過熱蒸汽結合酶法制備藜麥奶的工藝優(yōu)化

鐘鑫榮，陳登元，費帆，周子文，張東偉，尹梓怡，方婷*，魏奇

（1.福建農林大學食品科學學院，福建 福州 350000；2.寧德師范學院生命科學學院，福建 寧德 352100；3.國家農產品加工技術研發(fā)（蔬菜）專業(yè)分中心，福建 福州 350002；4.福建省工業(yè)產品生產許可證審查技術中心，福建 福州 350003）

藜麥（Chenopodium quinoa Willd.）為一年生雙子葉植物，已廣泛種植于我國的青海、寧夏、甘肅、內蒙古等地區(qū)。藜麥是一種全營養(yǎng)谷物食品，其營養(yǎng)價值高，礦物質含量豐富，對預防肥胖、心血管疾病、糖尿病和癌癥等具一定的功效[1-3]。藜麥中的蛋白質含量與小麥中的蛋白質含量相當（16%～22%），其淀粉含量（64.16 g/100 g）低于小麥（71.13 g/100 g）、水稻（81.68 g/100 g）和玉米（74.26 g/100 g），并且藜麥中不含麩質蛋白質，因此更加適合麩質過敏人群和糖尿病患者食用[4]。已有研究發(fā)現，藜麥中賴氨酸和蛋氨酸含量較高，將其它食品與藜麥進行合理搭配，能夠有效促進人體對營養(yǎng)物質的吸收和利用[5-7]。近年來，藜麥產品越來越多，并且深受消費者的喜愛，如藜麥飲料[8-10]、藜麥奶[11-13]和藜麥酒[14-15]等。在亞洲人群中，有多數的人屬于乳糖不耐受體質，直接食用鮮牛乳或乳制品會導致過敏等反應。藜麥奶具有豐富的營養(yǎng)成分，并且不含乳糖和麩質，因此更加適合乳糖不耐受體質人群的飲用。

藜麥奶具有豐富的營養(yǎng)并且擁有一種獨特的香味和口感[16]。但是由于藜麥含有較高含量的皂苷等成分，直接制備出來的藜麥奶存在苦味，在制備過程中易形成膠體甚至產生沉淀，因此在藜麥奶的制備技術上存在一定難度[17-18]。過熱蒸汽是一種綠色的熱處理技術，具有作用范圍廣、傳熱效率高、安全、環(huán)保等優(yōu)勢。過熱蒸汽處理能夠改變淀粉的微觀結構、糊化特性和消化特性等[19-20]。采用過熱蒸汽處理能夠有效去除藜麥中的苦味和生味，而且還能激發(fā)藜麥產生特殊的香氣。已有研究表明，熱處理能夠提高藜麥蛋白質中賴氨酸和蛋氨酸的比例，增強藜麥的蛋白質效力[21]。因此，本研究以藜麥為原料，采用過熱蒸汽技術去除藜麥中的苦味和生味，并且結合酶解法制備藜麥奶。為植物奶的加工提供一定的參考價值。

1 材料與方法

1.1 材料

藜麥：青海谷匠藜麥有限責任公司；α-淀粉酶（5 000 U/g）、糖化酶（5 000 U/g）、纖維素酶（5 000 U/g）：江蘇銳康科技有限公司；總糖含量檢測試劑盒：索萊寶生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

CP214 型電子天平：奧豪斯儀器（常州）有限公司；過熱蒸汽設備：國家果樹加工分中心實驗室自制；Y66型破壁機：九陽股份有限公司；HH-6 型水浴鍋：上海力辰邦西儀器科技有限公司；手持式濃度測量儀：廣州融測電子有限公司；DE-100LB 型乳化機：南通克萊爾混合設備有限公司；PHS-3E 型pH 計：雷磁上海儀電有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 藜麥奶制備

1.3.1.1 工藝流程

藜麥→稱重→過熱蒸汽處理→浸泡、清洗→打漿→酶解→均質→滅酶→藜麥奶。

1.3.1.2 操作步驟

將藜麥置于樣品盤中，采用過熱蒸汽設備在140 ℃條件下處理15 min，藜麥鋪設厚度4～6 mm，期間做一次翻轉，保證藜麥均勻受熱。將過熱蒸汽處理過的藜麥放入清水中浸泡10 h，超聲處理去除藜麥種皮上的皂苷等苦味成分。后采用破壁機將清洗后的藜麥進行打漿，然后用80 目的濾網去除殘渣。根據酶解試驗的結果，選取酶種類、加酶量、酶解溫度和酶解時間為影響因素，通過響應面法得出最佳的酶解條件。經分散乳化機處理2 min 后，100 ℃滅酶8 min 即得藜麥奶。

1.3.2 單因素試驗

1.3.2.1 酶的種類對藜麥奶中總可溶性固形物（total soluble solid，TSS）含量的影響

在酶添加量為0.2%，酶解溫度為55 ℃，酶解時間為90 min，料液比為1∶12（g/mL）的條件下，探究酶的種類（α-淀粉酶、糖化酶、纖維素酶、α-淀粉酶復配糖化粉酶、α-淀粉酶復配纖維素酶、糖化酶復配纖維素酶）對藜麥奶TSS 含量的影響。

1.3.2.2 復合酶質量比對藜麥奶溶液中TSS 的影響

在添加酶的種類為α-淀粉酶復配纖維素酶，酶解溫度為55 ℃，酶解時間為90 min，料液比為1∶12（g/mL）的條件下，探究α-淀粉酶復配纖維素酶質量比（1∶1、1∶2、1∶3、2∶1、3∶1）對藜麥奶TSS 含量的影響。

1.3.2.3 酶添加量對藜麥奶溶液中TSS 含量的影響

在添加酶種類為α-淀粉酶復配纖維素酶，酶解溫度為55 ℃，酶解時間為90 min，料液比為1∶12（g/mL），α-淀粉酶∶纖維素酶為1∶3（質量比）條件下，探究酶添加量（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）對藜麥奶TSS 含量及感官評分的影響。

1.3.2.4 酶解溫度對藜麥奶溶液中TSS 含量的影響

在添加酶種類為α-淀粉酶復配纖維素酶，酶添加量為α-淀粉酶∶纖維素酶=0.15%∶0.45%，酶解時間為90 min 料液比為1∶12（g/mL）的條件下，探究酶解溫度（45、50、55、60、65 ℃）對藜麥奶TSS 含量及感官評分的影響。

1.3.2.5 酶解時間對藜麥奶溶液中TSS 含量的影響

在添加酶種類為α-淀粉酶復配纖維素酶，酶添加量為α-淀粉酶∶纖維素酶=0.15%∶0.45%，酶解溫度為55 ℃，液料比為1∶12（g/mL）的條件下，探究酶解時間（60、90、120、150、180 min）對藜麥奶TSS 含量及感官評分的影響。

1.3.3 響應面優(yōu)化設計試驗

在單因素試驗的基礎上，根據Box-Behnken 試驗設計原理，選取酶添加量、酶解溫度、酶解時間為影響因素設計響應面試驗，優(yōu)化燕麥奶制作的工藝參數，因素水平編碼見表1。

表1 響應面因素水平Table 1 Factors and levels of response surface

1.3.4 感官評價

邀請10 位食品專業(yè)的人士，對藜麥奶的色澤、滋味、氣味和狀態(tài)進行感官評價，并進行打分。感官評定依據T/SSFS0003—2021《團體標準植物蛋白飲料燕麥奶》[22]。感官評分標準如表2 所示。

表2 藜麥奶感官指標Table 2 Sensory evaluation of quinoa milk

1.3.5 藜麥奶理化指標的測定

參照GB 5009.124—2016《食品安全國家標準食品中氨基酸的測定》對藜麥奶中的氨基酸含量進行測定；參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》對藜麥奶中的蛋白質含量進行測定；參照GB 5009.88—2014《食品安全國家標準食品中膳食纖維的測定》對藜麥奶中的總膳食纖維含量進行測定；采用試劑盒測定總糖含量；采用折光儀法測定總固形物含量。

1.4 數據分析

采用IBM SPSS Statistics 23 進行數據分析，采用Graphpad Prism 9、design-expert 8 作圖。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 酶的種類對藜麥奶TSS 含量的影響

酶的種類對藜麥奶TSS 含量的影響如圖1 所示。

圖1 酶的種類對藜麥奶TSS 含量的影響Fig.1 Effect of enzyme types on the content of TSS in quinoa milk

由圖1 可知，不添加酶所制備的藜麥奶中TSS 含量[（4.80±0.08）%]顯著小于添加酶所制備的藜麥奶的TSS 含量（P＜0.05）。添加纖維素酶、α-淀粉酶復配糖化酶、α-淀粉酶復配纖維素酶及纖維素酶復配糖化酶的試驗組中TSS 含量均在6.0 及以上，滿足植物及蛋白飲料的TSS 含量標準。由此可知，在藜麥奶的制備過程中，通過合理的添加酶能夠有效提高藜麥中的TSS含量。其原因可能為纖維素酶和淀粉酶能夠將藜麥中的纖維素和淀粉進行水解，由此提高藜麥奶中的TSS含量。同時，使用纖維素酶和淀粉酶能夠有助于藜麥奶的穩(wěn)定性和口感。在幾種酶作用下藜麥奶中TSS 含量差別不大的情況下，綜合考慮經濟成本和酶的最適pH 值（纖維素酶的最適pH 值為4.5～6.5，α-淀粉酶的最適pH 值為4.5～7.0，糖化酶的最適pH 值為4.0～4.5，而試驗測得藜麥奶溶液的pH 值為6.1），故而選擇α-淀粉酶和纖維素酶復配進行后續(xù)試驗。

2.1.2 α-淀粉酶與纖維素酶復配比例對藜麥奶TSS含量的影響

α-淀粉酶纖維素酶復配比例對藜麥奶TSS 含量的影響如圖2 所示。

圖2 α-淀粉酶與纖維素酶復配比例對藜麥奶TSS 含量的影響Fig.2 Effects of different ratios of α-amylase and cellulase on the content of TSS in quinoa milk

由圖2可知，當α-淀粉酶和纖維素酶質量比為1:3 時，藜麥奶中的TSS 含量達到最大值，為（6.53±0.05）%。這可能是由于纖維素酶的比例增加，能更高效地作用于纖維素以及從纖維素衍生出來的產物，將不溶性纖維素轉化成葡萄糖，從而提高TSS 含量。因此選擇α-淀粉酶與纖維素酶的質量比為1:3 進行后續(xù)試驗。

2.1.3 酶添加量對藜麥奶TSS 含量及感官評分的影響

酶添加量對藜麥奶TSS 含量及感官評分的影響如圖3 所示。

圖3 酶添加量對藜麥奶TSS 含量及感官評分的影響Fig.3 Effects of the enzyme addition on TSS content and sensory evaluation of quinoa milk

由圖3 可知，當酶添加量為0.2%～0.6%時，藜麥奶中TSS 含量逐漸增加。當酶的添加量為0.6%時，藜麥奶中TSS 含量為6.55%，此時的感官評分為82。由此可知，當底物濃度一定時，通過增加酶的添加量能夠有效提高藜麥奶中TSS 含量。酶添加量大于0.6%時，藜麥奶中TSS 含量沒有顯著差異（P＞0.05）。為了節(jié)約成本，確定酶添加量為0.6%（α-淀粉酶:纖維素酶=0.15%:0.45%）。

2.1.4 酶解溫度對藜麥奶TSS 含量及感官評分的影響

酶解溫度對藜麥奶TSS 含量及感官評分的影響如圖4 所示。

圖4 酶解溫度對藜麥奶TSS 含量的影響Fig.4 Effects of enzymatic hydrolysis temperature on TSS contentand sensory evaluation of quinoa milk

由圖4 可知，當酶解溫度為45～60 ℃時，藜麥奶的TSS 含量和感官評分隨著酶解溫度的增加而增加。當酶解溫度為60 ℃時，藜麥奶的TSS 含量達到最大值。由此可知，適宜的溫度能夠加快α-淀粉酶和纖維素酶與底物濃度反應速率，使得藜麥奶的TSS 含量不斷增加。當酶解溫度為65 ℃時，藜麥奶的TSS 含量和感官評分均小于酶解溫度為60 ℃。故選擇最適溫度為60 ℃，此時的感官評分為82。

2.1.5 酶解時間對藜麥奶溶液中TSS 含量的影響及感官評分的影響

酶解時間對藜麥奶TSS 含量及感官評分的影響如圖5 所示。

圖5 酶解時間對藜麥奶TSS 含量的影響Fig.5 Effect of enzymatic hydrolysis time on TSS content and sensory evaluation of quinoa milk solution

由圖5 可知，當酶解時間為90 min 時，藜麥奶的TSS 含量及其感官評分值達到最大值。當酶解時間大于90 min 時，藜麥奶的TSS 含量和感官評分值均隨酶解時間的延長逐漸降低。由此可知，過長的酶解時間無法提高藜麥奶的TSS 含量，并且無法得到較高的感官評分值。因此，選擇最佳酶解時間為90 min，此時的感官評分為88。

2.2 響應面試驗

2.2.1 響應面優(yōu)化結果分析

結合單因素試驗，以TSS 含量（Y1）和感官評分（Y2）作為試驗設計的響應值，加酶量（A）、酶解溫度（B）、酶解時間（C）為自變量，設計響應曲面試驗，試驗結果如表3 所示。

表3 響應面設計及結果Table 3 Response surface design and results

使用Design-Expert 8.0 對試驗結果進行回歸分析，得到藜麥奶的回歸方程為Y1=6.26+0.16A-0.21B+0.031C+0.012AB-0.087AC+0.075BC-0.093A2-0.23B2+0.095C2，Y2=81.4A-6B+0.5C-2AB-3.5AC+1.5AB-0.2A2-9.2B2+0.3C2。

2.2.2 方差及顯著性分析

方差及顯著性分析如表4 所示。

表4 TSS 含量方差及顯著性分析Table 4 Variance and significance analysis of TSS content

由表4 可知，以TSS 含量為響應值，模型的P＜0.000 1，說明建立的回歸方程極顯著，失擬項的P=0.514＞0.05，差異不顯著，因此模型對試驗的擬合程度較好。模型的決定系數R2=0.978 3，RAdj2=0.950 4，說明回歸方程可較好地解釋各因素和響應值之間的真實關系。由方差分析結果可知，酶添加量（A）和酶解溫度（B）對藜麥奶的TSS 含量具有極顯著影響。酶解時間（C）對藜麥奶的TSS 含量影響不顯著。AC 和BC 的方差分析結果可知其P 值均小于0.05，說明AC 和BC 之間的交互作用對藜麥奶的TSS 含量具有顯著影響。通過方差與平均值分析得出對TSS 含量的影響次序為：酶解溫度＞酶添加量＞酶解時間。

由表5 可知，以感官評分為響應值，該模型的P=0.010 9，說明建立的回歸方程顯著。失擬項的P=0.501 1＞0.05，差異不顯著。由此可知，該模型對試驗的擬合程度較好。模型的決定系數R2=0.893 4，RAdj2=0.756 3，酶解溫度對藜麥奶感官評分的影響極顯著。A、C、AC、BC和AB 的方差分析結果可知，P 值均大于0.05，影響不顯著。通過方差與平均值分析得出對TSS 含量的影響次序為：酶解溫度＞酶添加量＞酶解時間。

表5 感官評分結果方差及顯著性分析Table 5 Variance and significance analysis of sensory evaluation results

2.2.3 響應面交互作用分析

響應面曲面可以反映兩個因素交互作用對響應值的影響程度，響應面曲面坡度越平緩，則表示兩因素交互作用對該響應值的影響越不顯著，響應面曲面坡度越陡峭，則表示兩因素交互作用對該響應值的影響越顯著。根據回歸方程擬合繪制響應面圖，兩因素交互作用對藜麥奶中TSS 含量和感官評分的響應面圖見圖6 和圖7。

圖6 兩因素間的交互作用對TSS 含量的影響Fig.6 Effect of the interaction between two factors on TSS content

圖7 兩因素間的交互作用對感官評分的影響Fig.7 Effect of the interaction between two factors on sensory evaluation

由圖6 和圖7 可知，藜麥奶的TSS 含量與感官評分的響應面結果與方差分析結果一致，能夠達到預期的試驗結果。

2.2.4 驗證試驗

采用響應面優(yōu)化分析得到的最優(yōu)工藝條件為酶添加量0.8%、酶解溫度57.42 ℃、酶解時間90 min，此時藜麥奶TSS 含量為6.559%。考慮到實際操作的方便性，將最佳工藝條件確定為酶添加量0.8%、酶解溫度58 ℃、酶解時間90 min，試驗測得藜麥奶TSS 含量為6.5%，接近理論值6.559%，藜麥奶感官評分為87.95，接近理論值88，由此可知，該模型能夠用于藜麥奶的工藝優(yōu)化。

2.6 理化指標

藜麥奶的理化指標如表6 所示。

表6 藜麥奶理化指標Table 6 Physicochemical indexes of quinoa milk g/100 mL

由表6 可知，由此工藝制作的藜麥奶蛋白質含量為1.536 g/100 mL，同時藜麥奶有較為均衡的必須氨基酸含量。并且藜麥奶的總膳食纖維含量較高，有利于腸道菌群的發(fā)酵吸收，從而增加腸道菌群的豐富度。

3 結論

采用過熱蒸汽技術結合酶解法對藜麥奶飲料的加工工藝進行優(yōu)化，得到了最佳的工藝條件為α-淀粉酶0.2%，纖維素酶0.6%、酶解溫度58 ℃、酶解時間90 min和料液比1∶12（g/mL），此時藜麥奶TSS 含量為6.5%。該藜麥奶蛋白質含量為1.536 g/100 mL、總固形物含量為6.560 g/100 mL、總膳食纖維含量為3.630 g/100 mL，總糖含量為0.064 g/100 mL。本研究所制備的藜麥奶不含牛乳，口感潤滑細膩，營養(yǎng)均衡全面，并且不含苦味，具有獨特的藜麥香味，市場應用前景廣闊。