小米紅豆復合米粉酶解工藝

馬麗媛，李楊，尚爾坤，張雅娜，郭麗

1. 綏化學院食品與制藥工程學院（綏化 152061）；2. 綏化市食品藥品檢驗檢測所（綏化 152000）

小米，中國古稱粟或稷，亦稱作粱，發源于中國北方黃河流域，有“百谷之長”的美譽。小米品種繁多，俗云“粟有五彩”，有白、紅、橙、黃、紫、黑等各種顏色，其中尤以黃小米的品質最佳[1]。黃小米營養豐富，據測定每百克黃小米含13.24 g蛋白質、4.0 g脂肪、74 g碳水化合物，并富含多種維生素和鈣、磷、鐵、硒等微量元素，所含蛋白質接近小麥全粉，而且氨基酸比例協調，特別是色氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、亮氨酸、蘇氨酸為其他糧食所不及[2-3]。另外，由于小米蛋白的低過敏性，小米可作為安全性較高的食物供孕產婦和嬰幼兒食用[4-5]。小米的果皮、種皮和糊粉層中存在酚類化合物，植物多酚具有較強的抗氧化作用，以及顯著的抑菌、抗癌、抗老化功效和抑制膽固醇上升的功效[6-7]。小米中還含有肌醇、甾醇等，具有降低膽固醇、預防心血管疾病、抑制腫瘤、促進新陳代謝、調節激素水平的作用[8-9]。紅豆別名小豆、赤豆、紅小豆，具有高蛋白、高碳水化合物、低脂肪的特點，含有豐富的營養物質[10]。紅豆中蛋白質含量達17.5%～23.3%，其中必需氨基酸賴氨酸含量較高，對人體生理代謝有重要作用[11]。紅豆中多糖含量較高，其中膳食纖維可以預防癌癥、心血管疾病、糖尿病等，對于通便、利尿和消腫有一定作用，而且還能解毒、解酒，預防肝硬化、結石等[12]。紅豆中礦物質元素鐵、鉀含量較高，還富含維生素A、B族維生素等，具有較高營養保健價值。

發達國家關于米粉的研究起步較早，而且技術裝備也比較先進，產品品質好，中國對于米粉的研究起步較晚，種類單一，且存在一些比較嚴重的質量問題，研究體系需進一步完善。嬰幼兒米粉大多以大米為主要原料，而大米中蛋白質的含量相對于其他食品較低，無法滿足嬰幼兒成長所需的營養要求，以大米為原料制作米粉還需對其蛋白質進行強化[13]。試驗以小米和紅豆為主要原料，利用生物酶解技術生產小米紅豆復合米粉，產品具有較高營養價值的同時，又能促進營養成分吸收，具有一定發展前景。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

黃小米、紅小豆（市售）；α-淀粉酶（無錫雪梅酶制劑科技有限公司）；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）；次甲基藍（天津開發區樂泰化工有限公司）；硫酸銅（河南中都化工有限公司）。

1.1.2 儀器與設備

WFJ-20超微粉碎機（江陰市雙城藥化機械設備有限公司）；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）；電熱爐（長沙市秋龍儀器設備有限公司）；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）；DXDF30EZ包裝機（北京清大天宏包裝機械設備有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 單因素試驗

分別選取酶解溫度、α-淀粉酶添加量、底物濃度、酶解時間為單因素，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、α-淀粉酶的添加量、底物濃度、酶解時間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

根據小米紅豆粉的外觀色澤、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100分），小米紅豆粉的感官評分標準見表2[14]。

表2 雜糧小米粉感官品質評分標準

1.3 小米紅豆復合米粉制作工藝流程

小米、紅豆除雜→超微粉碎機粉碎→過孔徑0.180 mm篩網→小米粉與紅豆粉混合→調漿→滅酶→冷卻→調節pH→添加酶→酶解→滅酶→冷卻→測定DE值→烘干→粉碎→成品

1.4 工藝要點

1.4.1 原料除雜

選擇顆粒飽滿、無蟲蛀、無霉點的新鮮小米和紅豆，剔除其中的沙粒、泥土、清理干凈污物。

1.4.2 粉碎過篩

對物料進行粉碎，過孔徑0.180 mm篩網備用，用密封袋保存，避免受潮。

1.4.3 混合調漿

將小米粉與紅豆粉按照1∶1比例混合，按試驗所需比例加水調制，進行攪拌，使得米粉與水均勻混合。

1.4.4 滅酶

于恒溫水浴95 ℃滅酶10 min，冷卻至一定溫度，調節pH。

1.4.5 酶解

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

1.4.6 測定DE值

采用直接滴定法[15]測定水解液的DE值。

1.4.7 烘干

在電熱爐中使水分進一步蒸發，放進電熱恒溫鼓風干燥箱中烘干，至水分＜10%即可。

1.4.8 粉碎

待米粉稍冷卻后，用超微粉碎機粉碎后過孔徑0.180 mm篩，用全自動包裝機包裝。

1.5 小米紅豆粉沖調性檢測

1.5.1 小米紅豆粉溶解度的測定

利用正交試驗得出最佳加工工藝，取此時獲得的雜糧米粉，配制50 mL 5%雜糧米粉乳濁液，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，將所得干物質于105 ℃烘干，稱得被溶解淀粉的質量M（g），計算出樣品的溶解度[16]。溶解度（S）按式（1）計算。

式中：A為樣品質量，g；M為烘干恒質量，g。

1.5.2 小米紅豆粉結塊率的測定

在250 mL燒杯中加入100 mL沸水，添加10 g干燥后的酶解紅豆小米復合米粉，置于轉速120 r/s自動攪拌器上攪拌20 s，將攪拌后料液通過孔徑0.180 mm篩網，并將剩余未通過篩網的塊狀物質放入烘箱中烘干到恒重狀態，稱得其質量，為M（g）[17]。結塊率（X）按式（2）計算。

式中：W為紅豆米粉水分，%。

2 結果與討論

2.1 單因素試驗結果分析

2.1.1 底物濃度對米漿DE值與感官評分的影響

由圖1可知，隨著底物濃度的不斷增加，DE值先增加后減少，制得的紅豆小米復合米粉感官品質呈現先上升后下降趨勢。底物濃度為5%時，測得的DE值最大，產品的感官品質最好。但隨著底物濃度逐漸增加，米粉DE值有所下降。這是因為底物濃度較低時，反應速率增加較快，但隨著底物濃度逐漸增加，底物與底物之間出現競爭關系，出現競爭性抑制，從而影響水解程度。而底物濃度為4%和6%時的DE值與頂峰底物濃度為5%時相接近，所以選擇米漿底物濃度4%～6%進行后續正交試驗。

圖1 底物濃度對米漿DE值與感官評分的影響

2.1.2α-淀粉酶添加量對米漿DE值與感官評分的影響

α-淀粉酶有多種作用方式，既能作用于直鏈淀粉，也能作用于支鏈淀粉，淀粉通過水解作用，部分水解成葡萄糖、麥芽糖和低聚糖，水解程度可以通過測量米漿DE值反映。不同酶添加量米粉的DE值變化如圖2所示。

由圖2可知，隨著α-淀粉酶添加量增加，DE值先增加后減少，制得的紅豆小米復合米粉感官品質呈現先上升后下降趨勢。酶添加量為1.0%時，測得的DE值最大，產生的感官評分達到最高。加酶量超過1.0%時，DE值呈降低趨勢，并且感官評分逐漸下降。根據分子絡合學說，酶分子與米漿在反應過程中，存在著某個平衡點，隨著α-淀粉酶添加量持續增加，酶與米漿結合程度不斷增加，反應達到平衡后，酶活性逐漸達到穩定，這時達到反應平衡點，達到最適酶用量。張春曉[18]的小米粉制備技術研究表明，隨著加酶量增加，DE值呈現先逐漸增高，達到最高，后出現下降趨勢。因此選擇加酶量0.8%～1.2%進行后續正交試驗。

2.1.3 酶解溫度對米漿DE值與感官評分的影響

酶解溫度過低或者過高，均會對酶活性構成影響，從而影響淀粉的最終酶解效果。由圖3可以看出，溫度從50 ℃提高至55 ℃時，DE值緩慢增加，溫度繼續升高到60 ℃時，DE值急劇增加達到最大值，隨著溫度升高，DE值又急劇下降。這是由于溫度較低限制淀粉酶活性，DE值較正常值偏低，逐漸升高酶解溫度，淀粉酶活性會隨之不斷提高。溫度60 ℃時，此時酶解程度達到最高，此后隨著酶解溫度不斷升高，酶活性反而受到抑制，DE值會轉而降低，因此判定試驗中α-淀粉酶最適酶解溫度為60 ℃。而此時產品的感官評分也較高。因此溫度控制在55～65 ℃之間能更好發揮酶活力。

2.1.4 酶解時間對米漿DE值與感官評分的影響

根據圖4可知，DE值隨著酶解時間增長呈現先上升后趨于平緩趨勢，其中酶解60～90 min，DE值表現出明顯上升，但酶解時間超過90 min，DE值開始緩慢上升甚至保持不變，這是因為酶解時間較長使得酶與淀粉分子之間發生充分作用，使得酶活力開始降低，從而導致DE值增加緩慢甚至不再增加。產品感官評分隨著酶解時間延長呈現先上升后下降趨勢，在酶解時間90 min時達到最高。因此，選擇酶解時間90～120min較為適宜，此時水解程度較高，感官評分高。

圖2 加酶量對米漿DE值與感官評分的影響

圖3 酶解溫度對米漿DE值與感官評分的影響

2.2 正交試驗結果分析

以酶解溫度、α-淀粉酶添加量、底物濃度、酶解時間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，2個觀察指標的極差R值的大小均為A＞D＞B＞C。由此可得，影響紅豆小米復合米粉DE值和感官評分的因素主次關系依次是酶解溫度＞酶解時間＞α-淀粉酶添加量＞底物濃度。從DE值角度分析，試驗最佳組合為A2B1C2D2，而試驗處理組中DE值最高的組合為A2B1C2D3。從感官評分角度分析，試驗最佳組合為A2B3C1D2，與試驗處理組中感官評分最高者恰好相符。因在試驗中2種指標同等重要，所以對3種組合進行驗證試驗，并對3種組合進行溶解度和結塊率檢測，采用SPSS軟件對結果進行統計分析，結果見表4。

圖4 酶解時間對米漿DE值與感官評分的影響

表3 正交試驗結果表

表4 驗證試驗結果

由表4可知，從DE值角度分析，組合2和組合3結果優于組合1，且結果差異顯著，組合2和組合3之間結果差異不顯著；從感官評分角度分析，組合3結果優于組合1和組合2，且結果差異顯著，而組合1和組合2之間差異不顯著；從溶解度角度分析，組合3結果優于組合1和組合2，且結果差異顯著，組合1和組合2之間差異不顯著；從結塊率角度分析，組合3結果優于組合2優于組合1，三者之間結果差異顯著。因此，選擇組合3為試驗最佳組合，即A2B3C1D2，最佳酶解工藝條件為酶解溫度60 ℃、α-淀粉酶添加量1.2%、底物濃度4%、酶解時間105 min，此時得出的紅豆小米復合米粉各方面指標均較好，制品具有較好的小米色澤和香味，成品沖調時狀態較好，結塊率較低，并且分層現象不明顯，無沉淀，質地較均勻穩定，細細品嘗有稍甜滋味，口感柔滑且醇厚。

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，α-淀粉酶添加量1.2%、底物濃度4%、酶解溫度60 ℃、酶解時間105 min時，米漿DE值為60.43%。此時水解程度高，紅豆小米復合米粉口感細膩，含有豐富的營養，米粉沖調性好，利于人體吸收，為新型米粉開發提供理論基礎。