酶法制備燕麥漿工藝研究

曹 盼，朱科學(xué)，彭 偉，周惠明

(江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫214122)

酶法制備燕麥漿工藝研究

曹 盼，朱科學(xué)*，彭 偉，周惠明

(江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫214122)

以可溶性固形物含量為指標(biāo)，對α－淀粉酶酶解燕麥制備燕麥漿的工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，當(dāng)加酶量為6u/g燕麥，溫度為55℃，時間為45min，料液比為1∶8(w∶w)時得到的燕麥漿的可溶性固形物含量最高，達(dá)到17.24g/100mL。然后又研究了淀粉水解程度對燕麥漿粘度、色澤和穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)DE值達(dá)到50%時，燕麥漿的粘度、色澤、穩(wěn)定性基本不再變化。

燕麥漿，酶解，可溶性固形物，DE值，品質(zhì)

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

燕麥 河南永城彌諾食品有限公司提供;α－淀粉酶(酶活1200u/mL) 無錫市雪梅酶制劑科技有限公司;羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、黃原膠 廣州越秀添加劑有限公司;3，5－二硝基水楊酸、D－葡萄糖、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、苯酚、亞硫酸鈉 化學(xué)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

MZF－4L超微粉碎機(jī) 桓臺東奇粉體設(shè)備有限公司;AL204電子天平 上海梅特勒公司;WAY－2WAJ阿貝折光儀 上海易測儀器設(shè)備有限公司; UV－2800紫外可見分光光度計 Unico公司; THS－10精密型超級恒溫槽 寧波天恒儀器廠; CR－400色差計 Onica Minolta公司;AR－1000流變儀 英國TA公司;RJ－LDL－50G低速大容量多管離心機(jī) 無錫瑞江公司;GZX－9246 MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱 上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 清理烘烤燕麥→超微粉碎30min→糊化→酶解→滅酶→離心→上清液→均質(zhì)→調(diào)配→均質(zhì)→預(yù)熱、灌裝→滅菌→冷卻→質(zhì)檢→成品

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 清理與烘烤 首先剔除燕麥中的沙石、雜質(zhì)，然后將燕麥在遠(yuǎn)紅外烤箱中180℃處理30min，冷卻后包裝，置于干燥處，備用。

1.2.2.2 粉碎 將烘烤過的燕麥在超微粉碎機(jī)中粉碎30min。

1.2.2.3 加水糊化 將燕麥粉和水按一定比例混合，70℃糊化10min。

1.2.2.4 酶解 燕麥粉和水按照不同的料液比(1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30)混合在70℃糊化10min，糊化之后的燕麥漿加入不同量的酶(0.2、0.4、0.6、0.8、1、2、4、8、16、32u/g燕麥)在一定溫度(45、50、55、60、65、70、75℃)條件下酶解不同時間(10、20、30、40、50、60min)，得到酶解液。然后根據(jù)單因素實驗結(jié)果設(shè)計L27(313)正交實驗，因素水平表見表1。由于酶解溫度、酶解時間和料液比均會影響到酶的催化速度以及酶的穩(wěn)定性，因此，以加酶量為主，考察了AB，AC，AD的交互作用。

表1 α－淀粉酶酶解正交實驗因素水平表Table 1 Factors and levels in the α－amylase orthogonal array design

1.2.2.5 離心 將滅酶后的酶解液3000r/min離心20min，取上清液，測定可溶性固形物含量和DE值。

1.2.3 測定方法

1.2.3.1 水溶性還原糖的測定 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作:取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2mL濃度為1mg/mL的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液，再分別加入對應(yīng)體積的蒸餾水，使其總體積為2.0mL，分別置于25mL比色管中，各加入DNS試劑(3，5－二硝基水楊酸溶液)1.5mL，將各管搖勻，在沸水浴中加熱5min，取出后立即用流水冷卻至室溫，用蒸餾水定容至25mL，搖勻。以空白調(diào)零，在540nm處測定吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

樣品中還原糖含量的測定及計算:取樣液2mL，按上述方法處理，然后測定其在540nm處的吸光度，由標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計算。

1.2.3.2 可溶性固形物的測定 折光法［5］。在20℃時，以蒸餾水校正折光儀的折光率為1.3330，相當(dāng)于干物質(zhì)(固形物)含量為零。用玻璃棒加少量樣品(1～2滴)于固定的棱鏡面上，立即閉合棱鏡。調(diào)節(jié)棱鏡的螺旋使明暗分界線對準(zhǔn)在十字線上，從標(biāo)尺上讀取折光率(讀準(zhǔn)至0.0001)。重復(fù)3次，取3次測定結(jié)果的平均值，即為樣品的干物質(zhì)含量。

1.2.3.3 DE值的測定 DE(以葡萄糖計，%)=還原糖含量/總干物質(zhì)的含量×100%

1.2.3.4 粘度的測定 取適量搖勻的燕麥漿，按儀器要求加樣，選取 40mm平板，在 25℃，剪切速率200s－1條件下測定樣品粘度。重復(fù)3次，取3次測定結(jié)果的平均值。

1.2.3.5 色澤的測定 在比色皿中加入適量搖勻的燕麥漿，然后將CR－400色差計的探頭對準(zhǔn)透光面進(jìn)行測定，在不同位置測定3次，取3次測定結(jié)果的平均值。

1.2.3.6 離心沉淀率SR 準(zhǔn)確稱取一定樣品置于離心管中，以4500r/min離心20min，傾去上清液，倒置30min，準(zhǔn)確稱取沉淀質(zhì)量，以沉淀率 SR (sedimentation rate)表示體系穩(wěn)定性，SR越大，穩(wěn)定性越差。重復(fù)3次，取3次測定結(jié)果的平均值。

式中，m1:樣品溶液離心后沉淀物的質(zhì)量(g); m2:樣品溶液離心前的質(zhì)量(g)。

2 結(jié)果與討論

2.1 酶解時間對燕麥漿可溶性固形物含量的影響

選取料液比1∶10，酶解溫度60℃，加酶量為4u/g燕麥，考察酶解時間對可溶性固形物含量的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 α－淀粉酶酶解時間對可溶性固形物含量的影響Fig.1 The effect of α－amylase hydrolysis time on soluble solid content

由圖1可以看出，隨著酶解時間的延長，可溶性固形物含量先增大后減小。酶解時間為30min時最大，當(dāng)酶解時間超過30min時，可溶性固形物含量略微下降。

α－淀粉酶作用于淀粉時，將隨機(jī)地從分子內(nèi)部切開α－1，4－糖苷鍵，使淀粉水解生成糊精和一些還原糖，很短的作用時間就能迅速降低淀粉溶液的粘度。在燕麥漿的生產(chǎn)中，可溶性固形物含量的增加一部分是由于不溶性的淀粉大分子被水解成了可溶性的糊精和還原糖小分子，另一方面是由于蛋白質(zhì)等物質(zhì)的溶出。隨著液化時間的延長，底物逐漸減少，酶解速度減慢，而且酶解產(chǎn)物的積累對酶也會有抑制作用［6－7］，因此DE值將不再增加。汪正潔［8］在酶解大米時發(fā)現(xiàn)，酶解時間超過20min時，米乳飲料的DE值即不再增加。DE值不再增加，可溶性的糊精和還原糖也將不再增加;但隨著酶解時間的延長，已經(jīng)溶出的蛋白質(zhì)在高溫條件下長時間處理，蛋白質(zhì)反而結(jié)團(tuán)凝集沉淀，在離心時被帶入沉淀中，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的損失，最終導(dǎo)致可溶性固形物總量降低。因此酶解時間控制在30min較好。

2.2 料液比對燕麥漿可溶性固形物含量的影響

選取酶解時間30min，酶解溫度60℃，加酶量2u/g燕麥，考察料液比對可溶性固形物含量的影響，結(jié)果如圖2所示。

從圖2可看出，可溶性固形物含量隨著料液比的提高，逐漸下降，這是因為可溶性固形物溶出速率遠(yuǎn)低于料液比中水的增加速率。而可溶性固形物溶出率先增加后下降，這可能是因為在較低底物濃度時，酶分子只能與部分底物相結(jié)合，隨著底物濃度增加，結(jié)合的酶越多，直到飽和。此后進(jìn)一步增加底物濃度反應(yīng)速度不再提高，且會因底物濃度過高而減少酶與底物結(jié)合的幾率，降低反應(yīng)速度［9］。隨著料液比的提高，底物濃度逐漸降低，因此反應(yīng)速度變慢，淀粉水解程度降低。但是料液比持續(xù)增大會使燕麥漿的燕麥風(fēng)味不足，失去天然谷物原有的濃厚質(zhì)感和香味，營養(yǎng)價值也下降，因此不能無限制地提高料液比。實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)料液比從1∶10增加到1∶20時，可溶性固形物溶出率只增加了約1.5%，但是可溶性固形物含量卻下降了約2倍，因此綜合考慮，實驗確定燕麥漿的料液比為1∶10。

圖2 料液比對可溶性固形物的影響Fig.2 The effect of solid－to－liquid ratio on the soluble solid

2.3 酶解溫度對燕麥漿可溶性固形物含量的影響

選取酶解時間30min，料液比1∶10，加酶量2u/g燕麥，考察酶解溫度對可溶性固形物含量的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 酶解溫度對可溶性固形物含量的影響Fig.3 The effect of α－amylase hydrolysis temperature on soluble solid content

從圖3可以看出，隨著酶解溫度的提高，可溶性固形物含量先上升然后逐漸降低。從45℃到55℃，可溶性固形物含量迅速上升，在55℃時達(dá)到最大;從55℃到60℃，可溶性固形物含量迅速下降，而再提高酶解溫度，可溶性固形物含量下降緩慢，基本保持不變。這可能是因為使用的α－淀粉酶的最適作用溫度約在55℃左右，此時淀粉的水解程度較大，隨著溫度的升高，酶活力逐漸下降，淀粉水解程度降低，因此可溶性固形物含量也逐漸降低。實驗酶解溫度控制在55℃。

2.4 加酶量對燕麥漿可溶性固形物含量的影響

選取酶解時間30min，料液比1∶10，酶解溫度55℃，考察加酶量對可溶性固形物含量的影響，結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，當(dāng)加酶量從0.2u/g燕麥增加到1.0u/g燕麥時，可溶性固形物含量增加緩慢，然后從1.0u/g燕麥增加到2.0u/g燕麥時，可溶性固形物含量迅速增加，在加酶量達(dá)到8u/g燕麥時，可溶性固形物含量達(dá)到最大，然后再提高加酶量對可溶性固形物含量影響不大。這可能是因為在底物濃度一定的情況下，加酶量達(dá)到一定程度后，隨著酶量的增加，單位酶作用底物減少了，淀粉的水解程度也隨之降低;而且加酶量也影響著生產(chǎn)成本。饒國華［10］的研究表明，當(dāng)酶濃度從4%提高到5%時，提取率也出現(xiàn)下降的現(xiàn)象。因此實驗選擇加酶量為8u/g燕麥。

圖4 加酶量對可溶性固形物含量的影響Fig.4 The effect of α－amylase concentration on soluble solid content

2.5 正交實驗

根據(jù)單因素實驗結(jié)果，采用四因素三水平即L27(313)進(jìn)行正交實驗，因素水平見表1，正交實驗方案及結(jié)果見表2。

從表2和表3可以看出，對可溶性固形物影響次序為料液比＞時間＞溫度＞加酶量，料液比和時間的影響均達(dá)到了顯著水平;而且因素之間的交互作用不明顯，可以忽略，因此最佳條件為A1B2C3D1，即加酶量6u/g燕麥，溫度55℃，時間45min，料液比1∶8，此時可溶性固形物含量為17.24g/100mL。對DE值影響次序為加酶量＞時間＞料液比＞溫度，但只有加酶量的影響達(dá)到了顯著水平，雖然加酶量和溫度的交互作用影響也較大，但還未達(dá)到顯著水平，因此可以主要考慮加酶量對DE值的影響。最佳條件為:A2B1C1D2，即加酶量8u/g燕麥，溫度50℃，時間15min，料液比1∶10，此時DE值68.82%。在實際生產(chǎn)中，應(yīng)該根據(jù)生產(chǎn)目的(高固形物含量還是高DE值)來選取相應(yīng)的工藝條件。

2.6 淀粉水解程度對燕麥漿品質(zhì)的影響

2.6.1 淀粉水解程度對燕麥漿粘度的影響 取不同淀粉水解程度的燕麥漿在25℃，剪切速率為200s－1的條件下測定其粘度，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，隨著淀粉水解程度的加深，粘度迅速下降，DE值達(dá)50%時，變化趨于平緩。這是因為淀粉是由直鏈淀粉和支鏈淀粉平行密接形成的網(wǎng)囊，水分子不易進(jìn)入網(wǎng)囊，也不易從網(wǎng)囊流出，而淀粉酶把淀粉分子迅速斷裂成糊精、麥芽糖或葡萄糖小分子，水分子就容易進(jìn)出，淀粉漿的粘度也隨之急劇降低［11］。

從Stocks定律［12］可知，飲料中微粒的沉降速度與蛋白質(zhì)顆粒直徑的平方、介質(zhì)和蛋白質(zhì)的密度差成正比，與介質(zhì)粘度成反比。沉降速度越小，懸浮液的動力穩(wěn)定性越好。一些植物蛋白飲料發(fā)生的非酸敗沉淀分層現(xiàn)象，多是由于其粘度過小，導(dǎo)致沉降速度較大，破壞了乳狀液的沉降平衡而造成的。實驗發(fā)現(xiàn)，酶解后的燕麥漿，即使酶解程度很小，粘度也迅速下降;再提高酶解程度，粘度雖繼續(xù)下降，但幅度較小。這是因為酶解之后的燕麥漿粘度差別不大，都很小，因此在燕麥飲料加工中，應(yīng)加入一些增稠劑來提高燕麥漿的粘度，來提高燕麥漿的穩(wěn)定性。

2.6.2 淀粉水解程度對燕麥漿色澤的影響 隨著淀粉水解程度的加深，燕麥漿的顏色也逐漸變深。用色差計測定不同DE值的燕麥漿，結(jié)果見圖6。

表2 正交實驗方案及結(jié)果Table 2 Orthogonal array design matrix and experimental results of the solid content and DE value

表3 方差分析表Table 3 Variance analysis of the solid content and DE value

從圖6可以看出，燕麥漿的L*隨著DE值的增大而減小，但是減小幅度很小;b*隨著DE值增大而增大，增幅也不大;DE值達(dá)50%時，兩者變化均趨于平緩。說明燕麥漿的明度在逐漸降低，而黃色的程度越來越深，這與直觀觀察結(jié)果一致。在實驗中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過酶解后，燕麥漿的顏色變深，不再是較暗的白色，而是變成了很淺的褐色，可能是由于美拉德反應(yīng)所致。

2.6.3 淀粉水解程度對燕麥漿穩(wěn)定性的影響 酶解之后的燕麥漿粘度都比較小，沉淀量相差不大，因此本實驗在燕麥漿中加入一定量的復(fù)合穩(wěn)定劑［13］后在4500r/min離心20min，計算其離心沉淀率，結(jié)果見圖7。

圖5 淀粉水解程度對燕麥漿粘度的影響Fig.5 The effect of different hydrolyze level on the oat milk viscosity

圖6 淀粉水解程度對燕麥漿色澤的影響Fig.6 The effect of different hydrolyze level on the oat milk color

圖7 淀粉水解程度對燕麥漿離心沉淀率的影響Fig.7 The effect of different hydrolyze level on the oat milk centrifugal sedimentation rate

由圖7可知，離心沉淀率隨著淀粉水解DE值的增大先逐漸下降，當(dāng)DE值超過50%時，燕麥漿的離心沉淀率基本不再下降。因此，當(dāng)?shù)矸鬯獬潭冗_(dá)到50%時，在后期貯藏過程中淀粉老化將不再對飲料體系的穩(wěn)定構(gòu)成威脅。

3 結(jié)論

對α－淀粉酶酶解制備燕麥漿工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，通過對加酶量、酶解時間、酶解溫度、料液比的單因素及正交實驗結(jié)果的分析和討論，得出了制備燕麥漿的最佳酶解工藝。本實驗主要以可溶性固形物為考察指標(biāo)，結(jié)果表明，加酶量為6u/g燕麥，溫度為55℃，時間為45min，料液比為1∶8，此時得到的燕麥漿的可溶性固形物含量17.24g/100mL。同時研究了淀粉水解程度對燕麥漿粘度、色澤、穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)矸鬯釪E值達(dá)到50%時，燕麥漿的粘度、色澤和穩(wěn)定性的變化均很小，基本保持不變。

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Optimization of enzymatic processing technology of oat milk

CAO Pan，ZHU Ke－xue*，PENG Wei，ZHOU Hui－ming
(School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)

The processing technology of oat milk treated by α－amylase was studied.The optimum conditions were obtained by orthogonal array design methods and the results showed as follows:hydrolysis time 45min，dosage of α－amylase 6u/(g oat)，temperature 55℃，the ratio of oat to water 1∶8(w∶w).Under such conditions，the soluble solid content was 17.24g/100mL.The effects of different degree of hydrolysis on the viscosity，color and stability were also researched，these properties were stable and no longer changed when DE value achieved 50%.

oat milk;enzymatic;soluble solid content;DE value;quality

TS210.1

B

1002－0306(2012)08－0309－05

燕麥在人類八大糧食作物中總產(chǎn)量居第五位［1］，主要生產(chǎn)國有加拿大、美國、中國、俄羅斯和澳大利亞等。我國燕麥的品種大部分是裸燕麥，主要分布在內(nèi)蒙古、山西、寧夏和吉林等地，雖然種植歷史悠久，產(chǎn)量居世界第八位［2］，但在應(yīng)用研究方面尚處于起步階段。隨著人們飲食觀念的改變，燕麥因其豐富的營養(yǎng)和獨特的保健功能受到了人們的青睞，發(fā)展前景廣闊。燕麥?zhǔn)枪阮愂称分凶詈玫娜珒r營養(yǎng)食品之一，蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)、維生素含量均較高，人體必需的8種氨基酸含量高且平衡。另外，燕麥中的水溶性β－葡聚糖具有降血脂、降血糖、增強(qiáng)免疫力、抗氧化等功效，營養(yǎng)保健價值較高［1］。目前在歐美、日本，以燕麥為原料的純谷物飲料，與牛奶、豆類復(fù)配的飲料、發(fā)酵飲料(燕麥啤酒)等已經(jīng)比較普遍，如燕麥豆?jié){、燕麥牛奶等［2］，但是燕麥漿的制備一直存在較大的技術(shù)難度。主要是由于燕麥中的淀粉易與β－葡聚糖形成粘度很大的膠體［3］，甚至是凝膠;蛋白質(zhì)易沉淀;淀粉在貯藏過程中出現(xiàn)老化而形成團(tuán)塊、口感變粗、風(fēng)味減弱［4］等。本實驗擬通過α－淀粉酶水解淀粉，以提高燕麥漿的可溶性固形物含量，提高原料利用率，并研究不同淀粉水解程度對燕麥漿粘度、色澤、穩(wěn)定性的影響，制備出口感細(xì)膩、組織穩(wěn)定的燕麥漿。

2011－07－14 *通訊聯(lián)系人

曹盼(1987－)，女，碩士研究生，研究方向:方便食品及其品質(zhì)改良。