3種酶源助消化功能食品的開發與表征

杜月紅，田曉靜，郭晨，汪洋，張歡，邢金鋒，劉新柱，王穩航

（天津科技大學食品科學與工程學院，天津 300457）

在正常進食過程中，所有食物均需經過胃腸道消化過程，包括口腔、胃、小腸和大腸等，這些部位分布著各種各樣的酶，高分子量物質（甘油三酯、蛋白質、多糖）在這些酶的作用下轉化為低分子量化合物（雙甘油三酯、單甘油三酯、脂肪酸、多肽、氨基酸、低聚糖、單糖）[1]。補充外源水解酶能克服抗營養因子的不利影響和改善飲食成分消化，已成為一種常用的促進食物消化吸收和提高營養物質生物利用度方法。在各種食品中添加酶制劑可以使其具有助消化功能，如在餅干中加入中性蛋白酶、木瓜蛋白酶和淀粉酶等，以促進腸道蠕動和消化液的分泌[2]。在臨床上，復方消化酶可用于與莫沙必利協同治療功能性消化不良，療效確切，可有效提高患者的生活質量，減輕不良反應發生率[3]。Oben等[4]的研究表明，在乳清濃縮蛋白中添加食品蛋白酶，可以明顯提高人體餐后血清氨基酸水平，促進蛋白質的消化吸收。此外，許多植物中含有各種天然水解酶，如木瓜、菠蘿和生姜中含有巰基（半胱氨酸）蛋白酶[5]，可用于開發酶源食品以提高食物的消化率和生物利用度，改善消化吸收作用[6-8]。

保持酶源食品較高的酶活性是產品開發中需要考慮的首要問題，6～8分熟的菠蘿果實中蛋白酶含量較高，但有機酸含量也較高，口感較差，陰離子樹脂是一種分子中含有堿性基團的離子交換樹脂，可用于吸附各種有機酸，包括蘋果酸、揮發性脂肪酸、水中的甲酸和益生菌發酵中的乳酸等[9-11]。生姜中含有不揮發性的姜辣素，其主要成分包括姜酚類、姜烯酚類、姜油酮類、姜酮、姜二酮等，具有辛辣、刺鼻的味道[12-13]。乙醇可用于提取生姜中的姜辣素，從而降低其辛辣味道，具有效率高、設備簡單、無毒和易回收等優點[14]。

本文利用陰離子交換樹脂吸附菠蘿中的酸，利用乙醇去除部分生姜中的姜辣素，通過冷凍干燥和粉碎技術制備木瓜粉、菠蘿粉和生姜粉3種酶源食品，并探究兩種處理分別對菠蘿粉和生姜粉的性質和酶活力的影響，以期為酶源食品的開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 原料與設備

番木瓜：購自廣西，70日～100日齡果實；菠蘿：購自湛江徐聞，品種為“巴厘”，采收時間為7月份；生姜：購自山東昌邑，采收期為10月下旬；大孔苯乙烯系弱堿性陰離子交換樹脂（YZA354FD）：杭州泳洲水處理科技有限公司；酪氨酸、香草醛：北京索萊寶科技有限公司；三氯乙酸：上海阿拉丁生化科技股份有限公司。以上試劑均為分析純。

LGJ 0.5真空冷凍干燥機：美國賽默飛世爾科技公司；FE28pH計：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；TU-1810紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；Kjeltec 8400凱氏定氮儀：丹麥Foss公司；S18-LA170打漿機：九陽股份有限公司；RE-52AA旋轉蒸發儀：上海析域儀器設備有限公司；TDZ5-WZ離心機：湘儀離心機儀器有限公司；SB-5200DTD超聲波清洗機：寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.2 酶源食品的制備

1.2.1 木瓜粉制備

選擇表皮無損傷、6～8成熟的青木瓜，清洗后去皮、切片，置于-80℃中預凍12 h，然后真空冷凍干燥24 h，粉碎后過100目篩。所得木瓜粉在低溫、干燥、避光環境中密封保存。

1.2.2 菠蘿粉制備

選擇6～8成熟的菠蘿，去皮、挖眼、切塊，然后加入20%體積的冰水，用打漿機打漿，將激活（用3倍體積的4%NaOH將陰離子交換樹脂浸泡30 min）后的陰離子交換樹脂浸入菠蘿漿液中（樹脂和菠蘿漿體積比為 1 ∶3），并不斷攪拌，分別在 0、20、40、60、80 min時，分離去除樹脂后取樣，置于-80℃預凍12 h，然后真空冷凍干燥24 h，粉碎，過100目篩。所得菠蘿粉在低溫、干燥、避光環境中密封保存。

1.2.3 生姜粉制備

選擇表皮完整、新鮮的生姜，清洗、去皮、切塊，加入20%體積的冰水，用打漿機打漿，在4℃下，用4倍體積的 70%乙醇浸泡，分別在 0、20、40、60、80 min 取樣，兩次離心（4 000×g，30 min），取沉淀物，60 ℃旋蒸去除乙醇，-80℃預凍12 h，真空冷凍干燥24 h，粉碎，過100目篩。所得生姜粉在低溫、干燥、避光環境中密封保存。

1.3 pH值和總酸含量測定

菠蘿漿用樹脂處理的 0、20、40、60、80min 分離樹脂后取樣，測定pH值。菠蘿粉的總酸測定參考GB12456—2021《食品安全國家標準食品中總酸的測定》[15]，采用酸堿指示劑滴定法，計算得到菠蘿粉中總酸的含量。

1.4 姜辣素含量測定

參考文獻[16]中的方法測定生姜粉中的姜辣素含量。首先精密稱取100.0 mg香草醛標準品，溶于無水乙醇并定容至100 mL。再用無水乙醇稀釋50倍，搖勻作為香草醛標準溶液。吸取香草醛標準溶液1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL，用無水乙醇補充至 10 mL，得到濃度為 2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0 μg/mL 的系列標準溶液。以無水乙醇作為空白，在280 nm波長處測定吸光度，繪制香草醛標準曲線。

精密稱取0.2 g姜粉置于具塞三角瓶中，加入50 mL無水乙醇，在功率為200 W超聲波清洗器中超聲30 min，搖勻過濾。移取濾液5.0 mL，加無水乙醇10.0 mL，以無水乙醇作為空白，在280 nm波長處測定吸光度。姜辣素含量的計算公式如下。

式中：Y為姜辣素含量，%；2.001為香草醛換算姜辣素的系數；V0為樣品提取液總體積，mL；V1為測定樣品液總體積，mL；C為香草醛的濃度，μg/mL；V2為測定時吸取的濾液體積，mL；m2為稱取姜粉的質量，g；W1為姜粉的含水率，%。

1.5 酶活測定

按照GB/T 23527—2009《蛋白酶制劑》中的福林法測定蛋白酶的活性[17]。將1mL由磷酸鹽緩沖液（pH7）制備的1%酪蛋白加入到蛋白酶稀釋液（1 mL）中。在40℃條件下水解10 min。加入2 mL 6.54%三氯乙酸（trichloroacetic acid，TCA）終止水解反應。過濾后，在1 mL 濾液中加入 Na2CO3溶液（5 mL，4 mol/L）和福林試劑（1 mL），在40℃下孵育20 min。然后用紫外可見分光光度計測定混合物在680 nm處的吸光度。每個樣品至少重復3次。在加入酪蛋白之前加入TCA進行空白試驗。酶活性單位是指在40℃下每分鐘釋放1 μg酪氨酸所需的酶量。

1.6 得率測定

分別稱取原料和成品的質量，得率計算公式如下。

式中：G0為成品質量，g；f為成品含水量；G為原料質量，g。

1.7 基本成分測定

1.7.1 水分含量的測定

參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》中的直接干燥法進行測定[18]。

1.7.2 總灰分含量的測定

參照GB 5009.4—2016《食品安全國家標準食品中灰分的測定》中的方法進行測定[19]。

1.7.3 蛋白質含量的測定

參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》中的自動凱氏定氮儀法進行測定[20]。

1.7.4 脂肪含量的測定

參照GB 5009.6—2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》中的索氏抽提法進行測定[21]。

1.8 感官評定

將木瓜粉、菠蘿粉、生姜粉10 g溶于1 L水，隨機選取15位感官評價員對產品進行感官評價，評分標準如表1所示，最終得分取平均值。

表1 木瓜、菠蘿、生姜飲品感官評定標準Table 1 Sensory evaluation table of papaya，pineapple and ginger drinks

1.9 數據處理

所有試驗數據均進行3次平行試驗得出，統計分析采用SPSS 26.0軟件。使用單因素ANOVA分析數據，數據以平均值±標準差表示，圖表中數據后的不同字母表示各數據組之間的差異性，以比較結果間的顯著性差異（p＜0.05）。使用Origin 2018軟件對數據進行分析。

2 結果與討論

2.1 pH值與總酸含量測定結果

未完全成熟的菠蘿中菠蘿蛋白酶含量較高，但是酸含量較多（主要是蘋果酸和檸檬酸），經過濃縮后口感會更差，利用陰離子交換樹脂可以吸附有機酸[22]，從而使產品更加適口。吸附完成后可以將樹脂輕松分離，不會對產品的其他方面形成不利影響。圖1是不同處理時間的漿液的pH值與所得菠蘿粉的總酸含量。

圖1 不同處理時間的菠蘿漿液pH值與所得菠蘿粉的總酸含量Fig.1 pH of pineapple pulp and total acid content of pineapple powder with different treatment time

從圖1可以看出，處理時間從0～80 min，菠蘿漿液的pH值從3.49提高到6.70，在處理40 min時，菠蘿粉的總酸含量降低了79.8%，40 min后總酸含量變化速率降低，在80 min時，菠蘿粉的總酸含量為2.9 g/kg，說明樹脂吸附有機酸的效率較高。

2.2 姜辣素含量測定結果

通過測定不同濃度的香草醛標準溶液的吸光度，得到香草醛標準曲線，如圖2所示。所得線性回歸方程為y=0.068 4x+0.006 6，回歸系數R2為0.999，在0～12.00 μg/mL范圍內線性關系良好。

圖2 香草醛標準曲線Fig.2 Standard curve of vanillin

根據標準曲線計算生姜粉中的姜辣素含量，結果如圖3所示。

圖3 不同處理時間所得生姜粉的姜辣素含量Fig.3 Gingerol content of ginger powder obtained at different treatment time

由圖3可知，處理時間為0～80 min時，隨著乙醇處理時間的延長，生姜粉的姜辣素含量逐漸減少。在40min時，姜辣素含量降低了56.73%左右，這有利于增加生姜粉固體飲料的感官接受度。

2.3 酶活測定結果

酶源食品的酶活是助消化作用效果的關鍵因素，本試驗測定了木瓜粉和不同處理時間的菠蘿粉和生姜粉的酶活，木瓜粉的酶活為（463.12±6.95）U/g，不同處理時間的菠蘿粉的酶活如圖4所示。

圖4 不同處理時間的菠蘿粉酶活Fig.4 Enzymatic activity of pineapple powder at different treatment time

由圖4可知，陰離子交換樹脂處理時間對菠蘿粉的酶活有一定影響，處理時間為0～80 min時，菠蘿粉的酶活從638.72 U/g降低到了607.52 U/g，有研究表明，菠蘿汁pH值從3.74（自然酸度）增加到7時，其中的菠蘿蛋白酶的酶活降低了64%左右[23]，說明陰離子交換樹脂處理對蛋白酶活的影響較小，是一種溫和、安全且有效的方法。

乙醇處理對生姜中蛋白酶活的影響見圖5。

圖5 不同處理時間的生姜粉酶活Fig.5 Enzyme activity of ginger powder at different treatment time

由圖5可知，乙醇處理40 min以內對生姜粉的酶活沒有明顯影響。而超過40 min后，生姜粉的蛋白酶活力迅速降低，乙醇處理80 min后，生姜蛋白酶活降低了44%。這是因為乙醇會改變生姜蛋白酶的構象[24]，破壞酶的活性中心基團，從而使蛋白酶失活，不利于其助消化作用。

2.4 得率測定結果

通過對處理前后的原料進行稱重，計算得率，結果如圖6所示。

圖6 木瓜粉和不同處理時間的菠蘿粉和生姜粉的得率Fig.6 Yield of papaya powder，pineapple powder and ginger powder at different treatment times

由圖6可知，木瓜粉的得率為5.68%，未處理的菠蘿粉得率為5.43%，經過樹脂吸附之后菠蘿粉的得率沒有顯著變化（p＞0.05）。而處理時間從 0～40 min，生姜粉的得率從6.95%降低到了5.70%，這是因為有機試劑直接萃取可以帶走生姜中的姜油樹脂（包括姜精油和姜辣素），所以冷凍干燥后樣品的質量明顯降低，產品得率降低。

2.5 基本成分

3種產品處理前后的基本成分如表2所示。

表2 含酶食品的基本成分Table 2 Basic ingredient of foods containing enzymes

由表2可知，樹脂吸附有機酸和乙醇去除姜辣素對產品最終的基本成分含量影響較小。此外，冷凍干燥技術所得木瓜粉、菠蘿粉和生姜粉的水分含量均小于7%，滿足GB/T 29602—2013《固體飲料》[25]中對于固體飲料的要求。

2.6 感官評定結果

3種酶源食品的成品見圖7。

圖7 木瓜粉和不同處理時間的菠蘿粉和生姜粉的成品圖Fig.7 Picture of papaya powder，pineapple powder and ginger powder at different treatment times

由圖7可知，隨著樹脂吸附時間延長，所產菠蘿粉的顏色變深，這是因為在加工過程中菠蘿中的多酚氧化酶催化酚類物質與氧氣反應，發生酶促氧化，生成褐色素，引起變色，此外，由于蘋果酸和檸檬酸的去除，菠蘿漿的pH值增加，更加接近多酚氧化酶的最適pH值（6.8）[26]，從而進一步促進了氧化反應。而對于生姜來說，乙醇能夠去除姜辣素、生姜精油等黃色物質，所以生姜粉的顏色變淺。

通過對幾種酶源食品的沖調難度、色澤、風味、澄清度和滋味5個方面的評價，得到了產品的感官評分，結果見圖8。

圖8 木瓜粉和不同處理時間的菠蘿粉和生姜粉的感官評分Fig.8 Sensory score of papaya powder，pineapple powder and ginger powder at different treatment times

由圖8可知，菠蘿酸度降低后感官評分增加，更加適口，姜辣素的減少也提高了生姜粉的感官評分，但微量的姜辣素依然會極大地影響產品的口感，含0.33%姜辣素的生姜粉只有60分左右。木瓜粉和菠蘿粉更能迎合大眾口味，達到80分左右。此外，菠蘿粉由于糖分含量較高，黏度大，具有很強的吸濕性，在粉粒間的吸附作用下造成粉體粒子群的黏聚[27]，所以貯藏過程中容易結塊，沖調不方便，嚴重影響產品的質量穩定性。

3 結論

本試驗制備了木瓜粉、菠蘿粉和生姜粉這3種酶源食品，利用陰離子交換樹脂吸附菠蘿中的酸，用乙醇部分提取部分姜辣素，以改善其口感。結果表明，陰離子交換樹脂處理40 min使菠蘿粉的總酸含量降低了79.8%，乙醇在40 min內吸附了56.73%的姜辣素；樹脂和乙醇的處理使菠蘿粉和生姜粉的酶活分別降低了4.88%和44.09%。兩種處理對最終產品的基本成分含量影響較小。此外，菠蘿粉和生姜粉的感官評分有所提高，木瓜粉和菠蘿粉的感官評分高于生姜粉。