復合酶法制備馬鈴薯脂肪模擬物工藝研究

盛鑫淼 王蕊 王巖 馬宇佳 王春輝 唐彥君

摘要：以馬鈴薯淀粉為原料，采用復合酶水解馬鈴薯淀粉得到低DE值麥芽糊精來制備脂肪模擬物產品。研究酶配比、復合酶添加量、底物濃度、水解時間、水解溫度對產品DE值的影響。通過單因素試驗與正交試驗確定最佳制備工藝（100 mL反應體系）：復合酶配比為中溫α-淀粉酶︰普魯蘭酶=4︰6、復合酶添加量1 125 U、底物濃度20%、反應溫度60 ℃、水解時間10 min，此條件下水解產物的DE值為2.92。

關鍵詞：馬鈴薯淀粉;脂肪模擬物;復合酶;工藝

中圖分類號：TS201 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1674-1161（2020）01-0048-04

動物脂肪能夠賦予食品特殊的風味、口感、質構及香氣，同時也會導致攝食者攝入過多熱量，引發肥胖、心血管異常等疾病的產生。因此，脂肪替代物的開發與其在低脂、無脂食品中的應用一直是國內外的研究熱點。馬鈴薯是黑龍江省盛產農作物，其淀粉非常適合制備脂肪模擬物。馬鈴薯模擬物能夠形成三維網狀結構的凝膠，截留大量的水分，產生類似脂肪的質感和口感，具有脂肪類似的功能，而且食用安全。

與酸法相比，采用酶法制備馬鈴薯脂肪模擬物的優點在于原料無需預先處理、設備資金少、維修費用少。目前酶法制備主要采用單酶，常用的是耐高溫α-淀粉酶，它能在很高的溫度下對淀粉進行水解反應，其優點是不產生不溶性的淀粉顆粒，但其對容器和反應條件要求較高，生產成本也高。為克服這些不足，本課題采用中溫α-淀粉酶及對淀粉水解效果很好的普魯蘭酶組成復合酶，充分發揮酶法制備的優勢，研究制備馬鈴薯脂肪模擬物的最佳工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯淀粉：北大荒薯業;班氏試劑;中溫α-淀粉酶、普魯蘭酶、氫氧化鈉、鹽酸、無水乙醇：均為分析純。

1.2 儀器設備

FA2004N型電子天平（0.000 1 g）：上海民橋精密科學儀器有限公司;722s型分光光度計：上海精密儀器科學有限公司;數顯恒溫水浴鍋、離心機、電熱爐：江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點 ?1） 復合酶活力測定。按照GB 1886.174—2016《食品安全國家標準 食品添加劑 食品工業用酶制劑》中方法測定中溫α-淀粉酶和普魯蘭酶的酶活力。中溫α-淀粉酶的酶活力為4 164 U/g，普魯蘭酶的酶活力是4 881 U/g。2） 糊化。淀粉加水加熱至60～70 ℃，淀粉顆粒急劇大量吸水膨脹、破裂，形成半透明膠體狀糊漿。3） 酶水解。酶水解過程是制備脂肪模擬物的關鍵步驟，通過改變水解條件即酶添加量、反應時間、反應溫度和底物濃度，將葡萄糖當量（DE）值控制在2～3之間，麥芽糊精才具備形成凝膠的特性，才能稱之為脂肪模擬物。4） DE值測定。采用直接滴定法測定DE值，參照劉洋的方法。

1.3.3 單因素試驗設計 1） 復合酶配比的確定。在反應時間10 min、溫度65 ℃、底物質量分數15%、復合酶溶液用量10.0 mL（總酶活1 500 U）的條件下，考察不同的中溫α-淀粉酶與普魯蘭酶的比例（按酶活力值計算）對DE值的影響。2） 復合酶添加量對DE值的影響。在反應時間10 min、溫度65 ℃、底物質量分數15%的條件下，考察不同酶添加量對DE值的影響。3） 酶水解溫度對DE值的影響。在淀粉酶添加量7.5 mL、時間10 min、底物質量分數15%的條件下，考察不同水解溫度對DE值的影響。4） 酶水解時間對DE值的影響。在酶添加量 7.5 mL、溫度 65 ℃、底物質量分數15%的條件下，考察不同水解時間對DE值的影響。5） 底物質量分數對DE值的影響。在酶添加量 7.5 mL、溫度 65 ℃、酶水解時間10 min的條件下，研究不同底物質量分數對DE值的影響。

1.3.4 正交試驗設計 根據單因素試驗結果，選取酶添加量、水解溫度、水解時間和底物質量分數4個因素進行L9（34）正交試驗，確定最佳工藝參數組合。正交試驗因素水平設計見表1。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 復合酶配比的確定 不同復合酶配比下產品的DE值如圖1所示。

由圖1可以看出：隨著中溫α-淀粉酶在復合酶中比例的增加，DE值先逐漸增大;當中溫α-淀粉酶與普魯蘭酶的酶活力相同時，DE值最大;之后，水解產生大量麥芽糖的α-1，4糖苷鍵，而中溫α-淀粉酶對其作用比較困難、且有剩余，普魯蘭酶可以水解α-1，4糖苷鍵，但由于量少不能充分發揮其作用。結合DE值在2～3之間的要求，確定復合酶的配比為中溫α-淀粉酶︰普魯蘭酶=4︰6（酶活力比）。按照這一比例配制復合酶溶液，1.0 mL復合酶溶液的酶活力為150 U。

2.1.2 復合酶添加量對DE值的影響 不同復合酶添加量下產品的DE值如圖2所示。

由圖2可以看出：隨著復合酶添加量的增加，DE值逐漸增大。DE值最初增加速度較快，當酶的添加量達到10.0 mL后，DE值增加趨勢緩慢。這是因為復合酶水解淀粉時，作用于長鏈比短鏈更有活性。最初階段水解較快，龐大的淀粉分子被水解成小分子，同時生成多聚糖、麥芽三糖、麥芽糖和少量葡萄糖;隨著酶添加量的增加，進一步把麥芽三糖水解成葡萄糖和麥芽糖，酶對麥芽糖的α-1，4糖苷鍵作用比較困難，需要較長的時間和酶量，所以后期DE值增加緩慢。

2.1.3 酶水解溫度對DE值的影響 不同水解溫度下產品的DE值如圖3所示。

由圖3可以看出：隨著水解溫度的升高，DE值先逐漸增大;在65 ℃時，DE值最大;之后水解程度開始減緩。這是因為中溫α-淀粉酶的最適反應溫度為65 ℃，當反應超過該溫度時酶的活力開始下降，影響復合酶整體的水解作用，導致DE值逐漸下降。

2.1.4 酶水解時間對DE值的影響 不同水解時間下產品的DE值如圖4所示。

由圖4可以看出：隨著水解時間延長，水解程度越來越大，還原糖的含量越來越多， DE值也越來越大。當反應進行到10 min時，DE值在2～3之間，達到脂肪模擬物的要求。

2.1.5 底物質量分數對DE值的影響 不同底物質量分數下產品的DE值如圖5所示。

由圖5可以看出：當底物質量分數較低時，淀粉顆粒能夠充分吸水膨脹，糊化比較完全，分子之間的氫鍵破壞得更完全，有利于酶對淀粉分子的水解，DE值較大;當底物質量分數較大時，淀粉糊化不徹底，不利于酶進入淀粉分子內部進行水解。底物質量分數在15%左右時，DE值在2～3之間，達到脂肪模擬物的要求。

2.2 正交試驗結果

正交試驗結果見表2。

由表2可知：DE值的極差R值的變動范圍在0.21～2.07之間;影響馬鈴薯淀粉水解DE值的主次關系為水解時間>酶添加量>水解溫度>底物質量分數。9組正交試驗中，2，4，5，6和8所得結果的DE值處于2～3之間，符合脂肪模擬物DE值的要求。根據降低成本、減少耗能的原則，試驗4是制備馬鈴薯脂肪模擬物的理想的工藝參數，即水解溫度60 ℃、水解時間10 min、復合酶添加量7.5 mL（1 125 U）、底物濃度20%。該工藝條件所需水解溫度低、水解時間較短且應用的反應底物量大，相對而言成本最低。

3 結論

通過單因素試驗和正交試驗，得到制備馬鈴薯脂肪模擬物的最佳工藝條件：在100 mL反應體系中，復合酶配比為中溫α-淀粉酶︰普魯蘭酶=4︰6、復合酶添加量為1 125 U、底物濃度為20%、反應溫度為60 ℃、水解時間為10 min。此條件下水解產物的DE值為2.92，所得馬鈴薯脂肪模擬物產品為乳白色、呈粉末狀。

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Abstract： Potato starch was taken as raw material， low DE value maltodextrin was obtained by hydrolysis of potato starch with complex enzyme to prepare fat simulator. The effects of enzyme ratio， adding amount of complex enzyme， substrate concentration， hydrolysis time and hydrolysis temperature on DE value of the product were studied. The optimal preparation process （100 mL reaction system） was determined by single factor test and orthogonal test： The ratio of the complex enzyme α-Amylase︰Promozyme 4︰6， compound enzyme addition 1 125 U， substrate concentration 20%， hydrolysis temperature 60 ℃ and hydrolysis time 10 min. Under this condition， the DE value of hydrolyzed product is 2.92.

Key words： potato starch; fat simulation; complex enzymes; process