復配酶酶解對燕麥濁汁的穩定性研究

張曉旻，劉靚，劉敏堯，郭梅*

（1.天津農學院食品科學與生物工程學院，天津 300384；2.天津諾奧酶生產力促進有限公司，天津 300399）

燕麥（Avena sativa L.）為禾本科植物，《本草綱目》中稱之為雀麥、野麥子。燕麥分為帶稃型（皮燕麥）和裸粒型（裸燕麥）兩種。俄羅斯、加拿大、波蘭、美國、中國、澳大利亞是燕麥的主要種植國[1]。國外主要種植皮燕麥，我國栽培的燕麥以裸燕麥為主。燕麥作為重要糧食之一，在全世界谷物產量中僅次于小麥、水稻、玉米、大麥和高粱，排名第六。

燕麥是一種“食療兼備”作物，被譽為“九糧之尊”，它是一種全價營養谷物，在蛋白質、脂肪、維生素、礦物元素、膳食纖維等五大營養物質的指標中，位居我國9種糧食作物（小麥、水稻、谷子、玉米、大麥、蕎麥、高粱、黃米、燕麥）之首[2]。燕麥性味甘、平，能益脾養心、斂汗，有較高的營養價值。燕麥富含β-葡聚糖、蛋白質、亞油酸和膳食纖維等成分，且富含人體所必需的8種氨基酸，營養均衡，對于人體補充營養與保持健康有很大的利用價值。燕麥在輔助降血糖、降血壓、減肥保健、預防直腸癌及心血管疾病等方面具有世界公認的保健作用[3-5]。

目前，我國已開發研制的燕麥制品主要包括燕麥片、燕麥粉、燕麥面包、燕麥米、燕麥餅干、燕麥掛面等[6-9]，但市場上主要以燕麥片的形式銷售。燕麥作為學生黨和上班族的營養谷物早餐，也是中老年人減肥保健食品最主要的替代餐，其產品形式單一，適口性較差。近年來，燕麥新產品加工是糧食加工的一個新研究方向[10-11]，具有良好的發展前景，符合廣大消費者的需求，尤其以燕麥為原料的谷物飲品是重點研究方向之一[12-15]。

在歐洲、美國和日本，燕麥制成的純谷物飲料是較為常見的，例如燕麥奶、燕麥甜酒、有機燕麥飲料等產品。但是燕麥飲料的制備比較困難，穩定性較差。在燕麥汁的加工中，燕麥中的淀粉很容易與β-葡聚糖形成膠體[16]，再加上淀粉在儲藏過程中也容易出現老化，形成團塊，會造成燕麥飲料質地不均勻、食用風味變劣等一系列問題[17]。國內對燕麥飲品的研究也有報道，其主要工藝是將淀粉酶解成小分子，現有酶解工藝的研究大多局限于單一酶的應用研究[18-20]，因此，本試驗通過復配酶水解燕麥，探討酶解程度對燕麥濁汁穩定性的影響，對其酶解工藝進行研究，從而能夠制備出質地均勻、穩定性強、口感良好的燕麥濁汁飲品。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

燕麥：市購；α-淀粉酶（20 000 U/g）、葡糖淀粉酶（50 000 U/g）、支鏈淀粉酶（50 000 U/g）：天津諾奧酶生產力促進有限公司。

電子天平（FA2004型）：北京塞多利斯儀器有限公司；數顯恒溫水浴鍋（HHS型）：江蘇金壇市金城國盛試驗儀器廠；高速臺式離心機（16WS型）：湖南湘儀離心機儀器有限公司；膠體磨（MS型）：廊坊正瑞機械有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

燕麥→浸泡→磨漿→過濾→蒸煮→液化→復配酶水解→滅酶→調配→均質→罐裝→殺菌→冷卻→成品

1.2.2 操作要點

1）浸泡：將燕麥原料清洗后，取50 g燕麥原料加250 mL水，在水浴鍋中40℃浸泡2 h。

2）磨漿、蒸煮：燕麥和浸泡液通過膠體磨磨漿，控制加水量，料液比為 1∶9（g/mL），過 200目篩得到燕麥濁汁，再進行蒸煮使燕麥汁充分糊化。

3）液化、復配酶水解：燕麥汁溫度降至80℃，加入高溫α-淀粉酶[21-22]，添加量0.1%，液化60 min。然后冷卻降溫再加入復配酶（葡糖淀粉酶與支鏈淀粉酶按質量比1∶1進行混合），考察不同復配酶添加量、酶解溫度、酶解pH值、酶解時間4個因素對燕麥濁汁離心沉淀率的影響。

4）滅酶、調配、均質：酶解糖化后的燕麥濁汁升溫至80℃，滅酶10 min。進行調配后，高壓均質兩次，壓力分別為20 MPa和40 MPa。

5）灌裝、殺菌、冷卻：灌裝到事先清洗過的玻璃瓶中，封口、殺菌后冷卻至室溫25℃。

1.2.3 離心沉淀率的測定

準確稱取一定量樣品置于離心管中，5 000 r/min下離心20 min，傾去上清液，將裝有沉淀的離心管倒置30 min，準確稱取沉淀質量，計算離心沉淀率（centrifugal sedimentation rate，SR）。每個樣品進行3次平行測定，取其平均值，離心沉淀率越小則代表飲料的穩定性越好[18]。

SR/%=（M1/M2）×100

式中：M1為離心后沉淀物的質量，g；M2為離心前樣品的質量，g。

1.2.4 單因素試驗

1.2.4.1 復配酶添加量對燕麥濁汁離心沉淀率的影響

采用酶解溫度50℃，酶解pH6.4，酶解時間60min，考察復配酶添加量為0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%條件下燕麥濁汁的離心沉淀率。

1.2.4.2 酶解時間對燕麥濁汁離心沉淀率的影響

采用復配酶添加量0.25%，酶解溫度50℃，酶解pH 6.4，考察酶解時間為 40、60、80、100、120 min 條件下燕麥濁汁的離心沉淀率。

1.2.4.3 酶解溫度對燕麥濁汁離心沉淀率的影響

采用復配酶添加量0.25%，酶解pH6.4，酶解時間60 min，考察酶解溫度為 45、50、55、60、65 ℃條件下燕麥濁汁的離心沉淀率。

1.2.4.4 酶解pH值對燕麥濁汁離心沉淀率的影響

采用復配酶添加量0.25%，酶解溫度50℃，酶解時間 60 min，考察酶解酶解 pH 值為 5.6、6.0、6.4、6.8、7.2條件下燕麥濁汁的離心沉淀率。

1.2.5 正交試驗

根據單因素試驗的結果，進行L9（34）正交試驗，確定出利用復配酶制取燕麥濁汁的最佳工藝參數。因素水平見表1。

表1 正交試驗因素水平設計Table 1 Factors and levels of orthogonal tests

1.3 數據處理

每個數據均為3次試驗的平均值，使用EXCEL軟件對數據進行統計分析并繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 復配酶添加量對燕麥濁汁離心沉淀率的影響

復配酶添加量對離心沉淀率的影響見圖1。

圖1 復配酶添加量對離心沉淀率的影響Fig.1 Effects of the amount of compound enzymes on SR

由圖1可知，燕麥濁汁離心沉淀率隨著復配酶添加量的增加而逐漸降低。由于復配酶中的支鏈淀粉酶能分解支鏈淀粉分支處的α-1，6糖苷鍵，形成直鏈淀粉和糊精，糖化復配酶可同時水解α-1，4糖苷鍵和α-1，6糖苷鍵，淀粉被水解后提高了其溶解性。當酶用量超過0.30%時，離心沉淀率的變化開始趨于平緩，再提高復配酶添加量對燕麥濁汁離心沉淀率影響并不大。因此，可選擇復配酶用量3個較優水平0.25%、0.30%、0.35%進行正交試驗。

2.2 酶解時間對燕麥濁汁離心沉淀率的影響

酶解時間對離心沉淀率的影響見圖2。

圖2 酶解時間對離心沉淀率的影響Fig.2 Effects of enzymolysis time on SR

由圖2可知，復配酶酶解時間越長，燕麥濁汁離心沉淀率不斷減小，且速度越來越慢，原因是燕麥中的淀粉被連續水解，當酶解時間大于80 min時，離心沉淀率變化不大，酶解時間過長，對增加燕麥淀粉水解程度沒有太大的效果，反而會影響生產效率，綜合生產時間成本因素，故可選擇酶解時間3個較優水平60、80、100 min 進行正交試驗。

2.3 酶解溫度對燕麥濁汁離心沉淀率的影響

酶解溫度對離心沉淀率的影響見圖3。

圖3 酶解溫度對離心沉淀率的影響Fig.3 Effects of enzymolysis temperature on SR

由圖3可知，隨著溫度的升高，離心沉淀率先降低后升高，離心沉淀率在55℃時最小，燕麥濁汁的穩定性最好。可能是因為該復配酶的最佳酶解溫度約在55℃，此時酶活性可以達到最大化，淀粉的水解程度較高，當酶解溫度超過55℃后，再提高溫度反而會影響部分酶的活性，從而降低復配酶的酶解能力。由此可知，酶解溫度可選擇3個較優水平50、55、60℃進行正交試驗。

2.4 酶解pH值對燕麥濁汁離心沉淀率的影響

酶解pH值對離心沉淀率的影響見圖4。

圖4 酶解pH值對離心沉淀率的影響Fig.4 Effects of enzymolysis pH on SR

由圖4可知，酶解pH 5.6～6.4時，隨pH值的增加燕麥濁汁離心沉淀率呈下降趨勢，在pH 6.4時達到最小，酶解pH6.4～7.2階段時，離心沉淀率又趨于上升，分析原因可能是因為該復配酶在pH6.4時活性最高，而偏酸或偏堿都會使復配酶的活性受到不同程度影響。所以，酶解pH值可選擇3個較優水平6.0、6.4、6.8進行正交試驗。

2.5 正交試驗結果

在單因素試驗的基礎上，根據L9（34）的正交表設計，進行四因素三水平的正交試驗，確定出最佳工藝參數。正交試驗結果見表2。

表2 正交試驗結果Table 2 Results of orthogonal tests

由表2中的極差分析可知，影響燕麥濁汁離心沉淀率的因素主次順序為：復配酶添加量＞酶解溫度＞酶解pH值＞酶解時間。最佳組合為A2B2C2D2，即復配酶添加量為0.30%，酶解pH值為6.4，酶解溫度為55℃，酶解時間為80 min。采用A2B2C2D2工藝組合進行驗證試驗，重復3次，測得該組合離心沉淀率平均為17.6%。

3 結論

通過單因素試驗初步考察了復配酶添加量、酶解pH值、酶解溫度、酶解時間對燕麥濁汁穩定性的影響水平，再進行正交試驗，確定了影響燕麥濁汁離心沉淀率的主次順序：復配酶添加量＞酶解溫度＞酶解pH值＞酶解時間。最佳酶解工藝參數：復配酶添加量0.3%，酶解pH 6.4，酶解溫度55℃，酶解時間80 min，此條件下，燕麥濁汁離心沉淀率為17.6%，穩定性最好。