糖化酶在速溶紅豆粉加工中的應(yīng)用研究

許 慧,宋 旸,朱秀清,*,趙彩紅,郝建敏,李婷婷

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)國家大豆工程技術(shù)研究中心,黑龍江哈爾濱 150030;2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150030)

糖化酶在速溶紅豆粉加工中的應(yīng)用研究

許 慧1,宋 旸2,朱秀清1,*,趙彩紅2,郝建敏2,李婷婷2

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)國家大豆工程技術(shù)研究中心,黑龍江哈爾濱 150030;2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150030)

本研究主要利用糖化酶對(duì)紅豆中淀粉的酶解作用,解決紅豆粉溶解性較差的問題。采用單因素和正交實(shí)驗(yàn),以粘度為指標(biāo),優(yōu)化出糖化酶的最佳酶解條件。結(jié)果表明:當(dāng)酶解溫度為60℃、酶解時(shí)間為4h、pH為5、加酶量為300U/g時(shí),制備的紅豆?jié){粘度為1425mPa·s,與未酶解的紅豆?jié){相比,粘度降低了20.21%,紅豆粉加工過程中漿液過于粘稠的問題得到有效的解決,進(jìn)而提高了紅豆粉的速溶性。

紅豆粉,糖化酶,粘度,速溶性

紅豆,又稱為紅小豆、赤豆、赤小豆、飯豆[1]。紅豆?fàn)I養(yǎng)豐富,不僅含有碳水化合物(55%～60%)和蛋白質(zhì)(約20%),還含有一定量的鈣、磷、鐵元素及硫胺素等B族維生素[2-4]。此外,紅豆還具有珍貴的藥用價(jià)值[5-6]。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究證明:紅豆含有三萜皂苷、花青素、多酚、黃酮等成分,具有抗氧化、補(bǔ)血、消毒、利尿、治水腫等功效,對(duì)高血糖、高血脂、癌癥等疾病起到很好的預(yù)防和治療作用[7-12]。然而國內(nèi)外對(duì)紅豆的開發(fā)并不充分,主要用來制作豆沙餡,很少用作固體飲料[13-16]。這是由于紅豆中約含有58%的淀粉,導(dǎo)致煮漿的過程中漿液粘度變大,制作的紅豆粉沖調(diào)性較差。糖化酶又稱葡萄糖淀粉酶或外切-1,4-α-D-葡萄糖苷酶,是一種催化淀粉水解葡萄糖的淀粉酶[17],它可以催化淀粉和葡聚糖非還原性末端的α-1,4葡苷鍵,生成葡萄糖[18-19]。所以糖化酶可以使紅豆?jié){中的淀粉發(fā)生糖化,提高速溶紅豆粉的溶解性。本研究利用糖化酶降低煮漿過程中的漿液粘度,對(duì)糖化酶的酶解條件進(jìn)行優(yōu)化,以期提高紅豆粉的速溶性,進(jìn)而完善速溶紅豆粉的加工工藝,為提高紅豆粉速溶性的研究奠定一定的基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅豆 市場(chǎng)購買;糖化酶(食品添加劑,酶活力約為200000U/g) 北京東華強(qiáng)盛生物技術(shù)有限公司。

NDJ-1B旋轉(zhuǎn)粘度計(jì) 上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司;豆?jié){機(jī) 九陽股份有限公司;其他儀器均為實(shí)驗(yàn)室常規(guī)儀器。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 速溶紅豆粉制備

1.2.1.1 工藝流程

1.2.1.2 操作要點(diǎn) 紅豆選擇:以干燥、顆粒飽滿光澤、色赤而發(fā)暗者為優(yōu)。

紅豆的浸泡:在浸泡前,先用水淘漂紅豆,清除壞豆、沙石等雜物,然后移入浸泡容器內(nèi);紅豆在浸泡時(shí)的用水量必須能夠使膨脹后的紅豆仍淹沒在水中。不同的水溫需要不同的浸泡時(shí)間。當(dāng)水溫分別是0、5、10、20、25℃時(shí),一般需要48、18、12、8、5h的浸泡時(shí)間。

紅豆的磨漿:先將浸泡液棄去,然后將一定比例的紅豆和水放入豆?jié){機(jī)中磨漿。徹底破壞紅豆組織,釋放出紅豆中的可溶性蛋白、脂肪以及其他營養(yǎng)成分。磨出的豆?jié){糊以干稀適中、均勻無顆粒感達(dá)80目為好。

表2 紅豆成分分析Table 2 Analysis of red bean component

注:表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。漿渣分離:豆?jié){糊是由蛋白質(zhì)溶膠和纖維組成,必須用離心式離心機(jī)(轉(zhuǎn)速5000r/min)把漿渣分離。

豆?jié){過濾:豆?jié){液中殘留著很多微小的豆渣,濃縮后在加熱管管壁上極易結(jié)垢,使蒸發(fā)效率受到影響;此外還降低了紅豆粉的溶解度,產(chǎn)品質(zhì)量變差。因此需采用過濾器對(duì)紅豆?jié){進(jìn)行過濾。

滅菌:對(duì)紅豆?jié){進(jìn)行140℃瞬時(shí)高溫滅菌處理。

調(diào)合:按比例加入滅菌的糖漿。

均質(zhì):采用均質(zhì)機(jī)打碎紅豆?jié){中的脂肪球達(dá)到均質(zhì)目的[20]。

1.2.2 紅豆基本成分的確定 蛋白質(zhì)含量測(cè)定:凱氏定氮法(GB/T 5009.5-2010);粗脂肪含量測(cè)定:索氏提取法(GB/T 5512-2008);淀粉含量的測(cè)定:(GB/T 5009.9-2003);灰分測(cè)定:(GB/T 22510-2008);水分測(cè)定:(GB/T 5009.3-2010)。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 時(shí)間對(duì)酶解液粘度的影響 取50.000g紅豆,在煮漿過程中加入糖化酶,控制反應(yīng)體系pH5,溫度60℃,液料比10,酶的添加量固定在200U/g,研究酶解時(shí)間對(duì)淀粉水解的影響。用粘度計(jì)測(cè)定紅豆?jié){在0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0h時(shí)的粘度。

1.2.3.2 溫度對(duì)酶解液粘度的影響 取50.000g紅豆,在煮漿過程中加入糖化酶,控制反應(yīng)體系pH5,酶解時(shí)間3.0h,液料比為10,酶的添加量固定在200U/g,研究溫度對(duì)淀粉水解度的影響。用粘度計(jì)測(cè)定紅豆?jié){在40、50、60、70、80℃時(shí)的粘度。

1.2.3.3 pH對(duì)酶解液粘度的影響 取50.000g紅豆,在煮漿過程中加入糖化酶,控制反應(yīng)體系溫度60℃,酶解時(shí)間3.0h,液料比為10,酶的添加量固定在200U/g,研究pH對(duì)淀粉水解的影響。用粘度計(jì)測(cè)定紅豆?jié){在pH3.0、4.0、5.0、6.0、7.0時(shí)的粘度。

1.2.3.4 加酶量對(duì)酶解液粘度的影響 取50.000g紅豆,在煮漿過程中加入糖化酶,控制反應(yīng)體系pH5,溫度60℃,酶解時(shí)間3.0h,液料比為10,研究糖化酶的添加量對(duì)淀粉水解的影響。用粘度計(jì)測(cè)定紅豆?jié){在糖化酶的添加量為100、200、300、400、500U/g的粘度。

1.2.4 糖化酶酶解紅豆淀粉條件優(yōu)化 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上利用正交設(shè)計(jì)助手軟件進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),對(duì)影響酶解液粘度的主要因素進(jìn)行L9(34)正交實(shí)驗(yàn),影響因素水平見表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所得數(shù)據(jù)均通過三次平行實(shí)驗(yàn)得到,用Microsoft Excel 2007、Origin7.5、正交設(shè)計(jì)小助手、數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅豆的成分測(cè)定

根據(jù)方法中所列的國標(biāo)方法測(cè)定原料紅豆的蛋白質(zhì)含量、脂肪含量、淀粉含量、水分含量和灰分含量。結(jié)果列于表2。

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)分析

2.2.1 時(shí)間對(duì)酶解液粘度的影響 從圖1可以看出,時(shí)間在0～5h的范圍內(nèi),粘度隨時(shí)間的增大呈逐漸減小的趨勢(shì),在4h后逐漸趨于平緩。這是因?yàn)樘腔笇?duì)紅豆?jié){液的作用時(shí)間越長(zhǎng),紅豆淀粉被酶解成葡萄糖的程度越大,淀粉含量變低,糊化程度也隨之變低。酶水解到達(dá)一定時(shí)間后,大部分底物已被反應(yīng),在較低的底物濃度相對(duì)于較高的酶濃度的情況下,反應(yīng)速度主要由底物濃度控制,因此延長(zhǎng)水解后期反應(yīng)時(shí)間對(duì)水解度的影響不大。考慮到實(shí)際生產(chǎn)情況,確定糖化酶酶解時(shí)間為3.0h為宜。

圖1 時(shí)間對(duì)酶解液粘度的影響Fig.1 Effect of time on viscosity of enzymolysis liquid

2.2.2 溫度對(duì)酶解液粘度的影響 從圖2可以看出,溫度在40～80℃的范圍內(nèi),隨著溫度的升高,粘度呈先減小后增加的趨勢(shì),在60℃時(shí)粘度減小到最低值,這是由于隨著溫度的升高,酶的活性逐漸變大,充分酶解紅豆中的淀粉,所以降低了淀粉的糊化程度,使得紅豆?jié){粘度逐漸減小。但當(dāng)溫度超過60℃,由于酶發(fā)生變性,活性部位受到破壞,部分或全部喪失活性,降低了酶解效果,導(dǎo)致淀粉發(fā)生糊化,進(jìn)而使粘度呈上升趨勢(shì)。

表3 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析Table 3 Orthogonal array design and results

圖2 溫度對(duì)酶解液粘度的影響Fig.2 Effect of temperature on viscosity of enzymolysis liquid

2.2.3 pH對(duì)酶解液粘度的影響 從圖3可以看出,當(dāng)pH在3～7變化時(shí),粘度開始時(shí)逐漸下降,當(dāng)pH為5時(shí)粘度到達(dá)最低值,當(dāng)pH超過5以后粘度呈上升趨勢(shì)最后趨于平穩(wěn)。這是由于當(dāng)pH較高和較低時(shí)都能破壞糖化酶的活性部位,使酶部分或全部失活,當(dāng)pH為5時(shí),糖化酶的活性最高,此時(shí)酶解紅豆淀粉的效果最好,糊化作用最低,因此紅豆?jié){的粘度也最低。

圖3 pH對(duì)酶解液粘度的影響Fig.3 Effect of pH on viscosity of enzymolysis liquid

2.2.4 加酶量對(duì)酶解液粘度的影響 從圖4可以看出,當(dāng)加酶量在100～500U/g范圍內(nèi)變化時(shí),粘度逐漸下降,當(dāng)加酶量在400U/g以后趨于平穩(wěn),變化已不明顯。隨著加酶量的逐漸增加,糖化酶與紅豆淀粉相互接觸的幾率變大,淀粉酶解程度逐漸變大,糊化程度降低,所以粘度逐漸減小。當(dāng)加酶量達(dá)到一定程度時(shí),與糖化酶反應(yīng)的淀粉已經(jīng)達(dá)到飽和,所以再加入更多的糖化酶,紅豆?jié){的粘度變化也不是很明顯。因此選擇最佳的加酶量為400U/g。

圖4 加酶量對(duì)酶解液粘度的影響Fig.4 Effect of quantity of enzyme on viscosity of enzymolysis liquid

2.3 糖化酶酶解紅豆淀粉條件優(yōu)化

2.3.1 正交實(shí)驗(yàn)方差分析 以紅豆?jié){粘度為指標(biāo),采用L9(34)來確定最佳酶解條件,利用正交設(shè)計(jì)小助手?jǐn)?shù)據(jù)分析軟件得出正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。正交實(shí)驗(yàn)方差分析如表4所示。

從表3的直觀分析結(jié)果可知,各因素對(duì)酶解液粘度的影響主次順序?yàn)锽>A>D>C,即溫度>時(shí)間>pH>加酶量,糖化酶酶解效果最優(yōu)水平為A3B2C1D2即時(shí)間4h、溫度60℃、加酶量為300U/g、pH5。

C、D對(duì)本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果影響最小,所以把因素水平中的C、D因素當(dāng)作誤差來進(jìn)行方差分析。由表4方差分析結(jié)果F值可以看出溫度為極顯著因素,時(shí)間為顯著因素,加酶量、pH無顯著影響。

表4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 4 Analysis of variance for the experimental results of orthogonal array design

注:*顯著(p<0.05),**極顯著(p<0.01)。

2.3.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 以最優(yōu)工藝條件(溫度60℃、時(shí)間4h、pH5、加酶量為300U/g)進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),紅豆?jié){的粘度為1425mPa·s。未用糖化酶水解紅豆?jié){的粘度是1713mPa·s,糖化酶水解后的紅豆?jié){粘度比為水解的降低了20.21%。

3 結(jié)論

制作速溶紅豆粉時(shí),加入糖化酶的最佳條件為溫度60℃、時(shí)間4h、pH5、加酶量為300U/g。在此條件下紅豆?jié){的粘度由原來的1713mPa·s降低到1425mPa·s,與未用糖化酶水解的紅豆?jié){相比,粘度降低了20.21%。結(jié)果表明,糖化酶能夠有效地對(duì)紅豆?jié){中的淀粉進(jìn)行酶解,解決了紅豆粉加工中煮漿過程中漿液過于粘稠的問題,從而使得紅豆粉溶解性得到改善。

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Application research of saccharifying enzymein instant red bean powder technology

XU Hui1,SONG Yang2,ZHU Xiu-qing1,*,ZHAO Cai-hong2,HAO Jian-min2,LI Ting-ting2

(1.National Research Center of Soybean Engineering and Technology,Harbin 150030,China;2.College of Food Science,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

The red bean starch was disassembled by enzymolysis function of saccharifying enzyme to solve the problem of poor solubility of red bean powder in the research. With viscosity for index,the best enzymolysis condition of the saccharifying enzyme was optimized by single factor and orthogonal experiment in the research. The results showed the viscosity of preparative red bean pulp was 1425mPa·s at enzyme solution temperature 60℃,enzymolysis time 4h,pH5 and quantity of enzyme 300U/g. The instant of red bean powder was improved effectively.

red bean powder;saccharifying enzyme;viscosity;instant

2015-01-15

許慧(1979-)，女，碩士，助理研究員，研究方向：大豆深加工。

*通訊作者:朱秀清(1968-)，女，碩士，研究員，研究方向：大豆精深加工。

黑龍江省科技攻關(guān)項(xiàng)目(GC13B208)。

TS214.2

B

1002-0306(2015)13-0205-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.13.034