復合酶水解雜糧小米粉加工的工藝

馬麗媛，李楊，張雅娜，張晟，郭麗

綏化學院食品與制藥工程學院（綏化 152061）

中國食用谷物雜糧米的歷史在5 000年以上，五谷主要指稻（俗稱水稻、大米）、黍（俗稱黃米）、稷（又稱粟，俗稱小米）、麥（俗稱小麥）、菽（俗稱大豆），在日常生活中占據著重要地位。其中，小米素以“罕見佳肴、上乘珍品”蜚聲海內外，自古就是產婦、嬰幼兒、老年人、病弱者的首選補品，具有較高營養價值[1]。小米中含有多種維生素、蛋白質、脂肪、糖類，以及鈣、鐵等人體所必需的營養物質，極易消化吸收，屬于中等熱量食物；小米中蛋白質過敏性極低，消化率及生物價高于小麥和大米；碳水化合物含量低于稻米、小麥和玉米，且主要成分是淀粉，含量為63%～70%，其中水溶性多糖主要以阿拉伯糖和木糖為主，葡萄糖含量較少是糖尿病人理想食物；粗脂肪含量介于玉米和水稻之間，為2.8%～8.0%，雖含量不高，但卻都是優質脂肪酸，其不飽和脂肪酸占84%以上；礦物質含量相對少但含量豐富，黃小米中含有較多人體可利用的有機硒，且鈣、磷、鐵的含量明顯高于小麥和玉米，鉀含量更是高居五谷之首[2]。紅豆富含蛋白質，碳水化合物，鈣、磷，還含有較多的B族維生素、維生素A等成分，其中獨有的成分使得紅豆具有消熱解毒、利水消腫、健脾止瀉等功能，可治小腹脹滿，小便不利，煩熱口渴諸癥。綠豆性甘涼，有清熱解毒、消暑、利水等功效，《本草綱目》中記載綠豆還可明目[3]。黑豆中含有豐富的B族維生素和維生素E，對于女性來說具有美容養顏功效；黑豆皮中含有花青素，能清除體內自由基，尤其在胃的酸性環境下，抗氧化效果好，養顏美容，促進腸胃蠕動。燕麥是一種低糖、高營養、高能量食品，具有補脾益氣、止虛汗的功效，長期使用具有減肥的效果；此外燕麥中含有豐富的維生素B1、B2，葉酸等，可以促進血液循環、緩解生活中的壓力；富含鈣、磷、鋅等礦物質可以預防骨質疏松、促進傷口愈合等功效[4]。

中國是雜糧谷物的生產大國，同時也是消費大國，消費以食用為主，占雜糧消費量的76%，少量用于工業生產、飼料生產，其中工業生產占12%，飼料生產占8%。中國雜糧的深加工處于初級階段，僅占21%，遠低于發達國家[5]，雜糧加工的產品結構單一，副產品綜合利用水平較低，了解其加工生產現狀，分析和預測未來技術需求及產業發展方向，利用雜糧谷物資源，研究優化多種加工技術和開發產品顯得十分必要。

由于養生和食品營養受到日益關注，雜糧米粉因含有豐富的營養和較低的熱量深受市場和消費者的歡迎，以谷物雜糧為主原料的營養沖調粉制品生產有著廣闊的應用前景。谷物沖調粉營養全面豐富、粉劑均勻、口感好、水溶性好、食用方便快捷，沖調粉產業迅速發展，但是谷物雜糧粉的感官品質參差不齊，制作工藝和成品質量急需改善。谷物雜糧粉的加工主要集中在粉碎、糊化、干燥等工藝研究上，但這些生產工藝存在能耗大、設備復雜、營養破壞損失大、產品沖調性不好、長期食用容易上火等缺點，而自然溫和的生物酶水解技術可以保留谷物雜糧的天然營養成分，促進營養成分的消化吸收，具有很好的沖調性和保健功能。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設備

1.1.1 材料

小米、紅小豆、綠豆、黑豆、燕麥，市售；糖化酶、α-淀粉酶，無錫雪梅酶制劑科技有限公司；淀粉葡萄糖苷酶，博立生物制品有限公司；中溫淀粉酶，南寧東恒華道生物科技有限公司；氫氧化鈉，廣州市刺水科技有限公司；濃鹽酸，河南圣斯德實業有限公司；酒石酸鉀鈉，鄭州德旺化工產品實業有限公司；亞鐵氰化鉀，上海諾泰化工產品有限公司；乙酸鋅，湖北帝鑫化工制造有限公司；葡萄糖，天津市基準化學試劑有限公司；斐林試劑，廈門海標科技有限公司。

1.1.2 設備與儀器

CF-100KS萬能粉碎機（廣州市旭朗機械設備有限公司）；DH-6數顯恒溫水浴鍋（上海島析實業有限公司）；FA124C電子天平（力辰科技有限公司）；DZF-6250電熱恒溫干燥箱（北京中科博達有限公司）；PHS-25 pH計（上海越平設備有限公司）；WIGGENS數字式攪拌器（澳大利亞新港科學儀器公司）。

1.2 方法

1.2.1 單因素試驗

分別選取不同水解酶、酶解溫度、復配酶比例、酶解時間、小米與雜糧配比為單因素，以還原糖含量（DE值）和感官品質為指標，進行試驗，從中選取適宜的條件，進行后續正交試驗。

1.2.2 正交試驗

根據單因素試驗結果，選取酶解溫度、復配酶比例、酶解時間、小米與雜糧配比4個因素的適宜水平進行四因素三水平L9(34)正交試驗，確定雜糧小米粉的最佳工藝。正交試驗設計的因素水平表如表1所示。

表1 正交試驗因素水平表

1.2.3 感官品質評定

根據雜糧小米粉的外觀色澤、溶解度、口感、氣味、滋味等方面，對其進行感官分析，并邀請10名有經驗的感官分析員進行感官評定（總分為100分），雜糧小米粉的感官評分標準見表2。

表2 雜糧小米粉感官品質評分標準

1.3 雜糧小米粉制作工藝流程

雜糧米除雜→超微粉碎機粉碎→80目篩網過篩→小米粉與雜糧粉混合→調漿→滅酶→冷卻→調節pH→添加酶→酶解→滅酶→冷卻→測定DE值

1.4 工藝要點

1.4.1 原料的選擇

選擇顆粒飽滿，無蟲蛀，無霉點的新鮮雜糧，挑除其中的沙粒，泥土，清理干凈污物。

1.4.2 粉碎

對物料進行粉碎，過80目篩網備用，用密封袋保存，避免受潮。

1.4.3 磨粉和過篩

瀝水后的米和紅豆用粉碎機粉碎，通過100目篩，備用。

1.4.4 混合調漿

將小米粉與雜糧粉按照一定比例混合，按底物濃度5%調漿。

1.4.5 滅酶

放入恒溫水浴95 ℃滅酶10 min，冷卻至一定溫度，調節pH。

1.4.6 酶解

按照工藝要求，添加一定量的水解酶，攪拌均勻，使漿料與酶充分接觸。置于恒溫水浴鍋中，并控制溫度、時間等條件進行水解。水解結束后95 ℃滅酶10 min。

1.4.7 測定DE值

采用直接滴定法測定水解液的DE值[6]。

1.5 雜糧小米粉沖調性檢測

1.5.1 雜糧米粉溶解性能的測定

利用正交試驗得出最佳加工工藝，獲得的雜糧米粉配置成5%的雜糧米粉乳濁液50 mL，在95 ℃水浴條件下邊加熱邊攪拌30 min，在3 000 r/min條件下離心25 min，取上清液蒸干，將干物質于105 ℃烘干稱質量得到被溶解淀粉的質量M（g），計算出樣品的溶解度[7]。計算如式（1）。

式中：A為樣品質量，g；M為烘干恒質量，g。

1.5.2 雜糧米粉結塊率的測定

通過測定雜糧米粉的結塊率，反映出雜糧米粉的分散性。結塊率越小，表明雜糧米粉的分散性能越好。參照吳陽[5]方法進行檢測。將10 g優化工藝后制得的雜糧米粉加入250 mL燒杯中，再加入100 mL沸水。手動攪拌30 s后過篩，將篩網中結塊干燥至恒質量，質量計為M（g），計算公式如式（2）。

式中：W為雜糧米粉水分，%；M為烘干恒質量，g。

2 結果與討論

2.1 單因素試驗結果分析

2.1.1 不同種類的酶對DE值影響

選取糖化酶（A）、α-淀粉酶（B）、淀粉葡萄糖苷酶（C）、中溫淀粉酶（D），在酶解溫度50℃、酶解時間90 min、小米與雜糧配比5∶1，其中黑豆、綠豆、紅豆和燕麥比例1∶1∶1∶1條件下，研究不同酶對雜糧米粉DE值的影響。篩選出最適的2種酶進行1∶1復配（E），并對產品進行感官評價，結果如圖1所示。

結果表明，α-淀粉酶對雜糧米粉DE值的影響與其他3種酶相比較高，其次是糖化酶，且二者水解后的米粉感官評分也較高。因此，這2種酶進行1∶1復配，研究其對雜糧米粉DE值的影響。結果表明，兩者進行1∶1復配后，DE顯著提高。結合感官評價，得出復合酶酶解時比單一酶酶解效果發生明顯提高，復配后的DE值為42.24%，試驗結果比季慧等[8]將α-淀粉酶和β-淀粉酶進行1∶1復配后的DE值41.29%稍高。因此，將糖化酶和α-淀粉酶進行復配后雜糧米粉水解程度有所提高，后續試驗可研究二者復配比例的變化對DE值的影響。

2.1.2 復配酶比例對DE值影響

由圖2可知，糖化酶和α-淀粉酶進行不同比例復配后，DE值有所變化，且差異較大。比例在5∶1～1∶1時，隨著α-淀粉酶增加，DE值呈現緩慢上升趨勢，這可能是由于α-淀粉酶比例過高時，糖化酶活性受到抑制，會影響酶解效率，從而導致DE值較低。比例在1∶1～1∶3時，DE值上升明顯，比例在1∶3條件下達到最大，且感官評分也較高。試驗結果與吳陽[5]研究中老年米粉沖調性的加工工藝中α-淀粉酶與β-淀粉酶比例1∶3相同。

圖2 復合酶配比對雜糧米粉DE值的影響

2.1.3 酶解溫度對DE值影響

由圖3可以看出，隨著酶解溫度升高，DE值呈現先增加后趨于平緩下降趨勢，酶解溫度55 ℃時，DE值最大。這是由于糖化酶和α-淀粉酶都屬于中溫性的酶類，酶解溫度55 ℃時，酶表現出較強活力。因此，在該酶解溫度下，復合酶水解雜糧米粉反應速率最大，此時水解程度適中，感官評分也較高。酶解溫度過高或過低，均會影響復合酶的結構及活性，進而影響淀粉的水解程度。因此溫度控制在50～60 ℃之間能更好發揮酶的活力。

圖3 酶解溫度對雜糧米粉DE值的影響

2.1.4 酶解時間對DE值的影響

根據圖4可知，隨著酶解時間增長，DE值呈現先上升后下降趨勢，在酶解時間90～105 min，DE值表現出明顯上升，但酶解時間超過105 min時，DE值開始逐漸下降，這是因為酶解時間較長使得復合酶與淀粉分子之間發生充分作用，使得復合酶的活力開始降低，從而導致DE值開始下降。因此，選擇酶解時間105 min較為適宜，此時水解程度較高，感官評分高。季慧等[8]研究α-淀粉酶和β-淀粉酶復配時得到最佳酶解時間為150 min，這是由于α-淀粉酶和β-淀粉酶的活力可以持續150 min，超過150 min，酶的活力才開始下降。相比較下利用糖化酶與α-淀粉酶進行復配可以在相對較短時間內得到較好的水解效果，可以縮短加工時間。

圖4 酶解時間對雜糧米粉DE值的影響

2.1.5 小米與雜糧配比對DE值影響

由圖5可知，隨著小米添加量增加，DE值表現出持續下降趨勢。小米與雜糧配比3∶1～4∶1時，DE值下降趨勢平緩，配比4∶1～7∶1時，DE值下降趨勢更加顯著。這是由于小米添加量的增加導致漿料中淀粉含量增多，從而導致漿料黏度增大，分子與分子之間作用不夠充分，影響雜糧米粉中淀粉的水解效率。此時，水解不夠充分，使得米粉口感粗糙，感官評分低。吉雪[9]在對嬰幼兒米粉酶解工藝參數的優化中研究提出，米漿處于低濃度時，分散效果好，因此雜糧米粉要在營養均衡的條件下控制小米添加量。試驗數據表明，小米與雜糧配比3∶1時，DE值最大值達到60.13%，水解程度最大，綜合感官評分，此時雜糧米粉口感最佳。考慮到降低生產成本，故選擇小米與雜糧復配比例3∶1。

圖5 小米與雜糧配比對雜糧米粉DE值的影響

2.2 正交試驗結果分析

以酶解溫度、復合酶配比、酶解時間、小米與雜糧配比為單因素進行四因素三水平正交試驗，正交優化試驗結果見表3。

由正交試驗結果可知，極差R值的大小為D＞A＞C＞B，由此可以得出對雜糧小米粉DE值影響大小順序為：小米與雜糧的配比＞酶解溫度＞酶解時間＞糖化酶和α-淀粉酶復配比例。其中最佳組合是A2B3C3D1，即酶解溫度55 ℃，復配酶復配比例1∶5，酶解時間105 min，小米與雜糧復配比例3∶1。但與最大DE值試驗組A2B2C3D1不符，因此要進行驗證試驗。正交試驗驗證結果見表4。

由于組合A2B3C3D1優于A2B2C3D1，故酶解溫度55℃、復合酶比例1∶5、酶解時間105 min、小米與雜糧配比3∶1為雜糧小米粉最佳酶解工藝，此時得出雜糧小米粉感官品質最佳。在此最佳工藝條件下對雜糧小米粉進行沖調性檢驗，結果表明，雜糧小米粉的溶解度為69%，結塊率為0.3%，說明其具有良好的沖調性。

表3 正交試驗結果表

表4 驗證試驗結果

3 結論

對復合酶水解雜糧小米粉加工工藝進行研究，結果表明，當復合酶（糖化酶和α-淀粉酶）配比1∶5、小米與雜糧配比3∶1、酶解溫度55 ℃、酶解時間105 min時，水解液DE值為61.78%。此時水解程度高，沖調性好，雜糧米粉口感細滑，含有豐富營養，利于人體吸收，符合當代人們的飲食需求，具有廣闊的市場前景。