復配谷物糖化酶解制備飲品預制粉(PBP)及其特性研究

龔雪梅，蔡福帶，李同剛，楊帆仔，林小秋

(惠爾康集團有限公司，福建廈門361004;廈門惠爾康食品有限公司，福建廈門361004)

亞健康狀態在經濟發達、社會競爭激烈的國家和地區中普遍存在，人數呈逐年增加的趨勢。世界衛生組織(WHO)章程序言中提到:全世界屬于健康狀態者僅占5%，診病者約占20%，剩下的75%就屬于亞健康狀態者。世衛組織在《迎接21世紀挑戰》中指出:21世紀的醫學不應該繼續以疾病為主要研究領域，應該以人類和人群的健康為主要研究方向［1］。谷物雜糧含有人體必需營養元素，一是維生素B1的含量高，二是含有較多膳食纖維，三是可以增強身體的免疫能力。作為21世紀最具開發潛力的食品資源，谷物雜糧具有健康的營養成分，有利于膳食結構的改善，有利于人類的健康［2］。但現有谷物雜糧復配產品少，或以簡單的物理處理達到顆粒細化，不能充分細化營養分子［3］。在很多谷物研究中需去除谷殼谷皮，不僅浪費原料、污染環境，而且設備工藝復雜，產業化以及復制難度大。

本實驗在復配谷物液化酶解實驗［4］研究中，直接將谷殼谷皮酶解，提高產品膳食纖維的同時，也解決了生產上遇到的部分難題。但制備的可復制預制粉(PBP)顆粒、色澤以及溶解性均不理想，故進一步對復配谷物液化酶解液開展糖化酶解工藝研究，制備溶解性好、色澤呈乳黃色，飲品調配中不會出現pH變化，易于生產復制，且其蛋白質、脂肪以及可溶性膳食纖維含量達到生產標準等生產要求的PBP，實現實驗工藝優化，簡化實驗步驟，最終達到谷物雜糧規模化生產成本降低、產品附加值提高的目的。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

復配谷物液化酶解液(DE值54．88%) 廈門惠爾康食品有限公司;葡萄糖淀粉酶 邢臺萬達生物工程有限公司;糖化酶解;酚酞試劑、菲林試劑、葡萄糖、氫氧化鈉、碘液、鹽酸等 分析純。

DK-98-1電熱恒溫水浴鍋 常州菲普實驗儀器廠;EMS-4B磁力攪拌器 天津市歐諾儀器儀表有限公司;pH測定儀 上海虹益儀器儀表有限公司;XB120A電子天平 上海精密儀器儀表有限公司;DHG9055A鼓風干燥箱 上海精密儀器儀表有限公司;PK-WB-6GS微波干燥爐 南京三樂微波技術發展有限公司。

1.2 預制粉生產工藝流程

在對原料進行液化酶解(淀粉酶和纖維素酶)的基礎上，進行后續糖化酶酶解，液化酶解與糖化酶解對整個預制粉的制備過程起著至關重要作用，具體生產工藝流程如下。

1.3 最佳酶解條件的確定

選擇最佳復配谷物液化酶解液，選用葡萄糖淀粉酶，以DE值為指標，分別考察加酶量、酶解溫度以及酶解時間對原料液化酶解效果的影響，在此基礎上進行正交實驗設計，確定最適酶解條件［5-7］。

1．3．1 酶解單因素實驗

1．3．1．1 加酶量對底物水解度的影響 固定溫度50℃、時間 60min、自然 pH，分別選取 100、150、200、250和300U/mL不同的加酶量進行實驗，確定最適加酶量。

1．3．1．2 溫度對底物水解度的影響 固定加酶量200U/mL、時間60min、自然pH，溫度分別設置為40、50、60、70、80 和 90℃，確定最適溫度。

1．3．1．3 時間對底物水解度的影響 固定加酶量200U/mL、溫度60℃、自然 pH，分別選取 20、40、60、80、100和120min不同時間進行單因素實驗，選擇最適酶解時間。

1．3．2 正交設計優化實驗 在酶解單因素實驗結果的基礎上，以底物水解度(DE值)為指標，利用正交實驗設計，優化酶法制備復配谷物飲品專用預制粉的最佳工藝。實驗設計如表1。

表1 因素水平編碼表Table 1 The code list of factors level

1.4 指標測定

還原糖含量的測定:采用菲林試劑滴定法［5］，總固形物的測定采用105℃恒重法。

DE值計算公式:

DE(%)=還原糖的含量(mg/mL)/總固形物的含量(mg/mL)×100

復配谷物預制粉組分檢測方法:蛋白質參照國家標準 GB 5009．5-2010;脂肪參照 GB/T 5009．6-2003;膳食纖維參照GB/T 22224-2008。

其他成分檢測方法:黃曲霉毒素B1參照GB/T 5009．22-2003;總砷(以 As 計)參照 GB/T 5009．11-2003;鉛(Pb)參照 GB 5009．12-2010，試樣經灰化后，在一定濃度范圍內，注入原子吸收分光光度計石墨爐中，其吸收值與鉛含量成正比，與標準系列比較定量。

溶解性測定［8］:在溶質還沒有完全溶解于溶劑中時，這時在溶液中取出的液體是不一定飽和。但如果溶質已經完全溶解于溶劑中并有溶質析出時，這時在溶液中提取的液體是飽和的。在恒溫水浴條件下，取一定量谷物預制粉加入500mL去離子水中，配制成飽和溶液，取100mL的飽和溶液傾入蒸發皿，再將蒸發皿放入烘箱中烘干，放入干燥器內冷卻后稱量并記錄m2(mg)，重復上述操作(兩次相差不超過2mg)，稱量并記錄蒸發皿的質量m1(mg)，計算PBP溶解性S(mg/100mL)，溶解性測算公式:

1.5 感官評定

抽取10名有食品感官鑒定經驗的人員，對復配谷物經液化和糖化兩步酶解后，微波干燥所得粉劑進行顆粒大小與色澤評定。評定等級標準見表2。

表2 感官評定參考標準Table 2 The reference standard of sensory evaluation

1.6 數據處理

采用微軟辦公軟件Office2007?，Spss19．0軟件處理數據。本實驗均做了三次平行，結果為三次實驗的平均值。

2 結果與分析

2.1 加酶量對糖化酶解的影響

加酶量對酶解效果影響明顯，且關乎生產成本的規劃，是實驗中重要參數。由圖1可知，加酶量由100U/mL提升到200U/mL時，DE值增高迅速，當加酶量達到200U/mL繼續提高加酶量至300U/mL，DE值增加緩慢。這是因為底物近乎完全被酶絡合，酶解進行較為徹底［9-10］，所以結合生產成本因素，選用200U/mL為最適糖化酶解加酶量。

2.2 酶解溫度對糖化酶解的影響

溫度是影響酶活性的重要因素，由圖2可知，不斷提高溫度，DE值呈現明顯的先增后降，當溫度為60℃時，DE值達到86．12%。這是由于低溫度時酶的活性不高影響了酶解效果，當溫度過高時又抑制了酶活。本實驗選用溫度為60℃，進行后續優化實驗。

2.3 酶解時間對糖化酶解的影響

圖1 加酶量對糖化酶解的影響Fig．1 Effect of the enzyme concentration on ability of saccharifying hydrolysis

圖2 溫度對糖化酶解的影響Fig．2 Effect of the temperature on ability of saccharifying hydrolysis

時間是影響酶解效果又一重要參數，由圖3可知，糖化時間由20min增加到60min時，DE值快速增加;60min至80min，DE值緩慢增加;80min后DE值趨于平緩，繼續增加酶解時間，酶解效果已不明顯。這是因為酶解具有專一性［10］，酶解前期需識別底物并與之結合，后期隨著底物減少，酶解效果減弱。綜合考慮，本實驗選擇60min作為后續的酶解優化時間。

圖3 酶解時間對糖化酶解的影響Fig．3 Effect of the time on ability of saccharifying hydrolysis

2.4 糖化酶解正交優化實驗結果

由單因素實驗可知，糖化酶加酶量、反應時間和反應溫度都會對酶解反應產生影響，采用正交實驗來確定糖化酶解的最佳實驗條件。在復配谷物液化酶解的研究基礎上，以DE值為考察指標，以反應溫度、加酶量、反應時間為因素設計L9(34)正交實驗。正交實驗結果見表3。

表3 正交實驗設計結果與分析Table 3 The results and analyase of orthogonal experimental design

由表3可知，在實驗范圍內，各因素的作用大小順序為加酶量高于溫度，溫度高于時間，即A＞B＞C。實驗最佳組合為A3B2C2，即加酶量250U/mL、溫度60℃、時間60min。實驗結果表明，在此條件下，PBP的DE值達到88．96%。

2.5 不同水解度的PBP感官與溶解性比較

PBP的感官與溶解性是其作為生產飲品原料的重要參考因素，感官中的顆粒大小、色澤等影響飲品的顏色和口感，而溶解性直接關系到飲品中固形物的含量以及產品的整體效果。

由表4可知，隨著酶解的進行，即DE值的提高，PBP顆粒逐漸細化，色澤由橘黃色變成乳黃色(接近開發乳品理想的顏色)，當 DE值達到88．96%時，感官評分得92分。同時，其溶解性緩慢提高，適宜開發飲品。綜合實驗需求、生產成本等因素考慮，故選擇DE值為88．96%的PBP為后續研究開發原料。

表4 不同水解度的PBP感官與溶解性Table 4 The PBP sensory and solubility of different DE(%)

2.6 PBP的溶解性研究

物質溶解性決定其是否適合生產應用，溶解能力的大小，一方面決定于物質的本性;另一方面也與外界條件如溫度、溶劑種類等有關。在相同條件下，有些物質易于溶解，而有些物質則難于溶解，即不同物質在同一溶劑里溶解能力不同。通常把某一物質溶解在另一物質里的能力稱為溶解性。在20℃、100mL水中，物質溶解大于等于10g則易溶;大于等于1g小于10g為可溶;大于等于0．01g小于1g為微溶;小于0．01g則表示難溶或者不溶［8］。上述實驗得出，高DE值的PBP不僅色澤、顆粒適合開發乳品，同時溶解性較高。進一步研究不同條件下，DE值88．96%的PBP的溶解性，以期為后續的生產研究提供理論參考。

2．6．1 PBP在不同溫度條件下溶解性的變化 由圖4可知，在自然pH、不同溫度條件下，PBP的溶解能力變化明顯，溫度在0℃時，PBP 溶解不到 2．80g/100mL，繼續提高溫度到50℃時，可達到5．25g/100mL，繼續加熱溶劑到100℃，溶解效果可以達到8．13g/100mL。所以，本實驗制備的PBP屬于可溶物質。

圖4 在不同溫度條件下溶解性變化Fig．4 The changement of Solubility under different temperature

2．6．2 PBP在不同pH條件下溶解度的變化 由圖5可見，在常溫條件下，PBP隨著pH的提高，溶解性先增大后減小，即強酸條件下溶解性較低，降低酸度至pH 為 5．5 時，溶解性達到最大值的 7．58g/100mL，繼續提高pH到6．5左右時，PBP的溶解能力下降明顯，但 pH 為 7．5 時，溶解能力為 4．98g/100mL，仍屬于可溶物質。

圖5 在不同pH條件下溶解性變化Fig．5 The changement of Solubility under different pH

2.7 PBP的營養組分分析

由表5可知，PBP中蛋白質和脂肪含量分別為28．00、31．10g/100g(約7%為不飽和脂肪酸)，可溶性膳食纖維達到1．10g/100g，為飲品開發提供營養原料。其他物質中，根據國家標準食品中污染物限量［11］，雜糧中無機砷限量 0．2mg/kg、乳粉中 0．25mg/kg、果汁及果漿中總砷不超過 0．2mg/kg，PBP 砷含量 0．10mg/kg，符合要求;鉛的含量不到0．10mg/kg，低于國家標準谷類、豆類、薯類中鉛限量0．2mg/kg。所以，本實驗制備的PBP營養組分較為豐富，有害物質符合國家要求限量標準。

表5 預制粉基本成分Table 5 The basic components of PBP

3 結論

本實驗內容在前期液化酶解工藝的基礎上，開展糖化酶解的工藝優化。采用葡萄糖淀粉酶對液化酶解液二次酶解，通過單因素實驗與正交實驗的結合，得到最佳糖化酶解工藝條件為:加酶量250U/mL、溫度60℃、時間60min、自然pH，此時酶解液DE值達到88．96%。該酶解液進行干燥得到谷物飲品預制粉(PBP)，對其性質測量得，其中蛋白質和脂肪含量分別為 28．00、31．10g/100g，膳食纖維達到 1．10g/100g，營養組分較為豐富，且色澤、顆粒大小較適合開發飲品;砷含量 0．10mg/kg，鉛的含量不到 0．10mg/kg，有害物質符合國家要求限量標準。溶解性測量表明PBP為可溶物質。

［1］李瑩，包國金．亞健康狀態的研究現狀及展望［J］．中國療養醫學，2008，18(5):421-422．

［2］預拌粉或將成為行業未來發展趨［EB/OL］．http://www．chinacir．com．cn/2013_hyzx/357614．shtml，2013-06-04．

［3］吳朝霞，丁霞．雜糧的營養價值及雜糧保健食品的開發和應用［J］．雜糧作物，2001，21(5):48-50．

［4］李同剛，蔡福帶，龔雪梅，等．復配谷物制備飲品專用預制粉的液化酶解工藝研究［J］．食品工業科技，2014(16):188-191．

［5］楊希娟，黨斌，耿貴工，等．青稞谷物飲料酶解工藝的研究［J］．食品工程，2012(30):72-75．

［6］劉彬，黃文，單麟軍，等．酶水解米渣蛋白的工藝研究［J］．糧食與飼料工業，2005，8:6-8．

［7］舒德海，錢俊青．糖化酶酶解米渣純化米蛋白的工藝［J］．Amino Acids ＆ Biotic Resources，2009，31(3):7-9．

［8］Grant DJW，Higuchi T．Solubility behavioroforganic compounds［M］．John Wiley ＆ Sons，New York，1900．

［9］陳清西．酶學及其研究技術［M］．廈門:廈門大學出版社，2010．

［10］ IssaraSereewtthanawut，SurawitPrapintip，Katemanee Watchiraruji，et al．Extraction of protein and amino acids from deoiled rice bran by subcritical water hydrolysis［J］．Bioresource Technology，2008，99:551-561．

［11］食品安全國家標準食品中污染物限量［S］．GB 2762～2005．