燕麥乳酶解加工工藝優化

路 威 林偉靜 鐘 葵 周素梅

(中國農業科學院農產品加工研究所，北京 100193)

燕麥(Avena sativa L.)為禾本科植物，在世界谷物生產中居第六位。與其他常見糧食作物相比，燕麥富含蛋白質、β－葡聚糖、不飽和脂肪酸、多酚等，在防治由高血脂引起的心腦血管疾病、控制人體血糖以及減肥等方面的功效已經得到廣泛認可，美國食品藥品管理局(FDA)于1997年公布燕麥“具有降低心臟病風險”的功能［1］。

目前，我國大部分燕麥被加工成為燕麥粉，燕麥片以及燕麥餅干［2］。這些產品并沒有徹底解決燕麥食品品種單一、適口性差等問題。谷物的飲料加工是谷物加工的新方向，燕麥相比于其他谷物含有更多的β－葡聚糖與脂肪，這些特征賦予燕麥較好的乳化特性［3］和特殊的香氣［4］，為研制燕麥乳奠定了一定的物質基礎。

國外燕麥乳的加工技術已經十分成熟［5］，其主要工藝為將淀粉酶解成小分子，代表產品為瑞典產Oatly!有機燕麥飲料，澳大利亞產Pure Harvest!有機燕麥乳。與國內目前普遍存在的燕麥濃漿產品相比，此類產品口感更類似牛奶，不添加穩定劑，甜味劑。

國內關于燕麥乳工藝的研究中，對工藝步驟已有部分探討［6］，但現有研究限于單獨考察液化與糖化過程，忽視了液化與糖化之間的聯系，且僅選取單一的評價指標，不能全面描述燕麥乳品質。本研究擬利用微波前處理，將酶解過程分為液化和糖化兩步生產燕麥乳，擬通過多指標正交試驗優化酶解工藝，獲得營養與感官品質與國外產品類似的燕麥乳。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

品燕1號:山西省農科院資源品質所;中溫淀粉酶，葡糖淀粉酶，支鏈淀粉酶:諾維信公司;牛奶、椰奶、杏仁露，市售;3，5－二硝基水楊酸，NaOH，丙三醇:北京化學試劑廠;醋酸鋅，亞鐵氰化鉀:國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器設備

YP2001N天平:上海精密科學儀器與限公司;T－214分析天平:北京賽多利斯儀器系統有限公司;HR2006攪拌機:飛利浦電子香港有限公司;JMS－30A膠體磨:廊通機械有限公司;NN－GS597M微波爐:上海松下微波爐有限公司;THZ－82A水浴恒溫振蕩器:金壇市榮華儀器制造有限公司;DHG－9240A電熱恒溫鼓風干燥箱:上海精宏實驗設備有限公司;TU－1900雙光束紫外可見分光光度計:北京普析通用儀器有限公司;烏氏黏度計:臺州市椒江區玻璃儀器廠;Kieltec Analysister全自動凱氏定氮儀:FOSS儀器有限公司;BT－9300激光粒度儀:沈陽百特儀器公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 制作工藝

燕麥→清洗→浸潤→微波處理→制漿→液化→糖化→過篩→均質→灌裝→滅菌→燕麥乳

1.3.2 微波處理

燕麥經清洗后瀝干水分，置于微波爐中。控制微波條件:微波載物量33.3 W/g，設置微波處理1、2、3、4 min，考察燕麥籽粒的含水量、氣味及顏色的變化情況。

1.3.3 料液比

設置料液比(質量比)1∶6，1∶7，1∶8，1∶9 制漿，使用相同工藝制成燕麥乳成品，選取總固形物含量、蛋白質含量為指標評價料液比對燕麥乳品質的影響。

1.3.4 液化條件

待燕麥漿溫度升至預定液化溫度，加入中溫α－淀粉酶，改變酶添加量、酶解溫度、酶解時間。單因素試驗水平設置:酶添加量 0.025%、0.05%、0.10%、0.15%;酶解溫度75、80、85、90 ℃;酶解時間30、60、90、120 min。

1.3.5 糖化條件

液化完畢后使燕麥漿迅速降溫至60℃，添加預配復合糖化酶(葡糖淀粉酶，支鏈淀粉酶)，改變酶用量、酶解時間。單因素試驗水平設置:酶添加量0.025%、0.05%、0.1%、0.15%;酶解時間 30、60、90、120 min。

1.3.6 酶解正交試驗

選取還原糖含量、黏度評分、蛋白質含量為評價指標，設計5因素4水平多指標正交試驗［7－8］。

隨機選取20人進行感官試驗，確定還原糖含量、黏度評分、蛋白質含量對燕麥乳品質影響程度的權重比例，計算3者加權平均數得到綜合分。

1.3.7 分析方法

總固形物含量=(100－水分)×100%，水分依照GB 5009—2010測定。黏度評分=1/|相對黏度－3.3|，相對黏度 =t1/t0，其中 t1為25 ℃下燕麥乳流過烏氏黏度計的時間，t0為25℃下純水流過烏氏黏度計的時間，作為標準常數。蛋白質含量，依照GB 5009—2010測定，氮轉換系數為5.83。還原糖含量使用 DNS 法測定［9－10］。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel進行數據整理，用DPS軟件進行正交試驗分析，試驗重復次數n=3。

2 結果與討論

2.1 微波處理對燕麥乳品質的影響

微波處理的目的是滅酶和產香。燕麥籽粒經清洗后放置一段時間浸潤，在33.3 W/g微波條件下處理。處理1 min后燕麥籽粒仍然存在蛋白腥味，處理3 min后燕麥略帶烘焙味，色澤沒有明顯變化，微波處理5 min后，燕麥的氣味由香甜變為焦糊，燕麥顏色迅速變深至炭化，品質劣變。加熱過程中脂肪降解和美拉德反應是產生香氣的重要原因［11］，使用微波處理3 min制得的燕麥乳兼具燕麥和玉米香氣，風味良好，即燕麥脂肪的氧化程度適中。籽粒含水率為20%～25%時微波處理25 s，燕麥的殘存酶活已降至3.3%［12］，本試驗的處理條件均優于該研究，可以保證滅酶效果。綜合以上分析，在微波載物量為33.3 W/g條件下，確定微波處理時間為3 min。

2.2 料液比對燕麥乳品質的影響

料液比是影響產品得率、風味口感的重要因素。隨著料液比降低，燕麥乳的相對黏度、總固形物含量、蛋白質含量逐漸減少。本研究參考國外相關產品品質，綜合燕麥乳的營養(蛋白質含量≥1 g/100 mL)、口感及后續工藝條件，選擇較適宜的料液比為1∶7(見表1)。

表1 料液比對燕麥乳品質的影響

2.3 酶解工藝的優化

燕麥漿中包含兩種不穩定的大分子:淀粉、蛋白質。淀粉會在燕麥乳貯藏過程中重新聚集回生，而蛋白質則會在熱加工過程中發生變性聚集。利用α－淀粉酶內切淀粉分子中的α－1，4－糖苷鍵，將淀粉生成小分子糊精，減輕由于淀粉分子重新聚集回生帶來的凝沉和失穩現象。有報道認為燕麥蛋白的變性溫度為98.21℃［13］，而液化過程通常需要在較高溫度下進行，無法避免蛋白質發生變性反應，只能通過優化反應條件減輕這種變化。

另外，黏度偏高是燕麥濃漿適口性差的主要原因，對淀粉進行酶解處理可降低黏度以改善口感。由Stokes定律知粒子自然沉降或上浮的速度與粒子半徑的平方和兩相間的比重差成正比，與液體黏度成反比［14］，黏度降低在某種程度上不利于體系的穩定，所以需要尋找恰當的酶解程度，在獲得產品口感的同時保持體系的穩定性。

2.3.1 液化工藝

由圖1可以看出，在0.025%～0.15%的酶添加量范圍內，酶量多少未顯著影響體系中的蛋白質含量，但對體系黏度影響明顯，在加酶量為0.05%時出現峰值黏度。在綜合液化效果與體系穩定性的前提下，選取較低黏度范圍內的最大黏度值作為適宜的黏度值，因此選取0.05%加酶量。

圖1 液化酶添加量對燕麥乳品質的影響

試驗選擇中溫液化酶進行液化是為了減輕體系中蛋白質的變性程度，維持體系穩定并保留較多蛋白質。由圖2可知，液化溫度為85℃時燕麥乳的相對黏度達到最大值3.53;蛋白質含量隨著液化溫度的升高逐漸降低，90℃與85℃相比下降幅度達到50%。綜合考慮液化效果及蛋白質穩定性，初步選取85℃為液化適宜溫度。

圖2 液化溫度對燕麥乳品質的影響

液化處理60 min時燕麥乳相對黏度值達到3.60(圖3)，蛋白質含量隨著液化時間的延長逐漸降低。兼顧體系相對黏度、蛋白質穩定性及液化程度，初步選擇液化時間為60 min。

圖3 液化時間對燕麥乳品質的影響

2.3.2 糖化工藝

所選取糖化酶的適宜作用溫度為60℃，該參數對體系相對黏度、蛋白質變性程度影響較小，故不再對糖化溫度做研究。糖化復合酶可以同時降解α－1，4－糖苷鍵，α－1，6－糖苷鍵，糖化酶外切糊精分子生成麥芽糖，支鏈淀粉酶切斷淀粉支鏈，進一步降解淀粉并降低體系黏度。

圖4 糖化酶添加量對燕麥乳品質的影響

復合糖化酶的添加量對燕麥乳的相對黏度有較大影響，添加0.025%混合糖化酶后燕麥乳相對黏度為5.07，隨著添加量增加至0.1%，體系相對黏度逐漸降低至2.70左右(圖4)，下降幅度達47%，說明支鏈淀粉酶可以在較低溫度下降解淀粉，代替液化酶的部分作用。繼續增加糖化酶用量，體系黏度和還原糖量的變化均趨于緩和。考慮到在0.05%附近發生較大變化，故選擇選擇0.05%為較優條件。

圖5 糖化時間對燕麥乳品質的影響

由圖5知，隨著糖化時間的延長，燕麥乳的還原糖含量逐漸增加，燕麥乳的甜味逐漸增大;相對黏度下降說明體系中糊精的支鏈亦被切斷，分子質量降低。相對黏度降低也伴隨著體系穩定性下降，綜合各因素，初步選擇60 min為適宜糖化時間。

2.3.3 正交試驗

結合單因素試驗結果，確定正交試驗因素水平安排(表2)。

表2 酶解正交試驗因素水平表

酶解型燕麥乳是復雜的混合體系，使用單一指標難以全面衡量其真實狀態，必須根據各指標的重要性差異以及各指標之間的協調問題給出權重，綜合評分后得到正交試驗結果，確定最優工藝。

分析國外相關產品后發現相對黏度為3.3的燕麥乳穩定性較好、口感爽滑。借鑒國外成熟產品的品質特征，設置黏度評分 =1/|相對黏度 －3.3|，即相對黏度偏離3.3越大，產品品質越差。在感官試驗中，有15人認為還原糖含量、黏度評分、蛋白質含量的加權比例為4∶3∶1能更好的描述燕麥乳的品質狀態，且該比例與3者的標準差之比較為接近，亦能著重考察波動程度大的指標，故將該比例確定為各指標權重之比。

表3 酶解正交試驗安排及試驗結果

依據標準化公式及權重計算綜合得分，分析多指標正交試驗得到最佳方案為A3C4D4E4B3，各因素影響順序為:液化溫度＞液化酶量＞糖化時間＞糖化酶量＞液化時間。最佳工藝條件為:液化溫度為85℃，液化酶量為0.1%，糖化時間為70 min，糖化酶量為0.09%，液化時間為60 min(表3)，使用該工藝條件制得燕麥乳的品質指標見表4。

另參考林偉靜等的報道［15］，提取溫度和時間對燕麥β－葡聚糖的提取率有較大影響。燕麥β－葡聚糖既是燕麥乳中重要的功能成分，又可以增加體系的黏度及乳化穩定性。在所有反應條件的組合中，正交試驗的最佳條件具有較高溫度，更有利于β－葡聚糖等功能成分的溶出。

由表4可知，以改進工藝進行加工，燕麥乳的相對黏度3.47、還原糖含量3.40 g/mL、總固形物質量分數10.03%、蛋白質質量分數1.37%，最大程度保留了總固形物和蛋白質，高于植物蛋白飲料中蛋白質質量分數需大于0.5%的行業標準［16］，與市售椰奶及杏仁露等植物蛋白飲料相比，蛋白質含量更高;燕麥乳的黏度與甜度適中、口感爽滑且相對穩定，粒徑范圍與牛奶、椰奶、杏仁露相似，有可能保持較好穩定性。

表4 燕麥乳及同類產品品質比較

3 結論

3.1 利用微波預處理工藝對燕麥籽粒進行滅酶和增香處理，確定微波載物量33.3 W/g，時間3 min。

3.2 在單因素試驗的基礎上應用多指標正交試驗優化酶解工藝，綜合考慮體系黏度、蛋白質含量等因素確定工藝條件:液化酶量0.1%，液化溫度85℃，液化時間60 min，糖化酶量0.09%，糖化時間70 min。

3.3 優化酶解工藝制得燕麥乳的蛋白質含量比市售椰奶、杏仁露高，風味口感與國外產品類似，體系相對穩定，未來發展前景看好。

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