基于酶法制備的涼薯飲料配方優化及品質測定

譚沙*，岑士杰，田英，陳雪英，文奧美，周維維

銅仁學院材料與化學工程學院（銅仁 554300）

涼薯，學名豆薯，是一種豆科塊根作物，產量高且穩定，大量生長在熱帶和亞熱帶地區，包括印度尼西亞、墨西哥、菲律賓、中國、馬來西亞和新加坡[1-4]。涼薯外皮為褐色，呈不規則球狀，脆而多汁，多肉且肉質潔白無暇、汁液豐富、甘甜清爽，食用后無殘渣，具有特殊的香氣和風味[5-6]。涼薯是一種藥食同源食物[7-8]，不僅含膳食纖維、蛋白質、淀粉、維生素、糖類、多酚類等多種物質，還含有鈣、鐵、鋅等多種礦物質[9-14]。涼薯提取物或其成分具備降血糖、降低肝臟中磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶和葡萄糖6-磷酸酶的表達、提高胰島素敏感性并對肝臟糖異生有抑制、抗氧化和抗黑色素生成、抵抗由高糖飲食引起的糖尿病和肥胖、保護高糖膳食的胰腺、對高糖飲食引起的非酒精性脂肪肝具有益作用及可能有利于預防人體免疫系統相關疾病等功能[15-22]。

涼薯的產量較高且不耐儲藏，每到成熟季節，市場上的涼薯堆積如山，而涼薯的深加工利用較少，深加工的潛力巨大。目前關于涼薯飲料報道中所提到的飲料僅是將涼薯榨汁后取其汁液為原料進行調配而成，而無將涼薯進行液化、糖化后再制作成飲料的報道。研究將涼薯進行液化、糖化后再制備成飲料，不僅使涼薯得到了更好的開發利用，豐富了飲料的種類，更為解決涼薯附加值低等問題提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

涼薯，市售；白砂糖（食品級），市售；食品級木糖醇，山東龍力生物科技股份有限公司；食品級檸檬酸，濰坊英軒實業有限公司；食品級羧甲基纖維素鈉，河南協恒生物科技有限公司；淀粉酶，邢臺萬達生物工程有限公司；糖化酶，江蘇博立生物制品有限公司；DNS試劑，上海展云化工有限公司。

1.2 主要材料與設備

AL204電子分析天平[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]；HH-6恒溫水浴鍋（常州智博瑞儀器制造有限公司）；WAY-2S阿貝折射儀（上海申光儀器儀表有限公司）；PHS-3ES酸度計（上海佑科儀器儀表有限公司）；SKG1325榨汁機（佛山艾詩凱奇電氣有限公司）；Alpha-1860A紫外可見光光度計（上海市譜光儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 涼薯飲料制作流程

涼薯→去皮→清洗→切塊→榨汁→加水糊化→液化→滅酶→糖化→滅酶→過濾→調配（白砂糖+檸檬酸+木糖+CMC-Na）→均質→裝罐→殺菌→冷卻→成品

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 原料選擇與處理

選用新鮮、成熟、無病蟲害的完整涼薯，入水浸泡清洗，清除涼薯表面污泥、雜質。將涼薯去表皮，切成均勻大小的塊狀，再將涼薯塊用榨汁機榨碎，按1∶4（g/mL）的比例加水后，經糊化、液化、糖化、過濾等工藝處理，得涼薯汁，冷藏備用。

1.3.2.2 調配

將一定比例的白砂糖、木糖醇、檸檬酸充分混合后加入到經處理后得到的100 mL涼薯汁中，用玻璃棒不斷攪拌直至混合物料全部溶解。

1.3.2.3 均質灌裝

將調配好的飲料在60 ℃的恒溫水浴鍋中進行均質5 min，在均質的過程中分次加入穩定劑CMCNa，均質后迅速將涼薯飲料灌裝到經滅菌處理過玻璃瓶中。

1.3.2.4 殺菌冷卻

玻璃瓶加蓋后不用旋緊，放入95 ℃的恒溫水浴鍋中脫氣5 min，將玻璃瓶瓶蓋旋緊后，再于100 ℃的溫水浴鍋中滅菌10 min。分段快速冷卻至37 ℃。

1.3.3 液化試驗

采用α-淀粉酶對糊化后的涼薯進行液化處理，考察單因素α-淀粉酶添加量（6，10，14，18和22 U/g）、液化溫度（50，60，70，80和90 ℃）和液化時間（50，60，70，80和90 min）對涼薯葡萄糖當量DE值的影響。

1.3.4 糖化試驗

液化后涼薯原漿滅酶，冷卻至室溫后，糖化酶糖化，考察單因素糖化酶的添加量（80，90，100，110和120 U/g）、糖化時間（60，70，80，90和100 min）和糖化溫度（20，30，40，50和60 ℃）對涼薯原漿分解產物還原糖的質量分數的影響。

1.3.5 葡萄糖值的測定

DE值：DE值是指糖化液中的還原糖質量分數（以葡萄糖計）占干物質的百分率，又稱葡萄糖值，用作為衡量淀粉的水解程度[23]。

1.3.6 還原糖質量分數的測定

還原糖質量分數的測定采用3,5-二硝基水楊酸比色法[24]。

1.3.7 涼薯飲料調配試驗

以100 mL經過液化、糖化處理的涼薯汁為基礎，考察單因素白砂糖添加量（2，4，6，8和10 g）、木糖醇添加量（1，2，3，4和5 g）、檸檬酸添加量（0.06，0.08，0.1，0.12和0.14 g）及CMC-Na添加量（0.14，0.16，0.18，0.2和0.22 g）對涼薯品質的影響。

1.3.8 感官指標評定

依據涼薯的特性，選擇20名食品專業人員，根據評分標準（表1），對涼薯飲料的口感、色澤、組織狀態、風味進行感官評定。

表1 涼薯飲料的感官評分標準

1.3.9 理化指標的測定

總酸按照GB/T 12456—2008[25]中方法測定；總糖質量分數根據王永華[26]方法測定；pH測定，在室溫下，校正酸度計后測定樣品的pH，平行測定樣品3次，取平均值為最終值；可溶性固形物質量分數，按折光儀法[27]測定。

1.4 數據處理

使用Excel處理數據，SPSS軟件分析數據，Origin Pro 8.5.1作圖。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 液化單因素試驗

如圖1所示：液化時間80 min時，α-淀粉酶與底物充分反應，底物被分解完全，此時，DE值達到最大值；而當液化時間達到90 min以后，DE值呈現下降趨勢。溫度為80 ℃時，底物被分解得較徹底，DE值達到最大值；而當溫度超過80 ℃后，由于溫度過高，α-淀粉酶的活性開始降低，甚至失去活性，致使α-淀粉酶不能將底物充分分解，從而使得DE值呈現下降的趨勢。

圖1 液化溫度及液化時間對液化效果的影響

如圖2所示：隨α-淀粉酶添加量的增加，當添加量為18 Ug/g時DE值最大，其后開始下降，其原因可能是α-淀粉酶添加量較多，與底物發生反應的過程中，底物已經被完全分解，而有部分α-淀粉酶則未能與底物接觸，從而測定時導致干物質的量增多，進而導致DE值呈現略微下降的趨勢。

圖2 α-淀粉酶添加量對涼薯液化的影響

2.1.2 糖化單因素試驗

如圖3所示：當溫度達到50 ℃時，糖化酶其活性最大，與底物反應完全，底物能被糖化酶徹底分解，故在此條件下糖化得到的還原糖質量分數最大；而溫度調節至60 ℃進行糖化后，因為溫度過高，糖化酶的活力受到影響，其酶活力降低，并隨著溫度在此基礎上的增加，糖化酶的活力會喪失，從而使得還原糖質量分數出現下降的趨勢。糖化80 min時，糖化酶和底物反應完全，故還原糖質量分數在此時最大；而糖化80 min之后，還原糖的質量分數由于時間的延長出現下降的趨勢，原因可能是隨著延長糖化時間，糖化酶出現了鈍化現象。

圖3 液化溫度及液化時間對液化效果的影響

如圖4所示：糖化酶的添加量在80～100 U/g范圍時，底物和糖化酶的接觸不完全，故還原糖質量分數只是緩慢地升高；而酶添加量為110 U/g時，糖化酶和底物充分接觸，底物被完全分解，此時還原糖質量分數發生明顯的增加且達到最大值。

圖4 α-淀粉酶添加量對涼薯糖化的影響

2.1.3 涼薯調配單因素試驗

由圖5可知：白砂糖添加量為8%時感官評分最高，為84.2分，此時涼薯飲料的甜味適中，酸甜比例協調，具備最好的口感；當添加量繼續增大時，涼薯飲料的感官評分迅速下降，這是由于白砂糖的添加量過大，涼薯飲料中會出現較重的甜味，酸甜比例不協調，口感甜膩，完全掩蓋涼薯味道。當木糖醇添加量在1%～2%時，隨著木糖醇的添加量增加，涼薯飲料的感官評分隨木糖醇添加量的增大而增高，少許的木糖醇可以有效地提高涼薯飲料的清爽感，使飲料口感更為飽滿；當添加量為2%時感官評分最高，為83.1分，此時涼薯飲料的渾厚感好，回味清爽，達到最佳口感；當添加量為2%～5%時，涼薯飲料感官評分隨著木糖醇添加量的增加而逐漸下降，其原因是隨木糖醇添加量的增加，涼薯飲料的柔和感變成了純純的甜度，缺乏了酸甜協調的爽口感。因此，木糖醇的最適添加量初步確定為2%。

圖5 白砂糖及木糖醇的添加量對涼薯飲料品質的影響

一定量的檸檬酸可以改善涼薯飲料的口感，增添檸檬酸用量可提高涼薯飲料感官評分，由圖6可知：檸檬酸添加量到達0.1%后，繼續增加檸檬酸的用量，涼薯飲料酸味太重并難以進口；檸檬酸添加量為0.1%時，既不掩蓋涼薯獨特的滋味，又賦予涼薯飲料有更好的口感。

圖6 檸檬酸及CMC-Na的添加量對涼薯飲料品質的影響

添加適量穩定劑不僅可以阻滯蛋白質的凝聚，避免涼薯飲料產生分層的現象，還可以使涼薯飲料的口感更加細膩，使體系更加均勻穩定。由圖6可知：CMC-Na添加量為0.18%時涼薯飲料評分最高，感官評分也達到最高82.6分；當CMC-Na用量小于0.18%時，會出現少量沉淀；當CMC-Na添加量超過0.18%時，將導致飲涼薯料太過黏稠，組織狀態較差。

2.2 正交試驗結果

在單因素試驗結果的基礎上，選擇液化溫度、液化時間、α-淀粉酶添加量作為涼薯酶法液化的單因素進行正交試驗設計（見表2）；選擇糖化溫度、糖化時間、糖化酶添加量作為涼薯糖化的單因素進行正交試驗設計（見表4）；選擇白砂糖添加量、木糖醇添加量、檸檬酸添加量、CMC-Na加量作為涼薯飲料配方的影響因素進行正交試驗設計（見表6）。

表2 涼薯液化正交試驗因素水平表

由表3可知，最好的液化條件是組合A1B1C1，即糖化溫度為70 ℃，時間為70 min，酶添加量為14 U/g時液化的效果最好。

表3 涼薯液化正交試驗結果

表4 涼薯糖化正交試驗因素水平表

由表5可知，涼薯糖化最好的組合是A1B1C1，即糖化酶為100 U/g，在40 ℃條件下糖化70 min所得到還原糖質量分數最大。

表5 涼薯糖化正交試驗結果

表6 涼薯飲料調配配方正交試驗因素水平 單位：%

對表7正交試驗的結果進行分析，得出涼薯飲料調配配方的優組合A2B1C3D2，即白砂糖添加量8%、木糖醇添加量1%、檸檬酸添加量0.12%、CMC-Na添加量0.18%，采用此條件下產出的涼薯飲料組織均勻，酸甜適中，口感清爽，風味最佳。

表7 涼薯飲料調配配方正交試驗結果與分析

由表8可知，涼薯飲料配方所有因素均為顯著性影響因素（p＜0.05）。

表8 正交試驗結果方差分析

2.3 穩定性試驗

根據最佳配方條件，進行穩定性試驗，結果見表9。

表9 穩定性試驗結果

表9顯示，以A2B1C3D2組合所制得的涼薯飲料感官評分均在86.2分及以上，說明此配方穩定。

2.4 涼薯飲料的質量指標

2.4.1 感官指標

在最佳的液化和糖化工藝條件下，對涼薯以最優添加量進行調配，所得涼薯飲料感官指標見表10。

表10 涼薯飲料的感官指標

2.4.2 理化指標

由表11可知，采用最佳配方調配的涼薯飲料的可溶性固形物為11.0%，符合相應國標[28]中的規定。

表11 理化指標測定結果

3 結論

涼薯飲料最優配方為白砂糖添加量8%、木糖醇添加量1%、檸檬酸添加量0.12%、CMC-Na添加量0.18%。在最佳的調配配方條件下，涼薯飲料感官評分較高，總酸、總糖、可溶性固形物符合相關國標要求。涼薯飲料呈淡黃色，清亮透明、組織均勻、無肉眼可見沉淀、酸甜適中、無異味，具有獨特的涼薯風味，工藝及配方穩定性良好，為涼薯種植業及食品加工行業提供一定信息。