藜麥飲料液化糖化工藝研究

李貞景 薛意斌 張?zhí)m 果嘉成 李欣憶 安中平 王昌祿

摘要 [目的]優(yōu)化藜麥淀粉進(jìn)行水解時(shí)的液化和糖化的工藝條件。[方法]以藜麥為原料，DE值為主要評(píng)估指標(biāo)，采用單因素和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)藜麥飲料生產(chǎn)中的淀粉液化和糖化工藝進(jìn)行優(yōu)化研究。[結(jié)果]最優(yōu)液化工藝條件為α-淀粉酶用量11 U/g、液化時(shí)間45 min、液化溫度65 ℃、pH 7.0，此時(shí)液化DE值為24.46%。最優(yōu)糖化工藝條件：糖化酶用量110 U/g、糖化時(shí)間70 min、糖化溫度70 ℃、pH 5.0，糖化DE值為63.45%。[結(jié)論]該研究可為藜麥在飲料研發(fā)方向提供一定的參考。

關(guān)鍵詞 藜麥；液化；糖化；工藝

中圖分類(lèi)號(hào) TS275.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2018）18-0140-04

Study on Liquefaction and Saccharification of Quinoa Beverage

LI Zhenjing， XUE Yibin， ZHANG Lan et al

（ College of Food Engineering and Biotechnology， Tianjin University of Science and Technology， Tianjin 300457）

Abstract [Objective]To optimize the liquefaction and saccharification conditions of quinoa starch during hydrolysis. [Method]With quinoa as raw materials， DE value as the main evaluation index， starch liquefaction and saccharification process quinoa beverage production optimization is performed using single factor and orthogonal design. [Result]The results showed that the optimum liquefaction conditions were as follows： the dosage of αamylase was 11 U/g， the liquefaction time was 45 min， the liquefaction temperature was 65 ℃， the pH was 7.0， and the liquefaction DE value was 24.46%. The optimal saccharification conditions were： saccharifying enzyme dosage 110 U /g， saccharification time 70 min，saccharification temperature 70 ℃，pH value 5.0， saccharifying DE value 63.45%. [Conclusion]The results provide a reference for quinoa development in beverage industry.

Key words Quinoa；Liquefaction；Saccharification；Technology

藜麥（Chenopodium quinoa willd.，Amaranthaceae），富含纖維素、多不飽和脂肪酸、維生素、礦物質(zhì)、皂苷、植物甾醇、植物激素、多酚類(lèi)物質(zhì)、甜菜堿等多種功能性成分[1-3]，美國(guó)航空航天局（NASA）將藜麥列為太空宇航員的理想食物之一[4]。目前，有研究表明，藜麥對(duì)人體代謝發(fā)育[5-6]、胃腸道[7]及心腦血管[8]都有明顯的健康益處。藜麥豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和優(yōu)良的功能特性，使其在特殊人群（兒童、老人、運(yùn)動(dòng)員）、乳糖不耐癥人群以及骨質(zhì)疏松、貧血、糖尿病、血脂異常、肥胖和胃腸道疾病患者中具有巨大的應(yīng)用潛力[9-11]。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)藜麥的研究主要集中在品質(zhì)性狀[11]、栽培技術(shù)[12]和營(yíng)養(yǎng)及功能成分[13]上，也有藜麥雜糧面包[14]、藜麥酸奶[15]等的研究。藜麥淀粉含量較高且本身具有特殊的氣味，為了保證產(chǎn)品的品質(zhì)和穩(wěn)定性，調(diào)配型和發(fā)酵型藜麥飲料在制備過(guò)程中均需對(duì)藜麥原料進(jìn)行糖化和液化工藝研究。筆者通過(guò)對(duì)藜麥淀粉進(jìn)行水解，確定其液化和糖化的最優(yōu)工藝條件，為藜麥飲品的后期開(kāi)發(fā)奠定一定的基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料及試劑。

藜麥（淀粉62.5%，蛋白質(zhì)16.0%，脂肪6.5%），購(gòu)自山西清禹鳴商貿(mào)有限公司；α-淀粉酶（BF7658，1 000 U/g）、糖化酶（固體，50 000 U/g），購(gòu)自邢臺(tái)萬(wàn)達(dá)生物工程有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備。

T1000電子天平，美國(guó)雙杰兄弟（集團(tuán)）有限公司；GB11165 pH 計(jì)，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；JK-WB-2A型數(shù)顯恒溫水浴鍋，上海精學(xué)科學(xué)儀器有限公司。

1.2 工藝流程

1.2.1 液化工藝流程。藜麥→除雜→粉碎→過(guò)篩→糊化 α-淀粉酶 液化→糖化→滅酶→過(guò)濾→α-淀粉酶水解液。

1.2.2 糖化工藝流程。α-淀粉酶水解液 糖化酶 糖化→滅酶→過(guò)濾→水解液。

1.3 方法

1.3.1 藜麥的預(yù)處理。挑選飽滿(mǎn)、無(wú)霉變的藜麥，除去藜麥中雜質(zhì)，粉碎，過(guò)60目篩。

1.3.2 藜麥粉的糊化。將藜麥粉與蒸餾水以1 ∶15（g/mL）比例混合，放于90 ℃水浴鍋中糊化0.5 h。

1.3.3 藜麥粉液化工藝條件優(yōu)化。藜麥糊化液100 mL加入α-淀粉酶水解，以還原糖值（DE值）為評(píng)估指標(biāo)，分析時(shí)間、酶量、pH和溫度4個(gè)因素對(duì)液化效果的影響。以α-淀粉酶量10%，pH 6.5，溫度65 ℃，液化時(shí)間40 min為初始液化條件，其后變化一個(gè)因素，控制其他因素不變，經(jīng)過(guò)單因素試驗(yàn)確定4個(gè)因素的適合水平范圍，再以DE值為指標(biāo)，設(shè)計(jì)4因素3水平的正交試驗(yàn)L9（34），見(jiàn)表1。上述試驗(yàn)每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.3.4 藜麥粉糖化工藝條件優(yōu)化。以最優(yōu)液化條件為基礎(chǔ)，進(jìn)行糖化工藝試驗(yàn)設(shè)計(jì)。將液化后的100 mL藜麥液化液加入α-淀粉酶水解，以DE值為評(píng)估指標(biāo)，分析時(shí)間、酶量、pH和溫度對(duì)糖化效果的影響。以糖化酶量100 U/g，pH 6.5，溫度65 ℃，糖化時(shí)間40 min為初始糖化條件，其后變化一個(gè)因素，控制其他因素不變，經(jīng)過(guò)單因素試驗(yàn)確定4個(gè)因素的適合水平范圍，再以DE值為指標(biāo)，設(shè)計(jì)4因素3水平的正交試驗(yàn)L9（34），見(jiàn)表2。上述試驗(yàn)每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.4 DE值的測(cè)定 [16]

DE還原糖（以葡萄糖計(jì)）占溶液中干物質(zhì)的比例，其計(jì)算公式如下：

DE值（%）= 還原糖含量（g/mL） 干物質(zhì)含量（g/mL）×溶液的相對(duì)密度 ×100%

其中，還原糖（以葡萄糖計(jì)）測(cè)定采用3，5-二硝基水楊酸法；溶液相對(duì)密度測(cè)定采用密度計(jì)法。

1.5 數(shù)據(jù)分析處理方法

采用Origin Lab 8.0和SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)制圖和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 藜麥粉液化最佳工藝條件的確定

2.2.1 α-淀粉酶添加量對(duì)藜麥粉液化的影響。

α-淀粉酶作用于淀粉，內(nèi)部切開(kāi) α-1，4-糖苷鍵，將淀粉水解生成糊精和還原糖。酶解液的DE值是評(píng)估淀粉酶酶解液化的重要指標(biāo)，DE值越高，液化越徹底，飲料中可溶性固形物的含量也越高，原料利用率也就越高，但并不表示液化DE值越高越好，由于液化和糖化過(guò)程關(guān)系十分密切，過(guò)高DE值會(huì)影響后續(xù)糖化酶的糖化效果，一般谷物液化DE值在10～20的范圍內(nèi)才有利于后續(xù)的糖化[17]。 由圖1可知，隨著α-淀粉酶量的加大，藜麥液化液DE值先快速增大后趨于平緩。當(dāng)酶量高于10% 時(shí)，酶反應(yīng)接近終點(diǎn)，DE值大致趨于穩(wěn)定?？赡茈S著淀粉酶量增加，部分淀粉酶與底物反應(yīng)處于飽和狀態(tài)或部分淀粉酶沒(méi)來(lái)及與底物反應(yīng)，所以DE值不再產(chǎn)生變化。

2.2.2 溫度對(duì)藜麥粉液化的影響。

由圖2可知，藜麥粉水解液DE值隨著溫度變化呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。液化溫度在65 ℃時(shí)，DE值達(dá)到最大為22.71%。溫度小于65 ℃時(shí)，反應(yīng)速率加快；溫度大于65 ℃時(shí)，反應(yīng)速率下降。所以65 ℃為藜麥粉液化最優(yōu)溫度。

2.2.3 pH對(duì)藜麥粉液化的影響。

由圖3可知，藜麥粉水解液DE值隨著pH變化呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)。pH 6.5，液化DE值最大，達(dá)到22.34%。6.0～7.0 為α-淀粉酶最佳pH，活性會(huì)受到水解液酸堿度很大影響，所以pH 6.5為藜麥粉液化的最優(yōu)值。

2.2.4 液化時(shí)間對(duì)藜麥粉液化的影響。

由圖4可知，藜麥粉液化速率隨著時(shí)間變化呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)，之后逐漸趨于零?？赡茈S著時(shí)間的延長(zhǎng)，水解液中α-1，4-糖苷鍵減少，α-1，6-糖苷鍵影響了α-淀粉酶的水解速度，且酶解產(chǎn)物的增加也會(huì)抑制酶的活性，使水解速率變慢。 所以60 min為藜麥粉最優(yōu)液化時(shí)間。

2.2.5 藜麥粉液化正交試驗(yàn)結(jié)果。

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)L9（34），以確定液化最優(yōu)條件組合，結(jié)果如表3所示。

2.3 藜麥粉糖化最佳工藝條件的確定

2.3.1 糖化酶添加量對(duì)藜麥粉糖化的影響。

由圖5可知，藜麥粉水解液DE值隨著糖化酶量變化呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。酶量大于100 U/g，糖化水解液DE值變動(dòng)不大。綜合經(jīng)濟(jì)成本，所以100 U/g為最優(yōu)糖化酶量。

2.3.2 溫度對(duì)藜麥粉糖化的影響。

由圖6可知，藜麥粉水解液DE值隨著溫度變化呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)。溫度70 ℃，DE值最大；高于70 ℃時(shí)，破壞了糖化酶的結(jié)構(gòu)，影響了其催化活性，導(dǎo)致部分糖化酶失活。所以70 ℃為藜麥粉糖化最優(yōu)溫度。

2.3.3 pH對(duì)藜麥粉糖化的影響。

由圖7可知，藜麥粉水解液DE值隨著pH變化呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。pH 5.0時(shí)，DE值最大，4.0～4.5為糖化酶最佳pH。酶分子與底物結(jié)合與催化受酸堿度變化影響很大，進(jìn)而影響水解速率。所以pH 5.0為藜麥粉糖化最優(yōu)值。

2.3.4 時(shí)間對(duì)藜麥粉糖化的影響。

由圖8可知，藜麥粉糖化速率隨著時(shí)間變化呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，之后逐漸趨于零?？赡茈S著時(shí)間的延長(zhǎng)，底物濃度減少，導(dǎo)致反應(yīng)速率減慢。所以，60 min為藜麥粉最優(yōu)糖化時(shí)間。

2.3.5 藜麥粉糖化正交試驗(yàn)結(jié)果。

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)L9（34），以確定糖化最優(yōu)條件組合，結(jié)果如表4所示。

由表4所知，對(duì)藜麥粉糖化DE值影響梯度為糖化酶量>液化時(shí)間>溫度>pH，A3B3C2D2為最優(yōu)組合，對(duì)優(yōu)化后的條件驗(yàn)證，結(jié)果表明在該條件下DE值為63.45%，高于理論預(yù)測(cè)值，所以A3B3C2D2為糖化最優(yōu)組合，即糖化酶量110 U/g、糖化時(shí)間70 min、糖化溫度70 ℃、pH 5.0。

3 結(jié)論

該研究對(duì)藜麥飲料生產(chǎn)中的糖化和液化工藝進(jìn)行優(yōu)化研究，確定了最優(yōu)的液化工藝條件如下：α-淀粉酶量11 U/g、液化時(shí)間45 min、液化溫度65 ℃、pH 7.0，此時(shí)液化的DE值為24.46%。對(duì)液化后的藜麥水解液進(jìn)一步糖化，其糖化最優(yōu)工藝條件如下：糖化酶量110 U/g、糖化時(shí)間70 min、糖化溫度70 ℃、pH 5.0，糖化DE值為63.45%。該結(jié)果為后續(xù)藜麥飲料的制備提供了一定的參考。

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