒溫度的增加DE值先增大后減小，溫度的上升有利于增強酶對底物的作用效果。但是隨著溫度的繼續(xù)升高，當溫度超過中溫α－淀粉酶酶活力溫度的作用范圍時，酶失活不能對底物起作用，從而DE值呈現(xiàn)下降趨勢。

凝膠硬度在65℃與75℃之間差異不顯著，在65，75℃與其余水平間硬度均差異顯著，硬度總體是隨著機筒溫度的增加先減小后增大之后趨于平緩。在55，65，75，85℃之間黏聚性差異不顯著，在55，75，85，95℃之間黏聚性差異不顯著，在65℃與95℃之間差異顯著。

彈性、回復(fù)性在各個水平之間均呈差異不顯著，凝膠黏聚性、彈性和回復(fù)性隨著機筒溫度的升高，先減小后增加。咀嚼性在55℃與85℃之間呈現(xiàn)差異不顯著，在65℃與75℃之間呈現(xiàn)差異不顯著，55，85℃與65，75℃和95℃之間呈顯著性差異。

由表5可知，DE值和TPA質(zhì)構(gòu)測定的參數(shù)與機筒溫度之間的關(guān)系。DE值與機筒溫度呈負相關(guān)，硬度、彈性、黏聚性、粘合性、咀嚼性、回復(fù)性與機筒溫度呈正相關(guān)，硬度與DE值呈極顯著負相關(guān)，粘合性、咀嚼性與DE值呈顯著負相關(guān)，咀嚼性、粘合性與硬度呈極顯著正相關(guān)，粘合性、咀嚼性與黏聚性呈顯著正相關(guān)，咀嚼性與粘合性呈極顯著正相關(guān)。

表4 各指標機筒溫度不同水平的多重比較的試驗結(jié)果?Table 4 Experimental results of multiple comparisons of the different levels of a barrel temperature of each indicator

表5 不同機筒溫度下DE值和TPA試驗中各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)之間簡單的相關(guān)系數(shù)?Table 5 Simple correlation coefficient between the different barrel temperatures DE value and TPA experiments the texture parameters

2.3 水分含量對試驗結(jié)果的影響

由表6可知，在20%，25%，30%，40%之間DE值呈顯著性差異，35%與30%，40%呈不顯著性差異，但是30%與40%之間呈顯著性差異。隨著水分的增加DE值逐漸增大，當水分含量在35%時DE值最大，并且隨著水分含量的增加DE值趨于平穩(wěn)狀態(tài)。水分是酶對底物作用的媒介，當水分含量低時酶不能在底物中充分發(fā)揮作用，所以淀粉的水解程度低，DE值也低；當水分含量逐漸增加時，水分在機筒內(nèi)對擠壓機腔內(nèi)的剪切力起到減小摩擦阻力的作用，從而使物料停留時間較短［19－21］，所以當水分含量達到一定程度時DE值變化趨于平緩。

在30%，35%，40%之間凝膠硬度呈不顯著性差異，該3個水平與20%，25%之間呈顯著性差異。凝膠硬度隨著水分含量的增加整體變化趨勢是逐漸下降的。由表6可知，凝膠黏聚性在20%，25%之間差異不顯著，在30%，35%，40%之間黏聚性差異不顯著，在20%，25%與30%，35%，40%之間黏聚性差異顯著。彈性在20%，30%，35%，40%之間差異不顯著，在20%，25%，30%，40%之間差異不顯著，在25%，35%之間差異顯著。回復(fù)性在25%，30%，35%，40%之間差異不顯著，這些水平與20%之間呈顯著性差異。凝膠黏聚性、彈性和回復(fù)性隨著物料水分含量的增加出現(xiàn)由大到小的變化。咀嚼性在30%，35%，40%之間呈現(xiàn)不顯著差異，此3水平與25%，20%均呈顯著性差異，隨著物料水分含量的增加咀嚼性值越來越小；粘合性的差異顯著性分析與咀嚼性分析方式相同，粘合性的變化趨勢隨著物料水分含量的增加也是越來越小。

由表7可知，DE值與水分含量是呈顯著正相關(guān)，硬度、彈性、黏聚性、粘合性、咀嚼性與水分含量呈負相關(guān)，硬度、黏聚性、粘合性、咀嚼性與DE值呈顯著負相關(guān)，粘合性、咀嚼性、回復(fù)性與硬度呈極顯著正相關(guān)，黏聚性與彈性呈極顯著正相關(guān)，咀嚼性、回復(fù)性與粘合性呈極顯著正相關(guān)，回復(fù)性與咀嚼性極呈顯著正相關(guān)。

表6 各指標水分含量不同水平的多重比較的試驗結(jié)果?Table 6 Experimental results of multiple comparisons of the different levels of moisture content of each indicator

表7 不同水分含量下DE值和TPA試驗中各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)之間簡單的相關(guān)系數(shù)?Table 7 Simple correlation coefficient between the different moisture content DE value and TPA experiments the texture parameters

2.4 機筒轉(zhuǎn)速對試驗結(jié)果的影響

由表8可知，DE值在80，110，170r／min之間差異不顯著，在80，140，170，200r／min之間差異不顯著，110r／min與140r／min之間差異顯著。隨著機筒轉(zhuǎn)速的增加DE值逐漸增大，當轉(zhuǎn)速在140r／min時DE值最大，然后逐漸減小，DE值變化的整體趨勢不明顯。當機筒螺桿轉(zhuǎn)速較低時剪切力小，物料在機筒內(nèi)滯留時間長可以與酶充分作用，但是在有限的時間內(nèi)酶的濃度不足以達到使物料降解較多；當轉(zhuǎn)速升高時雖然剪切力變大，但是由于物料在機筒內(nèi)停留時間短，所以DE值隨機筒轉(zhuǎn)速的增加雖然有所增大，但是變化趨勢不明顯。從表8中看到140r／min與170r／min之間差異不顯著，此兩水平與其余水平之間均呈顯著性差異，凝膠硬度隨著機筒轉(zhuǎn)速的增加整體變化趨勢是逐漸下降的。

由表8可知，黏聚性在80r／min與110r／min之間差異不顯著，140，170，200r／min之間凝膠黏聚性差異不顯著，80，110r／min與140，170，200r／min之間黏聚性呈顯著性差異。在140，170，200r／min之間凝膠彈性差異不顯著，在110r／min與170r／min之間彈性差異不顯著，80r／min與110r／min和140，200r／min之間差異顯著性。回復(fù)性在80，110，200r／min之間差異不顯著，在140，170r／min差異不顯著，在80，110，200r／min與140，170r／min間呈顯著性差異。凝膠黏聚性、彈性和回復(fù)性隨著機筒轉(zhuǎn)速的增加由大變小；咀嚼性的差異顯著性分析與黏聚性的分析方式相同，隨著機筒轉(zhuǎn)速的增加咀嚼性就越來越小。粘合性在140r／min與170r／min之間差異不顯著，在140r／min與200r／min間差異不顯著，80r／min與110r／min和140，170，200r／min之間差異顯著，粘合性的變化趨勢隨著機筒轉(zhuǎn)速的增加也是越來越小。

由表9可知，DE值與機筒轉(zhuǎn)速呈正相關(guān)，硬度、粘合性、回復(fù)性與機筒轉(zhuǎn)速呈負相關(guān)，硬度、粘合性與DE值呈顯著負相關(guān)，粘合性與硬度呈極顯著正相關(guān)，咀嚼性與硬度呈顯著正相關(guān)，咀嚼性、黏聚性與彈性呈顯著正相關(guān)，粘合性與黏聚性呈顯著正相關(guān)，咀嚼性與黏聚性呈極顯著正相關(guān)，咀嚼性與粘合性呈極顯著正相關(guān)。

表8 各指標機筒轉(zhuǎn)速不同水平的多重比較的試驗結(jié)果?Table 8 Experimental results of multiple comparisons of the different levels of screw speed of each indicator

表9 不同機筒轉(zhuǎn)速下DE值和TPA試驗中各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)之間簡單的相關(guān)系數(shù)?Table 9 Simple correlation coefficient between the different barrelspeeds DE value and TPA experiments the texture parameters

2.5 不同因素對各個指標的影響分析

由圖1可知，DE值均值在酶濃度與水分含量接近的情況下酶濃度的標準差偏大，說明在不同水平的酶濃度下各個觀察值與均值偏離程度大，說明不同的酶濃度對DE值影響效果顯著，以此類推可以得到不同因素對DE值影響情況：酶濃度＞水分含量＞機筒溫度＞機筒轉(zhuǎn)速；同理可得各因素對硬度的影響情況是酶濃度＞水分含量＞機筒轉(zhuǎn)速＞機筒溫度。很顯然在圖1中對各個指標的影響情況總體上還是酶濃度和水分含量對其各個指標起顯著作用，這與以往研究［22］所得的結(jié)論基本一致。本試驗中的標準差過大并不是試驗中的誤差造成，而是試驗的不同水平下觀察值效果顯著的一種特征標志，圖2和圖3就是鮮明的對照。

圖1 不同因素對各個指標影響對比Figure 1 Effect of different factors on the each indicator

3 結(jié)論

圖2 轉(zhuǎn)速在80r／min時的凝膠TPAFigure 2 TPA of gel at the screw speed 800r／min

圖3 原玉米淀粉凝膠TPAFigure 3 TPA of raw corn gel

在加酶擠壓加工制備脂肪替代物的工藝中，DE值與酶濃度呈正相關(guān)，TPA測定的各個參數(shù)與酶濃度呈顯著負相關(guān)；DE值與機筒溫度呈負相關(guān)，TPA測定的各個參數(shù)與機筒溫度呈正相關(guān)；DE值與水分含量呈顯著正相關(guān)，TPA測定的各個參數(shù)與水分含量呈正相關(guān)；DE值與水分含量呈負相關(guān)；DE值與機筒轉(zhuǎn)速呈正相關(guān)，TPA測定的各個參數(shù)與機筒轉(zhuǎn)速呈負相關(guān)；從TPA測定的各個參數(shù)之間相關(guān)系數(shù)分析各參數(shù)之間幾乎呈正相關(guān)，并且粘合性是硬度與黏聚性的乘積，咀嚼性是粘合性與彈性的乘積，因此，為更加簡化參數(shù)之間的干擾與誤差在以后優(yōu)化工藝中可以考慮以硬度、彈性和黏聚性為考察指標；通過分析在試驗中酶濃度對各個指標起顯著作用，水分含量對各個指標影響呈顯著性作用，此單因素對各個指標的影響只是初探，各因素對各個指標的更加具體影響情況需在后續(xù)工藝中進一步優(yōu)化得出最佳組合，此過程為后續(xù)的研究提供理論依據(jù)。

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