預糊化-復合酶解法制備嬰幼兒留胚米粉及其理化性質研究

王子妍，劉 穎，賈健輝,2，竇博鑫, ，張 娜,

（1.哈爾濱商業大學食品工程學院，黑龍江哈爾濱 150028；2.牡丹江師范學院生命科學與技術學院，黑龍江牡丹江 157011）

全球每天新生兒的數量約為20 萬，這使得嬰幼兒輔助食品具有了極大的市場潛力。為滿足嬰兒輔食的營養需求，營養價值高、易消化、不易過敏的大米成為嬰兒輔食的主流原料。研究表明留胚米與普通的精制大米相比，由于其包含相對完整的糊粉層、珠心層和胚，使留胚米粉具有更豐富的天然營養。留胚米中含有的膳食纖維，有助于改善嬰幼兒腸道菌群結構，益于嬰幼兒健康。相比于大米，留胚米是更為理想的嬰幼兒米粉原料，但是目前市場上銷售的嬰幼兒留胚米粉卻是鳳毛麟角。

目前國內外生產嬰幼兒米粉的技術主要有滾筒干燥技術（濕法）和擠壓膨化技術（干法）兩種。滾筒干燥和擠壓膨化加工過程米漿均直接與加熱金屬器件接觸，物料局部受熱過高，部分米漿受到高溫影響（約200～240 ℃），使得蛋白和油脂氧化產生過氧化產物，因此用上述工藝生產的米粉存在沖調性差、不易消化等問題。研究表明稻米中淀粉糖含量和淀粉顆粒的理化特性與消化特性直接相關，加工過程會影響米粉的糊精、淀粉、膳食纖維的特性，從而影響嬰幼兒對米粉的消化與吸收。適度酶解可改變谷物基質的嬰幼兒米粉的糊化與部分凝膠特性?？刂扑獬潭瓤蓪⒏叻肿拥矸劢到?，部分淀粉轉化為具有3～10 個糖分子的低聚糖混合物，難消化淀粉也有一定程度的分解，因而適度酶解可以增加嬰幼兒對米粉的消化與吸收功能，改善適口性，提高嬰幼兒米粉的溶解和復水能力。劉梅森等通過對嬰幼兒米粉進行酶解工藝的研究，證明復合酶解技術可以顯著地改善米粉沖調性和消化性，提高嬰幼兒米粉的品質。

本研究擬以留胚米為原料，采用預糊化-復合酶解法，即采用-淀粉酶和-淀粉酶水解淀粉分子，使之部分水解為小分子質量的低聚異麥芽糖、糊精等，將難消化淀粉分解，以期改善產品的沖調性能和消化吸收性，減少嬰兒斷奶期間食物變化產生的不適，達到克服傳統工藝生產嬰幼兒米粉溶解性差、黏度大等弊端。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

留胚米 哈爾濱工程北米科技有限公司；淀粉酶（10 萬U）、淀粉酶（10 萬U） 上海源葉生物有限公司；酒石酸鉀鈉、乙酸鋅、亞鐵氰化鉀、甲醇、乙醇等試劑 均為分析純。

DSE-25 雙螺桿擠壓膨化機 德國本布拉德公司；ESJ180-4 型電子天平 上海恒平科學儀器有限公司；SIGMA-500 蔡司場發射掃描電鏡 蘇州沃弗本精密儀器有限公司；Q150TES 型粒子濺射鍍膜儀英國Quorum；DF-101S 集熱式恒溫油浴鍋 河南勝博儀器有限公司；Tec-Master 型快速黏度分析儀（RVA） 瑞典Perten 儀器公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 未經處理留胚米粉的制備 取留胚米直接粉碎過80 目篩備用。

1.2.2 焙炒-擠壓膨化米粉的制備 取留胚米200 g置于恒溫油浴鍋中200 ℃下焙炒18 min，通風處冷卻后粉碎至50～60 目，調節水分含量至30%，再送入雙螺桿擠壓膨化機進行擠壓膨化，擠壓膨化機溫度設置140 ℃，螺桿轉數100 r/min，待擠壓膨化機穩定后收集擠出料。擠出物料置于45 ℃烘箱24 h 穩定水分，再經粉碎過80 目篩，即得到焙炒-擠壓膨化的米粉，以下稱為預糊化留胚米粉。

1.2.3 復配酶比例的確定 采用-淀粉酶與-淀粉酶，在固定酶總添加量1500 U/g、酶解溫度50 ℃、酶解時間150 min 條件下，設定11 個不同水平的酶復配比例：-淀粉酶:-淀粉酶為0:10、1:9、2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、7:3、8:2、9:1、10:0，研究兩種酶制劑共同作用對預糊化后米粉的作用效果，選擇DE 值（以還原糖含量計）最高的為最佳復配比例。

1.2.4 復配酶水解單因素實驗 參考陸東和等的方法，在確定復合酶解的最佳比例之后，酶解溫度60 ℃、酶解時間120 min 條件下，改變酶總添加量（1000、1250、1500、1750、2000 U/g）分別測定水解度（DE 值）和水溶性指數（WSI）；酶添加量1500 U/g、酶解溫度60 ℃條件下，-淀粉酶與-淀粉酶的比例為3:7，改變酶解時間（60、90、120、150、180 min）研究酶解時間對水解度（DE 值）和水溶性指數（WSI）的影響；酶添加量1500 U/g、酶解時間150 min 條件下，-淀粉酶與-淀粉酶的比例為3:7，改變酶水解溫度（40、45、50、55、60 ℃）研究酶水解溫度對水解度（DE 值）和水溶性指數（WSI）的影響。

1.2.5 正交試驗設計 根據單因素的實驗結果，以水解度（DE 值）和水溶性指數（WSI）為指標，選取酶總添加量、酶解時間、酶解溫度3 個影響因素，進行三因素三水平的正交試驗，優化酶解工藝，試驗因素與水平設計見表1。

表1 正交試驗因素水平和編碼Table 1 Factor level and coding of orthogonal test

1.2.6 嬰幼兒留胚米粉表層形貌觀察 取適量樣品（未經處理留胚米粉、預糊化留胚米粉、預糊化-酶解留胚米粉），過80 目篩后分別均勻粘在掃描電鏡觀察臺，用粒子濺射鍍膜儀給樣品鍍金，厚度約為15 nm。使用電鏡掃描儀觀測米粒表層結構。

1.2.7 水溶性指數（WSI）和吸水性指數（WAI） 參考戴曉慧等的方法。準確稱取2.50 g 米粉置于離心管中，注入30 mL 去離子水，先進行振蕩，后離心。振蕩條件為230 r/min，時間為30 min；離心條件為4000 r/min，15 min。離心過后分離上清液和沉淀物。上清液傾倒于恒重過的稱量瓶中，105 ℃恒溫烘箱蒸發至恒重。WSI 和WAI 按照公式（1）和（2）計算。

1.2.8 還原糖含量測定 參考GB 5009.7-2016還原糖的測定。

1.2.9 綜合評分的計算 測定米粉的DE 值和WSI。將這兩個指標全部轉換成它們的隸屬度，根據二者對米粉品質的影響效果，將權重分別設置為DE 值為60%，WSI 值為40%。以正交試驗中綜合得分最高的方案進行下一步驗證實驗，隸屬度與綜合評分計算公式如下。

1.2.10 分散時間測定 參考馬麗媛等方法并略作修改，準確稱取不同種方法制備的米粉2.50 g，加入溫度保持在70 ℃的100 mL 水中，用恒溫磁力攪拌器以30 r/min 的速率攪拌，記錄從開始加入粉體到完全分散所需的時間，每個樣品重復測定5 次。

1.2.11 溶解度測定 參照標準GB 5413.29-2010進行測定。

1.2.12 糊化特性分析 參考邊鑫等的方法測定淀粉的糊化特性，以快速粘度分析儀測量樣品的峰值粘度（peak viscosity，PV）、谷值粘度（trough viscosity，TV）、最終粘度（final viscosity，FV）、回生值（FV-PV）和衰減值（PV-TV）。

1.3 數據處理

所有實驗均重復三次，分析數據并以平均值±標準偏差表示。其中曲線圖使用Origin 2021 和Microsoft Office Excel 進行繪制，統計學分析使用SPSS 25 進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 酶復配比例的確定

以地衣芽孢桿菌來源的-淀粉酶和多黏芽孢桿菌來源的-淀粉酶制備不同比例的復合酶對米粉進行酶解，以DE 值為指標，得出較好的復配比例。如表2 所示，4 號復配實驗酶解效果最佳，DE 值為21.54%，因此后續試驗采用的復配酶比例為3:7，即-淀粉酶:-淀粉酶為3:7。

表2 不同復配酶比例水解對米粉的酶解效果影響Table 2 Effects of different complex enzyme ratios on enzymatic hydrolysis of rice flour

2.2 單因素實驗結果

2.2.1 酶總添加量 實驗結果如圖1 所示。酶總添加量被視為酶解實驗中影響酶解的重要因素之一。當控制其他影響因素且底物充足情況下，在一定程度下增加酶的使用量可以使反應速率加快。而當底物不斷被酶分解后，底物濃度降低，酶解速率增長較慢。由圖1 可見當復配酶總添加量為1000～1750 U/g 時，米粉漿中的DE 值隨著酶總添加量的增多而不斷增加，當酶總添加量超過1750 U/g 后，米粉漿中的DE 值增加趨勢不明顯，繼續增大酶的總添加量對米粉漿中淀粉分解的效果作用不大；且隨著酶總添加量的增加，水溶性指數也不斷升高，在酶總添加量1250～1750 U/g 之間明顯提高，可能原因在于水溶性指數主要反應淀粉的降解程度，與淀粉釋放的可溶性小分子的數量有關，當底物分解程度逐漸升高，WSI 值也隨之增加。為了考慮生產成本，酶添加量為1500 U/g 時WSI 變化曲線的斜率最大，故選擇復配酶總添加量為1500 U/g 為宜。

圖1 不同酶總添加量對DE 值和WSI 的影響Fig.1 Effects of different total enzyme supplemental levels on DE value and WSI

2.2.2 酶解時間 由圖2 可知，當固定酶解溫度、酶總添加量時，隨著酶解時間的持續增長，DE 值呈現先升高后降低的趨勢。酶解持續時間達到150 min時，DE 值達到了最大的水平。主要原因可能是酶在的水解過程中，酶具有專一性，并且在酶促水解的早期階段，底物能夠被準確地識別出來。而隨著酶解的進行，底物在逐漸減少，底物與酶之間的相互作用逐漸減弱；另一方面可能因為隨著酶解過程持續時間的推移，酶的活力在逐漸減弱，而產物的累積會逐漸對酶解反應起到抑制作用，故DE 值呈現平緩的趨勢。水溶性指數也隨酶解時間的延長呈現先升高后降低的規律。因此，150 min 是酶解的最佳時間。

圖2 不同酶解時間對DE 值和WSI 的影響Fig.2 Influence of different enzymatic hydrolysis time on DE value and WSI

2.2.3 酶解溫度 溫度是影響酶活性的主要因素之一，也會影響酶反應的促進速度。在一定范圍內，逐漸上升溫度，這個過程中反應能量增加，單位時間內的有效碰撞數就會增加，反應速度從而提高；由于酶的本質是蛋白質，當溫度上升到超過某一限值時酶蛋白變性失去活性，導致酶促反應速率下降，由圖3可知，當溫度低時，淀粉酶的活性有限，淀粉酶的分解速率較低；隨著溫度的緩慢升高，淀粉酶的活性逐漸提高，酶的分解速率逐漸加快，DE 值逐漸升高。在55 ℃中以DE 值達到峰值，隨后隨著溫度的升高酶活性受到限制，DE 值下降。

圖3 不同酶解溫度對DE 值和WSI 的影響Fig.3 Effects of different enzymolysis temperatures on DE value and WSI

2.3 正交試驗結果

在單因素實驗結果的基礎上，選取酶總添加量（A）、酶解時間（B）和酶解溫度（C）作為因素，采用三因素三水平的正交試驗，正交試驗方案和結果如表3 所示。

表3 復合酶解嬰幼兒米粉正交試驗分析方案和結果Table 3 Analysis scheme and results of orthogonal test of compound enzymatic hydrolysis of infant rice flour

由表4 極差值R 可知，R＞R＞R，因此影響復合酶解嬰幼兒留胚米粉綜合評價的因素主次關系為：酶解溫度＞酶總添加量＞酶解時間，ABC為最佳組合，即酶總添加量為1250 U/g，酶解時間為150 min，酶解溫度為58 ℃，試驗結果為：DE 值：33.08%±0.33%，WSI：0.823%±0.07%，綜合評分：1.012。驗證試驗顯示，該工藝重現性、穩定性較好。

表4 正交試驗方差分析Table 4 Analysis of variance of orthogonal test

2.4 嬰幼兒留胚米粉表觀形態結構分析

由圖4 可見，未處理米粉樣品的米粉顆粒主要為球形，較為完整且表面粗糙；經焙炒-擠壓膨化加工處理過的米粉顆粒的形態與原淀粉顆粒的相近，表面稍顯光滑，含有大量的碎屑；預糊化-酶解處理后的樣品形狀不規則，表面粗糙，呈鱗狀，這種現象產生的主要原因可能是在預預糊化-酶解過程中，米粉原有顆粒破碎，表面碎片增加，表面粗糙度提高。米粉顆粒外觀形狀的不同應該與其加工方式有關，預糊化-酶解米粉樣品由于經過擠壓處理和酶的作用破壞了淀粉分子的結構，使得米粉顆粒呈現不規則的形狀。

圖4 米粉掃描電鏡圖（15000×）Fig.4 SEM of rice flour (15000×)

2.5 水溶性指數（WSI）與吸水性指數（WAI）

水溶性指數用于衡量淀粉的降解程度，與淀粉釋放的可溶性小分子的數量有直接關系。吸水性指數主要是反映淀粉吸水膨脹形成凝膠的能力，這兩個指標可以用來衡量米粉的沖調性質。如表5 所示，WSI 與WAI 呈負相關，預糊化-復合酶解留胚米粉的WSI 達到72.20%，遠遠高于其他組別。而預糊化-復合酶解留胚米粉的WAI 為1.82±0.13 g·g，低于其它組別，總體來講與未經處理的留胚米粉比較WSI 上升50%，WAI 下降的主要原因在于在預糊化-酶解的過程中，-淀粉酶和-淀粉酶復合作用于淀粉，淀粉結構遭到破壞，使得留胚米粉的持水能力和吸水能力下降。Xu 等研究發現擠壓膨化時加入高溫-淀粉酶處理后，精米和糙米粉的WAI 均有所下降，WSI 均有所升高，與本研究結果一致。

表5 預糊化-復合酶解對嬰幼兒米粉WSI 與WAI 的影響Table 5 Effects of pregelatinization and compound enzymatic hydrolysis on WSI and WAI of infant rice flour

2.6 分散時間

分散時間能直接表明米粉溶于水的速度的快慢。分散時間越短代表米粉自身的分散性越好。預糊化后留胚米粉的分散性相較于未處理的米粉有所改善，其主要原因是米粉中的大分子物質在高溫高壓強剪切力作用下被剪切成小分子物質，小分子更易溶于水。酶解后的米粉分散性更佳原因在于，物料經擠出后，再經過酶解，淀粉結構變得疏松，隨著小分子物質含量的增加，分散時間變短。

表6 預糊化-復合酶解對嬰幼兒米粉分散時間的影響Table 6 Effects of pregelatinization and compound enzymatic hydrolysis on dispersion time of infant rice flour

2.7 溶解度

將經過預糊化處理過的米粉和經預糊化-復合酶解加工處理過后的留胚米粉幾種產品進行溶解度對比，結果如表7 所示。由數值關系上推斷，經預糊化-復合酶解制備的米粉在溶解度上與未經處理米粉相比顯著上升（＜0.05）。原因可能在于在留胚米粉在酶解過程中，部分淀粉被水解，從而形成了短鏈的低聚糖和葡萄糖，這兩種物質的生成使得米粉的溶解性增大。在一定程度上，酶水解程度越高，其含有的短鏈糖越多，淀粉的溶解度就會越大。預糊化后的米粉相較于未處理的米粉溶解度也有較大程度的提升，證明高溫高壓高剪切力的條件可以破壞淀粉分子結構，使得米粉的溶解性增大。

表7 預糊化-復合酶解對嬰幼兒米粉溶解度的影響Table 7 Effects of pregelatinization and compound enzymatic hydrolysis on solubility of infant rice flour

2.8 糊化特性

根據RVA 糊化儀測定產品的糊化特性，結果如表8 所示。經預糊化-酶解加工制備的米粉的峰值黏度、谷值黏度、崩解值、終值黏度和回生值均低于預糊化加工處理的米粉，尤其是峰值黏度顯著降低了（＜0.05）。峰值粘度低可能是因為留胚米經過擠壓膨化和復合酶解，促進了部分淀粉膨脹和直鏈淀粉的溶出；谷值黏度、崩解值和回升值小說明經預糊化-酶解的口感更好，老化速度慢?？傮w上，預糊化-復合酶解嬰幼兒米粉的糊化特性較預糊化的米粉高，粘度較低，口感更好，更適合嬰兒消化吸收。

表8 預糊化-復合酶解對嬰幼兒米粉黏度的影響Table 8 Effects of pregelatinization and compound enzymatic hydrolysis on viscosity of infant rice flour

3 結論

本研究以經焙炒-擠壓膨化留胚米粉為原料分別研究了酶總添加量、酶解溫度、酶解時間3 個因素對嬰幼兒留胚米粉DE 值和WSI 的影響，正交試驗表明對DE 值的影響順序為酶解溫度＞酶總添加量＞酶解時間；最佳酶解條件為：復合酶總添加量為1250 U/g，酶解時間150 min，酶解溫度58 ℃，在此條件下，DE 值：33.08%±0.33%，WSI：0.823%±0.07%，綜合評分：1.012。預糊化-復合酶解留胚米粉DE 值增加使得淀粉分子降解更易消化，同時與未經處理的留胚米粉比較，預糊化-復合酶解留胚米粉的水溶性指數上升，吸水性指數和溶解度上升了，黏度降低。

由上述結果可知，留胚米粉經過預糊化-酶解后，具有更好的溶解度和糊化特性，可以有效改善傳統加工嬰幼兒米粉的溶解度差、消化性差、黏度大等問題。