雙酶法玉米汁飲料的研制

李長見

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安 271000）

玉米是目前品種選育研究最多的谷物之一。隨著谷物深加工的發(fā)展，采用現(xiàn)代生物技術(shù)加工而成的玉米飲料，不僅保留了玉米較高的營養(yǎng)價值，而且具有玉米的特色香氣等特點，成為谷物深加工產(chǎn)業(yè)的一個亮點。在谷物飲料的研發(fā)及市場開發(fā)方面，歐美及日本、韓國等國家發(fā)展極為迅速，技術(shù)也比較成熟[1]，目前韓國已經(jīng)有很多使用玻璃瓶、鐵罐及PET瓶等包裝的產(chǎn)品，在我國一些大型超市和商店進(jìn)行銷售。如果能將我國豐富的玉米資源進(jìn)行研究和開發(fā)，生產(chǎn)合適的飲料產(chǎn)品，不僅可以豐富飲料市場，還可以帶動農(nóng)民增收。玉米中不僅含有豐富的維生素和磷、鐵、鈣等多種微量元素，還具有豐富的膳食纖維和必需氨基酸等，是一種營養(yǎng)比較均衡的食物。目前，玉米飲料的加工已經(jīng)達(dá)到了工業(yè)化生產(chǎn)的程度，但是在生產(chǎn)過程中還存在一些問題。例如，將玉米破碎、磨粉過篩之后進(jìn)行高溫糊化時，容易結(jié)塊產(chǎn)生沉淀；而且玉米飲料在存放過程中也容易產(chǎn)生沉淀[2]。為了改善這種現(xiàn)象，試驗采用雙酶法加工玉米汁飲料，經(jīng)過高溫α-淀粉酶和糖化酶酶解后的玉米汁，淀粉等大分子物質(zhì)被酶解成糊精、單糖等小分子物質(zhì)，不僅使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)充分釋放，而且也改善了飲料的品質(zhì)。

1 材料與設(shè)備

1.1 材料與試劑

應(yīng)季新鮮玉米，產(chǎn)于泰安，購于當(dāng)?shù)嘏l(fā)市場，將玉米進(jìn)行清洗后除去雜須，隨后剝粒、磨粉，粉碎后的玉米過50目篩，初步獲得試驗原料；高溫α -淀粉酶 （6×104U/g）、糖化酶 （10×104U/g），由上海源葉生物有限公司提供；CMC、黃原膠，由上海申光食用化學(xué)品有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

Dwlta320型pH計，梅特勒-托利多儀器有限公司產(chǎn)品；TDZ5-WS型臺式低速離心機(jī)，湘儀離心機(jī)儀器有限公司產(chǎn)品；TP-214型分析天平，丹佛儀器北京有限公司產(chǎn)品；HH-6型恒溫水浴鍋，國華電器有限公司產(chǎn)品。

2 試驗方法

2.1 玉米汁飲料初產(chǎn)品加工工藝流程

清洗除雜→剝粒粉碎過篩→糊化→淀粉酶液化→調(diào)節(jié)pH值→糖化酶糖化→均質(zhì)→調(diào)配。

將玉米粒粉碎后過50目篩，40 g玉米粉末與400 mL水充分混合，溫度80℃，時間40 min，調(diào)節(jié)pH值（使pH值穩(wěn)定在5.0～5.6），加入高溫α-淀粉酶酶解1 h，液化后升高溫度至100℃，高溫致使淀粉酶失活。將樣品自然冷卻至60℃，調(diào)節(jié)pH值（使pH值穩(wěn)定在4.0～4.6），加入糖化酶，酶解時間5 h。糖化結(jié)束后升高溫度至100℃，進(jìn)行糖化酶滅酶處理10 min。將酶解后的玉米汁在40 MPa壓力下均質(zhì)10 min，添加蔗糖、穩(wěn)定劑等對玉米汁飲料進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)配。

2.2 DE值的測定方法

DE值的測定方法參考姜文俠等人[3]還原糖和DE值的測定方法。

2.3 高溫α-淀粉酶酶解工藝條件的研究

加入高溫α-淀粉酶酶解，分別進(jìn)行加酶量、酶解時間、酶解溫度的研究，確定高溫α-淀粉酶酶解條件。

2.4 糖化酶酶解條件的研究

將糖化酶加入經(jīng)過高溫α-淀粉酶作用后的玉米汁中，分別進(jìn)行加酶量、酶解時間、酶解溫度的研究，確定糖化酶酶解條件。

2.5 玉米汁飲料的調(diào)配

2.5.1 蔗糖添加量的研究

通過感官評定的方法確定最適蔗糖添加量，以獲得最佳口感。

2.5.2 添加黃原膠、羧甲基纖維素（CMC） 穩(wěn)定性研究

選取黃原膠、羧甲基纖維素（CMC）2種穩(wěn)定劑進(jìn)行復(fù)合飲料的穩(wěn)定性和流動性的影響，通過感官評定，進(jìn)一步確定最適添加量，以保證飲料的最佳穩(wěn)定效果。

3 結(jié)果與分析

3.1 高溫α-淀粉酶酶解條件的研究

3.1.1 高溫α-淀粉酶添加量對玉米汁品質(zhì)的影響

將玉米汁在pH值為5.0～5.6條件下分為6組，分別添加0，5，10，15，20，25 U/g的高溫α-淀粉酶。在80℃條件下酶解1 h，測定DE值。

高溫α-淀粉酶添加量對玉米汁DE值的影響見圖1。

圖1 高溫α-淀粉酶添加量對玉米汁DE值的影響

由圖1可知，玉米汁的DE值隨加酶量的增加呈現(xiàn)上升的趨勢，在加酶量達(dá)到20 U/g之前呈現(xiàn)上升趨勢，在大于20 U/g之后呈現(xiàn)下降趨勢。因此，可以得出試驗中高溫α-淀粉酶添加量選擇20 U/g較好。

3.1.2 酶解時間對于玉米汁品質(zhì)的影響

將玉米汁在pH值為5.0～5.6條件下分為6組，添加20 U/g高溫α-淀粉酶，于80℃條件下分別恒溫20，30，40，50，60，70 min，測定DE值。

高溫α-淀粉酶酶解時間對玉米汁DE值的影響見圖2。

圖2 高溫α-淀粉酶酶解時間對玉米汁DE值的影響

由圖2可知，酶解時間越長，DE值越大，在前60 min時DE值呈增長趨勢，60 min之后DE值不再增長，由此得出，試驗中酶解時間應(yīng)在60 min左右較為適宜。

3.1.3 酶解溫度對玉米汁品質(zhì)的影響

將玉米汁在pH值5.0～5.6條件下分為6組，添加20 U/g高溫α-淀粉酶，分別在 40，50，60，70，80，90℃的條件下酶解60 min，測定DE值。

高溫α-淀粉酶酶解溫度對玉米汁DE值的影響見圖3。

由圖3可知，酶解溫度低于80℃時隨溫度升高DE值逐漸上升，高于80℃后DE值趨于平穩(wěn)，因此可以得出，最佳酶解溫度為80℃。

3.1.4 高溫α-淀粉酶最佳工藝參數(shù)的確定

圖3 高溫α-淀粉酶酶解溫度對玉米汁DE值的影響

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選擇加酶量、酶解時間、酶解溫度進(jìn)行三因素三水平正交試驗，確定最佳的工藝參數(shù)。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選擇加酶量、酶解時間、酶解溫度3個因素進(jìn)行正交試驗，確定高溫α-淀粉酶的最佳工藝參數(shù)。

高溫α-淀粉酶正交試驗因素與水平設(shè)計見表1，高溫α-淀粉酶酶解正交試驗結(jié)果見表2。

表1 高溫α-淀粉酶正交試驗因素與水平設(shè)計

由極差R值的大小可知，對于玉米汁高溫α-淀粉酶酶解效果的影響因素從大到小依次為酶解時間＞加酶量＞酶解溫度，由均值K可得出最優(yōu)組合為A2B2C2，即加酶量20 U/g，酶解時間60 min，酶解溫度80℃。

3.1.5 驗證試驗

按照上述最佳工藝條件組合下進(jìn)行玉米汁酶解，測定DE值，測得該組合優(yōu)于其他組合，最終確定高溫α-淀粉酶最佳工藝參數(shù)為加酶量20 U/g，酶解時間60 min，酶解溫度80℃。

3.2 糖化酶酶解條件的研究

經(jīng)過高溫α-淀粉酶作用后的玉米汁，淀粉降解為低聚糖、糊精和單糖等物質(zhì)，其中仍然會有一些大分子物質(zhì)，不利于玉米汁飲料的穩(wěn)定性，因此還需要進(jìn)一步水解。糖化酶可以將大分子的糊精和多糖水解成單糖，達(dá)到改善飲料的目的。

3.2.1 糖化酶添加量對酶解效果的影響

分別取經(jīng)過高溫α-淀粉酶作用后的玉米汁6組，按照糖化酶 120，140，160，180，200，220 U/g，在酶解溫度60℃，pH值4.5條件下酶解5 h，測定DE值。

糖化酶添加量對玉米汁DE值的影響見圖4。

由圖4可知，當(dāng)糖化酶添加量為200 U/g時，玉米汁的葡萄糖值達(dá)到最高，當(dāng)酶的添加量繼續(xù)增加，玉米汁的DE值不再增加，所以糖化酶的適宜添加量為200 U/g。

表2 高溫α-淀粉酶酶解正交試驗結(jié)果

圖4 糖化酶添加量對玉米汁DE值的影響

3.2.2 糖化酶酶解溫度對酶解效果的影響

分別取經(jīng)過高溫α-淀粉酶作用后的玉米汁6組，按照糖化酶200 U/g，在酶解溫度40，45，50，55，60，65℃；pH值4.5條件下酶解5 h，測定DE值。

糖化酶酶解溫度對玉米汁DE值的影響見圖5。

圖5 糖化酶酶解溫度對玉米汁DE值的影響

由圖5可知，當(dāng)酶解溫度在低于60℃時，玉米汁的DE值呈上升趨勢，當(dāng)溫度繼續(xù)升高，玉米汁的DE值不再增加，反而有所下降，所以糖化酶的適宜酶解溫度為60℃。

3.2.3 糖化酶酶解時間對酶解效果的影響

分別取經(jīng)過高溫α-淀粉酶作用后的玉米汁7組，按照糖化酶200 U/g，在酶解溫度60℃，pH值4.5條件下分別測定酶解時間2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0 h的DE值。

圖5 糖化酶糖化溫度對玉米飲料DE值的影響

糖化酶酶解時間對玉米汁DE值的影響見圖6。

圖6 糖化酶酶解時間對玉米汁DE值的影響

由圖6可知，當(dāng)酶解時間低于4.5 h時，玉米汁的葡萄糖值呈現(xiàn)上升趨勢，隨著酶解時間的延長，玉米汁的DE值不再增加，反而有所下降，所以糖化酶的適宜酶解時間為4.5～5.0 h。

3.2.4 糖化酶最佳工藝參數(shù)的確定

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選擇加酶量、酶解時間、酶解溫度進(jìn)行三因素三水平正交試驗，確定最佳的工藝參數(shù)。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選擇加酶量、酶解時間、酶解溫度3個因素進(jìn)行正交試驗，來確定糖化酶的最佳工藝參數(shù)。

糖化酶正交試驗因素與水平設(shè)計見表3，糖化酶酶解正交試驗結(jié)果見表4。

表3 糖化酶正交試驗因素與水平設(shè)計

由極差R值的大小可知，對于玉米汁糖化酶酶解效果的影響因素從大到小依次為酶解溫度＞加酶量＞酶解時間；由均值K可得出最優(yōu)組合為A2B2C3，即加酶量200 U/g，酶解時間5 h，酶解溫度60℃。

3.2.5 驗證試驗

按照上述最佳工藝條件組合下進(jìn)行玉米汁酶解，測定DE值，取得平均值為81.234，該組合優(yōu)于其他組合，最終確定糖化酶最佳工藝參數(shù)為加酶量200 U/g，酶解時間5 h，酶解溫度60℃。

3.3 玉米汁飲料的調(diào)配

表4 糖化酶酶解正交試驗結(jié)果

3.3.1 蔗糖添加量對復(fù)合飲料感官的影響結(jié)果

蔗糖添加量調(diào)配感官評定結(jié)果見表5。

表5 蔗糖添加量調(diào)配感官評定結(jié)果

由表5可知，蔗糖添加量為1.0 g/100 mL的試樣最受歡迎，為5人，其次是蔗糖添加量為1.2 g/100 mL，所以初步確定蔗糖添加量為1.0 g/100 mL。

3.3.2 復(fù)合飲料穩(wěn)定性的研究

試驗選取黃原膠、羧甲基纖維素（CMC）和2種穩(wěn)定劑進(jìn)行復(fù)合飲料的穩(wěn)定性研究。

不同穩(wěn)定劑添加量見表6。

表6 不同穩(wěn)定劑添加量

由表6可以看出，隨著添加量的增加，2種穩(wěn)定劑的懸浮穩(wěn)定性增大，但是隨著穩(wěn)定劑的增多，復(fù)合飲料的流動性變差，飲料變得黏稠，所以為了使復(fù)合飲料具有更好的穩(wěn)定性，以下試驗選用復(fù)合穩(wěn)定劑對復(fù)合飲料的穩(wěn)定性進(jìn)行研究。工藝選用黃原膠添加量0.2%和CMC添加量0.1%達(dá)到合適穩(wěn)定效果。

4 結(jié)論

通過試驗數(shù)據(jù)表明，采用兩步酶解法酶解玉米汁，高溫α-淀粉酶酶解玉米汁的工藝參數(shù)為加酶量20 U/g，酶解時間60 min，酶解溫度80℃。經(jīng)過高溫α-淀粉酶酶解的玉米汁再經(jīng)過糖化酶酶解，糖化酶的酶解工藝參數(shù)為加酶量200 U/g，酶解時間5 h，酶解溫度60℃。選擇蔗糖添加量1.0 g/100 mL和玉米汁飲料甜度適宜、口感清爽。選擇黃原膠和CMC作為穩(wěn)定劑，其中黃原膠添加量0.2%和CMC添加量0.1%達(dá)到合適穩(wěn)定效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]Blandino A，Al-Aseeri M E，Pandiella S S，et al．Cereal-based fermented foods and beverages[J].Food Research International，2003，36 （6）：527－543．

[2]韓曉娜，黃國清，肖軍霞.玉米汁加工工藝研究 [J].糧油食品科技，2013（3）：18-21，76.

[3]姜文俠，孫武岳.還原糖和DE值的測定方法 [J].食品研究與開發(fā)，1997（2）：58-61.◇