燕麥濁汁酶解工藝及其水溶性β-葡聚糖含量變化研究

朱　轉(zhuǎn)，楊金芹，沈　群，陳燕卉，*（.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京00083；.山煙臺(tái)工貿(mào)技師學(xué)院，山東煙臺(tái)64003）

燕麥濁汁酶解工藝及其水溶性β-葡聚糖含量變化研究

朱轉(zhuǎn)1，楊金芹2，沈群1，陳燕卉1，*
（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京100083；2.山煙臺(tái)工貿(mào)技師學(xué)院，山東煙臺(tái)264003）

以穩(wěn)定性為評(píng)價(jià)指標(biāo)研究了α-淀粉酶生產(chǎn)燕麥濁汁的酶解工藝，并用剛果紅法探究了水溶性β-葡聚糖含量在飲料加工過程中的變化。結(jié)果表明，酶解的最佳工藝條件為：10%的燕麥溶液，溫度55℃、pH6.4、酶用量為91.7U/100g溶液、時(shí)間180min，燕麥濁汁穩(wěn)定性值為93.3%；燕麥原料中的水溶性β-葡聚糖含量為12.8mg/g，浸泡過程中會(huì)造成水溶性β-葡聚糖的流失，蒸煮、打漿能提高水溶性β-葡聚糖的含量，酶解、滅菌對(duì)水溶性β-葡聚糖含量沒有明顯影響。

燕麥濁汁，α-淀粉酶，穩(wěn)定性，水溶性β-葡聚糖

燕麥?zhǔn)呛坦阮愖魑镏袪I(yíng)養(yǎng)價(jià)值最高的作物之一，在世界谷物生產(chǎn)中位于小麥、玉米、稻米、大麥及高粱之后居于第六位［1］。我國(guó)燕麥加工企業(yè)總加工能力約為50萬噸/年，總產(chǎn)值為60億元，但燕麥粉及面制品等初加工產(chǎn)品占總量的70%［2］，新型燕麥?zhǔn)称芳吧罴庸ぎa(chǎn)品只占到燕麥加工總量的5%［3-4］。我國(guó)近年來開始重視對(duì)燕麥的深加工利用，其中以燕麥為原料的谷物飲料是研究熱點(diǎn)之一［5-8］。燕麥中富含淀粉，其糊化后形成的凝膠狀結(jié)構(gòu)以及老化，是影響飲料穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一。徐康［7］、張明等［8］在研究燕麥飲料的工藝時(shí)，通過添加淀粉酶等，提高飲料的穩(wěn)定性。

燕麥中的可溶性膳食纖維是其具有降低血清膽固醇、改善腸道等保健作用的主要原因［9-12］，而β-葡聚糖是燕麥可溶性膳食纖維的主要成分。燕麥的β-葡聚糖主要存在于麩皮中，含量在3.20%～6.80%之間，其中35%～50%為可溶性β-葡聚糖［13］。β-葡聚糖分子量的不同會(huì)導(dǎo)致其溶液流變學(xué)行為的不同［14］，而其生理功能與溶液流變性能有密切關(guān)系。燕麥加工中常用的工藝均有可能對(duì)β-葡聚糖分子產(chǎn)生影響。劉文勝等［15］探究了不同滅酶方式對(duì)燕麥β-葡聚糖含量的影響，發(fā)現(xiàn)蒸制滅酶（100℃下20min）組含量比空白組（未經(jīng)處理的燕麥）高0.64%，而炒制滅酶組（2.5kg燕麥在炭火炒鍋中炒制30min）比空白組高0.88%。Altan等［16］的研究認(rèn)為擠壓過程中的高溫和剪切力能夠降低β-葡聚糖分子量。Moura等［17］用H2O2溶液對(duì)燕麥麩進(jìn)行氧化處理，發(fā)現(xiàn)β-葡聚糖發(fā)生降解，且分子中羧基和羰基增加。Kivela等［18］研究發(fā)現(xiàn)β-葡聚糖溶液均質(zhì)后，粘度明顯降低，β-葡聚糖的構(gòu)象更接近于球形，同時(shí)溶解性提高。

燕麥飲料加工中的浸泡、蒸煮、打漿、殺菌等工藝可能對(duì)β-葡聚糖分子造成不同程度的影響；此外，燕麥麩皮由于難易達(dá)到理想的粒度，由于在飲料成品中影響感官品質(zhì)，通常在過濾等操作中被除去，也會(huì)影響飲料中β-葡聚糖的含量。本文所研究的燕麥濁汁飲料通過添加α-淀粉酶水解淀粉，提高飲料的穩(wěn)定性，并探究了加工過程對(duì)飲料中水溶性β-葡聚糖含量的影響。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

燕麥壩莜3號(hào)；α-淀粉酶丹尼斯克公司；β-葡聚糖標(biāo)品Sigma公司；剛果紅Fluka公司；麥芽糖、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉等均為分析純。

DK-S24型電熱恒溫水浴鍋上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；VORTEX QL-902型渦旋混合器海門市其林貝爾儀器制造有限公司；WFZ UV-2102C型紫外可見分光光度計(jì)尤尼柯（上海）儀器有限公司；HITACHI CF16RXⅡ型離心機(jī)立工機(jī)有限公司；SHA-BA型水浴恒溫振蕩器金壇市榮華儀器制造有限公司；FD115型熱鼓風(fēng)循環(huán)干燥箱德國(guó)Binder公司；AR5120型電子精密天平奧豪斯國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司；ALC-110.4型電子天平德國(guó)賽多利斯集團(tuán)；打漿機(jī)九陽公司；LS-B35L型立式自動(dòng)電熱壓力蒸汽滅菌器北京美科美生物技術(shù)開發(fā)有限公司。

1.2α-淀粉酶活力測(cè)定

酶活力定義為單位時(shí)間內(nèi)（1min）每毫升酶催化反應(yīng)所得1mg麥芽糖為一個(gè)活力單位（U）。采用3，5-二硝基水楊酸法（DNS）測(cè)定酶活力，DNS試劑的配制參照馬晶晶等的方法［19］，具體操作參照邢楠楠等的方法［20］。

1.3燕麥濁汁工藝及具體操作

具體工藝：原料→清洗→浸泡→蒸煮→打漿→酶解→滅酶→過濾→調(diào)配→灌裝→殺菌。

浸泡：按照每克燕麥加1.25mL水的比例，將清洗后的燕麥于40℃下浸泡1h。

蒸煮：燕麥和浸泡液再加入適量水，于常壓沸水浴中蒸煮1h，使燕麥充分糊化。

打漿：蒸煮后的燕麥迅速冷卻后，加入水使得燕麥-水為1∶9，在打漿機(jī)中先低速打漿2次，再高速打漿2次，得到10%的燕麥濃漿。

酶解條件：探究溫度、pH、加酶量、酶解時(shí)間對(duì)燕麥濁汁穩(wěn)定性的影響。溫度單因素時(shí)，固定pH6.4、酶用量65.5U/100g溶液、時(shí)間60min，探究溫度40、45、50、55、60、65℃對(duì)穩(wěn)定性的影響。pH單因素時(shí)，固定溫度55℃、酶用量65.5U/100g溶液、時(shí)間60min，探究pH5.6、6.0、6.4、6.8、7.2、7.6對(duì)穩(wěn)定性的影響。酶用量單因素時(shí)，固定溫度55℃、pH6.4、時(shí)間60min，探究加酶量26.2、39.3、52.4、65.5、78.6、91.7U/100g溶液對(duì)穩(wěn)定性的影響。時(shí)間單因素時(shí)，固定溫度55℃、pH6.4、加酶量78.6U/100g溶液，探究30、60、90、120、150、180min對(duì)穩(wěn)定性的影響。單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，采用適宜水平進(jìn)行四因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)。正交實(shí)驗(yàn)因素水平表見表1。

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

滅酶、過濾：酶解后的燕麥濁汁立即放入沸水浴中加熱10min滅酶，再用200目篩網(wǎng)過濾大顆粒物質(zhì)。

殺菌：采用高溫殺菌，將調(diào)配好的燕麥濁汁加入預(yù)先滅菌的玻璃瓶中，用立式電熱殺菌器在121℃條件下殺菌20min。

1.4穩(wěn)定性的測(cè)定

參考楊海紅等的方法［21］。酶解后的燕麥濁汁轉(zhuǎn)入50mL離心管中，5000r/min下離心20min，倒出上清液后，將裝有沉淀的離心管倒置0.5h，測(cè)定離心沉淀率SR（Centrifugal Sedimentation Rate）。SR值越大表示穩(wěn)定性越差。

式中：M1—燕麥濁汁離心、倒置后沉淀物的重量（g）；M2—燕麥濁汁離心前的重量（g）。

1.5燕麥中β-葡聚糖的提取

燕麥磨粉后過50目篩，按照1∶9的比例加入75%的酒精在80℃下回流2～4h，混合物冷卻至30℃后倒出上清液，加入無水乙醇浸泡15min后過濾，在35℃下干燥脫除溶劑。稱取500mg干燥粉末，加入20mL水溶液，用20%Na2CO3溶液調(diào)節(jié)pH10，在40℃下浸提4h后，冷卻，于4000r/min下離心10min，收集上清液，將沉淀再次加入10mL水后，用20%Na2CO3溶液調(diào)節(jié)至pH10，于室溫下放置10h，離心后合并上清液。上清液經(jīng)過淀粉酶除淀粉、等電點(diǎn)法除蛋白（用20%的HCl溶液調(diào)pH為4.5），于4000r/min下離心10min得上清液，定容后測(cè)定β-葡聚糖含量。燕麥濁汁經(jīng)除去淀粉、蛋白質(zhì)后進(jìn)行測(cè)定［13，22］。

1.6剛果紅法測(cè)β-葡聚糖

1.6.1β-葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)溶液準(zhǔn)確稱取0.0500g β-葡聚糖標(biāo)品，加入少量去離子水于70℃下水浴溶解，冷卻后定容至50mL，配成1mg/mL β-葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)母液，使用前稀釋10倍。

1.6.2剛果紅溶液準(zhǔn)確稱取0.1000g剛果紅溶于0.2mol/L pH8.0的磷酸緩沖溶液中，用pH8.0的磷酸緩沖溶液定容至1000mL。

1.6.3檢測(cè)波長(zhǎng)的確定用2mL蒸餾水+4mL剛果紅溶液（空白組）、1mL蒸餾水+1mLβ-葡聚糖溶液+4mL剛果紅溶液（實(shí)驗(yàn)組）在25℃下反應(yīng)20min后，用酶標(biāo)儀掃描兩者的最大吸收光譜和差譜，測(cè)得空白組的最大吸收光譜在489nm處，反應(yīng)液的最大吸收光譜在500nm處，在544nm處有最大差譜，故選擇544nm為測(cè)定波長(zhǎng)。

1.6.4具體測(cè)定方法分別吸取0.1mg/mL的β-葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)溶液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mL于試管中，補(bǔ)充蒸餾水至2mL，加入4mL剛果紅溶液，在25℃下顯色20min后，在544nm處測(cè)定吸光值。每組3個(gè)平行，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線算出β-葡聚糖含量［13，23］。

2　結(jié)果與討論

2.1α-淀粉酶活力

根據(jù)吸光值結(jié)果，繪制麥芽糖標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到計(jì)算公式為y=0.5451x-0.0416（R2=0.9982），其中，x為麥芽糖含量（mg），y為吸光值。

準(zhǔn)確吸取0.05mL酶溶液于100mL容量瓶中加蒸餾水定容后，吸取0.02mL酶溶液稀釋液于25mL具塞刻度管中，加入0.8mL pH6.0的磷酸鹽緩沖溶液（0.2mol/L），于60℃下保溫10min后，加入1mL的1%可溶性淀粉，保溫5min，加入2mL DNS，在沸水浴中加熱5min，迅速冷卻，加蒸餾水定容至20mL，于540nm處測(cè)定吸光值。空白組的設(shè)置，以第一次保溫前加入DNS試劑作為對(duì)照平行3次。根據(jù)公式計(jì)算，得到酶活力為1048U/mL。

2.2燕麥濁汁酶解工藝條件

2.2.1酶解工藝單因素實(shí)驗(yàn)

2.2.1.1溫度單因素溫度影響結(jié)果見圖1，隨著溫度的升高，飲料穩(wěn)定性先增加后減小，55℃時(shí)穩(wěn)定性最大，原因是該淀粉酶在55℃時(shí)活性最大，對(duì)淀粉的水解效率最高，離心過程中沉淀下來的大分子淀粉最少。由此可知，55℃為最佳溫度。

圖1　酶解溫度對(duì)燕麥濁汁穩(wěn)定性的影響Fig.1　Effect of temperature on stability of turbid oats beverage

2.2.1.2pH單因素pH影響結(jié)果見圖2，pH為6.4時(shí)，SR值最小，飲料穩(wěn)定性最佳，原因是α-淀粉酶在pH6.4時(shí)活性最高，對(duì)淀粉的水解效率最高。選取pH6.4為后續(xù)單因素實(shí)驗(yàn)的pH。

圖2　酶解pH對(duì)燕麥濁汁穩(wěn)定性的影響Fig.2　Effect of pH on stability of turbid oats beverage

2.2.1.3酶用量單因素加酶量影響結(jié)果見圖3，隨著酶用量的增加，飲料穩(wěn)定性增加，當(dāng)酶用量超過78.6U/100g燕麥溶液時(shí)，穩(wěn)定性變化趨勢(shì)平緩。選擇加酶量78.6U/100g燕麥溶液，既能使飲料達(dá)到較好的穩(wěn)定性，同時(shí)又節(jié)約生產(chǎn)成本、防止酶本身不良?xì)馕督o飲料風(fēng)味帶來破壞作用。

圖3　加酶量對(duì)燕麥濁汁穩(wěn)定性的影響Fig.3　Effect of enzyme dosage on stability of turbid oats beverage

2.2.1.4時(shí)間單因素時(shí)間影響結(jié)果見圖4。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，飲料穩(wěn)定性增加，原因是淀粉分子不斷被水解，當(dāng)時(shí)間為150min時(shí)，溶液中淀粉的濃度很小，與酶接觸的幾率大大減少，從而穩(wěn)定性不再發(fā)生明顯變化。酶解時(shí)間過長(zhǎng)，不但對(duì)飲料穩(wěn)定性沒有貢獻(xiàn)，反而會(huì)影響生產(chǎn)效率，故選擇酶解時(shí)間150min。

圖4　酶解時(shí)間對(duì)燕麥濁汁穩(wěn)定性的影響Fig.4　Effect of hydrolyzing time on stability of turbid oats beverage

2.2.2最佳酶解條件的確定單因素實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)酶解溫度為55℃、pH6.4、酶用量78.6U/100g燕麥溶液或者酶解時(shí)間150min時(shí)燕麥濁汁可獲得最佳穩(wěn)定性。但酶解的最佳條件并非各個(gè)單因素實(shí)驗(yàn)的最佳結(jié)果的簡(jiǎn)單疊加，需正交實(shí)驗(yàn)考察多因素的疊加效果。正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

從表2可以看出：影響因素為溫度（A）＞酶用量（C）＞酶解時(shí)間（D）＞pH（B），燕麥濁汁的最佳懸浮穩(wěn)定下的酶解工藝為A2B2C3D3，即溫度55℃，pH6.4，酶用量為91.7U/100g燕麥溶液，時(shí)間180min。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，在最佳懸浮穩(wěn)定酶解工藝條件下，燕麥溶液經(jīng)過酶解后，過40目網(wǎng)篩，所得燕麥濁汁離心沉淀率為6.7%，即懸浮穩(wěn)定性值為93.3%；結(jié)果優(yōu)于表2中其他組合。

表2　α-淀粉酶解L9（34）正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2　The results of L9（34）orthogonal experiment for α-amylase enzymation

2.3剛果紅法測(cè)水溶性β-葡聚糖含量

2.3.1β-葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)曲線根據(jù)β-葡聚糖含量（mg）與對(duì)應(yīng)吸光值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得計(jì)算公式y(tǒng)=2.3900x+ 0.0130（R2=0.9978），其中，y表示吸光值，x表示β-葡聚糖。

2.3.2燕麥濁汁加工過程中β-葡聚糖含量變化β-葡聚糖是燕麥中重要的功能性成分，尤其水溶性β-葡聚糖的作用效果更顯著。燕麥原料中水溶性β-葡聚糖的含量為12.80mg/g，相對(duì)偏低，可能是由于貯存時(shí)間過長(zhǎng)，被燕麥中所含的內(nèi)源β-葡聚糖酶分解或者脂肪氧化而降解。燕麥經(jīng)過浸泡、蒸煮、打漿、酶解過濾、滅菌等工藝處理后，測(cè)定燕麥固體或者溶液中的β-葡聚糖的含量（分析前對(duì)溶液進(jìn)行定容，根據(jù)溶液的體積計(jì)算出總量），結(jié)果用β-葡聚糖相對(duì)含量（即與原料中β-葡聚糖含量的比例）來表示，見圖5。

浸泡后燕麥籽粒中β-葡聚糖的相對(duì)含量為78.68%，由于燕麥中的β-葡聚糖主要存在于麩皮中，麩皮位于燕麥的外層，水溶性的β-葡聚糖浸泡過程中溶解于水，而使燕麥籽粒中含量減少，鄧萬和［13］、張娟等［24］用水提法提取麩皮或燕麥粉中的β-葡聚糖原理即為此。因此，燕麥在浸泡時(shí)應(yīng)控制合適的溫度和時(shí)間，防止水溶性β-葡聚糖大量流失，或者將浸泡液加入后續(xù)加工中。

蒸煮時(shí)，將浸泡液倒入容器中，再加入適量蒸餾水。蒸煮后燕麥籽粒中β-葡聚糖相對(duì)含量為105.87%，相比原料提高5.87%，但與原料中的β-葡聚糖含量不存在顯著差異。可能原因是高溫長(zhǎng)時(shí)間的蒸煮，促使部分非水溶性β-葡聚糖分子斷裂，轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄驭?葡聚糖；原料中β-葡聚糖測(cè)定時(shí)，燕麥未經(jīng)過蒸煮，使得浸提過程中存在于胚乳里面的少量β-葡聚糖難以溶出，而蒸煮過程使得胚乳細(xì)胞破裂，內(nèi)部的β-葡聚糖更加容易釋放。研究結(jié)果與劉文勝等［15］的研究相同，他們采用100℃下蒸制20min的方法對(duì)燕麥進(jìn)行滅酶處理，發(fā)現(xiàn)其中β-葡聚糖含量相對(duì)于未經(jīng)處理的燕麥含量提高0.64%。Johansson等［25］的研究也表明水煮能夠提高燕麥可溶性β-葡聚糖的含量。

打漿后，燕麥中β-葡聚糖相對(duì)含量為109.76%，與原料中β-葡聚糖含量有顯著差別（p＜0.05），較蒸煮后含量有所上升，但兩者無顯著差別，可能是打漿過程中的剪切力使得部分非水溶性β-葡聚糖分子斷裂。Kivel?等［26］研究表明，均質(zhì)能夠使大分子的β-葡聚糖降解，Tosh等［27］發(fā)現(xiàn)，擠壓能夠顯著增加β-葡聚糖的溶解性，即部分不溶性的大分子β-葡聚糖轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄缘摩?葡聚糖，打漿與擠壓和均質(zhì)均不同，但是工作過程中均產(chǎn)生剪切力，尤其是燕麥溶液在打漿時(shí)粘度很大，高速打漿產(chǎn)生的剪切力可能使部分不溶于水的β-葡聚糖分子被切割成可溶性小分子片段。

圖5　不同加工過程對(duì)β-葡聚糖相對(duì)含量的影響Fig.5　β-glucan relative content of turbid oats beverage influenced by different processing stages

酶解過濾后燕麥濁汁中β-葡聚糖的相對(duì)含量為66.03%，相對(duì)于“打漿”等含量顯著降低，原因是在該實(shí)驗(yàn)條件下溶液體系不是很利于β-葡聚糖的溶出，且燕麥麩皮相對(duì)于其余結(jié)構(gòu)來講，其中含有大量的纖維素不被水解，且打漿過程中不易被破碎，故過濾后被除去，存在麩皮中未溶出的β-葡聚糖可能會(huì)因此損失。

為了探究飲料中加糖酸調(diào)配對(duì)β-葡聚糖含量的影響，采用兩種飲料配方進(jìn)行滅菌。“滅菌1”、“滅菌2”中β-葡聚糖的相對(duì)含量分別為63.14%、62.47%，結(jié)果表明該滅菌工藝對(duì)水溶性β-葡聚糖幾乎沒有影響。

3　結(jié)論

穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)飲料品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)之一，尤其在燕麥飲料產(chǎn)品的開發(fā)過程中是常見的難題，通過α-淀粉酶水解淀粉，可以提高飲料的穩(wěn)定性。利用10%的燕麥溶液，在最佳酶解工藝條件下（溫度55℃、pH6.4、酶用量91.7U/100g溶液、時(shí)間180min），所得燕麥濁汁穩(wěn)定性為93.3%。

浸泡、蒸煮、打漿等工藝對(duì)燕麥中水溶性β-葡聚糖有影響，浸泡后β-葡聚糖相對(duì)含量為78.7%，部分β-葡聚糖溶于水而流失；蒸煮和打漿能提高水溶性的β-葡聚糖含量；α-淀粉酶水解燕麥有利于β-葡聚糖的溶出；過濾操作中除去了絕大部分麩皮，導(dǎo)致沒有溶解出的β-葡聚糖損失；121℃、20min高溫滅菌對(duì)水溶性β-葡聚糖含量無明顯影響。

燕麥濁汁制作過程中，為盡量減少水溶性β-葡聚糖的損失，要使麩皮中的β-葡聚糖得到充分浸提，同時(shí)控制好浸泡條件或?qū)菀杭右岳谩?/p>

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Study on enzymatic processing and soluble β-glucan variation of turbid oats beverage

ZHU Zhuan1，YANG Jin-qin2，SHEN Qun1，CHEN Yan-hui1，*
（1.College of Food Science and Nutritional Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China；2.Yantai Industry and Trade Technician College of Shandong，Yantai 264003，China）

By determining the stability of the beverage，application of alpha-amylase in the processing of oats turbid beverage was studied，and the content variation of β-glucan was determined in method of Congo Red. Results showed that the optimal process conditions of enzymatic hydrolysis：temperature was 55℃，pH was 6.4，enzyme dosage was 91.7U/100g，hydrolysis time was 180min，and under this conditions the suspension stability was 93.3%.β-glucan in the oat was 12.8mg/g，soaking process resulted in loss of β-glucan，while cooking and beating increased the content of β-glucan.Enzymolysis of alpha-amylase and sterilization had no significant effect on β-glucan content.

oats turbid beverage；α-amylase；stability；soluble β-glucan

TS210.1

A

1002-0306（2015）02-0190-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.02.032

2014-03-17

朱轉(zhuǎn)（1989-），女，碩士研究生，研究方向：糧食、油脂與植物蛋白質(zhì)工程。

陳燕卉（1957-），女，博士，副教授，研究方向：營(yíng)養(yǎng)與食品安全。

雜豆代餐飲品的研究開發(fā)品質(zhì)評(píng)價(jià)研究（2012BAD34B08-05）。