南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉酶解工藝研究

張雅娜，狄冰倩，王 欣，張 晟，馬麗媛，郭 麗

（綏化學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院，黑龍江 綏化 152061）

0 引言

南瓜富含蛋白質(zhì)，脂肪含量較低，還有豐富的維生素（維A、維B、維C、維E）、礦物質(zhì)、纖維素、碳水化合物等營養(yǎng)成分，并含有多種游離氨基酸及生物堿類等生物活性成分，其營養(yǎng)豐富且全面，有“蔬菜之王”的美譽(yù)[1]。在生活水平提高和科技水平進(jìn)步的同時，人類對于自身的健康也愈發(fā)重視。南瓜粉以碳水化合物為主、脂肪含量極低（每100 g南瓜粉含脂肪4.09 g）、膳食纖維豐富（每100 g 南瓜粉含膳食纖維21.06 g），此外，南瓜粉富含鐵（16.95 mg/100 g）、鈣（301.57 mg/100 g） 和 磷（223.95 mg/100 g），所以南瓜粉作為一種低脂、高鈣、高纖維的理想保健食品[2]，可開發(fā)適合中老年人食用的食品。然而，新鮮南瓜因水分含量高而不耐貯藏、易腐爛，又因產(chǎn)量高、銷售量小給農(nóng)民帶來經(jīng)濟(jì)損失[3]，在南瓜加工方面大部分用于取籽，僅有不足10%的果肉用于食用和加工，造成資源的浪費(fèi)[4]。因此，為提高南瓜產(chǎn)品附加值，將南瓜加工成南瓜粉不僅可以延長保質(zhì)期，保留南瓜獨(dú)特風(fēng)味，還能滿足市場需求、提高經(jīng)濟(jì)效益。

鷹嘴豆起源于中東地區(qū)和亞洲西部，是世界上種植面積較廣的豆類，因形如鷹嘴而得名。鷹嘴豆中植物蛋白含量豐富，脂肪少且多為對人體有益的不飽和脂肪酸，氨基酸和微量元素的含量高、組成均衡，可作為營養(yǎng)強(qiáng)化劑添加在食品中，除此之外，鷹嘴豆中還含有維生素、粗纖維、鈣、鎂、鐵等營養(yǎng)成分[5]。與其他豆類相比，鷹嘴豆是膳食纖維、蛋白質(zhì)和維生素的極佳營養(yǎng)來源[6]。且鷹嘴豆蛋白在消化吸收、功效比值及生物利用價值方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大豆及其他豆類[7]，被人們譽(yù)為“豆中之王”。鷹嘴豆作為一種藥食兩用的作物不僅含有豐富的營養(yǎng)成分，還能對疾病起到預(yù)防和保健功能。目前，我國對于鷹嘴豆產(chǎn)品的開發(fā)仍處于粗加工階段，高技術(shù)含量少[5]，所生產(chǎn)的產(chǎn)品主要是保健營養(yǎng)粉，具有調(diào)節(jié)血糖、增強(qiáng)免疫力、降低膽固醇、降脂、降壓、降糖等多種功效[7]。用維吾爾傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉結(jié)塊率高、易沉淀、穩(wěn)定性差，產(chǎn)品不易保存且口感較差[8]。將鷹嘴豆粉中的淀粉進(jìn)行酶解處理后，可以使結(jié)塊率降低，更易沖調(diào)。

中老年人的胰島素分泌少，對血糖的調(diào)節(jié)作用減弱?？扇苄远嗵鞘悄瞎现幸环N重要的有效成分，可以促進(jìn)胰島素的分泌，有效控制和輔助治療因糖尿病引起的各種疾?。ㄈ缧呐K病、高血壓、高血脂、腎病和視力等），使血糖在餐后上升緩慢，有利于糖尿病的控制和治療，減輕了糖尿病人的負(fù)擔(dān)[9]。南瓜中的可溶性多糖和鷹嘴豆中的微量元素鉻能起到調(diào)節(jié)血糖的作用，進(jìn)而減輕了胰島素的負(fù)擔(dān)。隨著年齡的增加，人到了中年以后，消化和代謝功能逐漸衰退。將南瓜和鷹嘴豆制成粉后混合成為復(fù)合營養(yǎng)粉，采用淀粉酶對淀粉進(jìn)行一定程度的酶促降解，將大分子轉(zhuǎn)化為小分子，改變鏈長，降低南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉溶解的稠度，有利于人體吸收。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糖化酶，北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司提供；中溫淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶，上海金穗生物科技有限公司提供；南瓜、鷹嘴豆，均為市售。

1.2 儀器與設(shè)備

ESJ205-4型普利賽斯電子分析天平，普利賽斯國際貿(mào)易有限公司產(chǎn)品；ZH-25B-B11型多功能食品加工機(jī)產(chǎn)品；河南新飛電器集團(tuán)有限公司電器有限公司產(chǎn)品；BCD-160TMPQ型冰箱，青島海爾股份有限公司產(chǎn)品；HZS-H型水浴振蕩器，哈爾濱市東聯(lián)電子開發(fā)有限公司產(chǎn)品；PHS-3C型pH計，杭州齊威儀器有限公司產(chǎn)品；2WAJ阿貝折射儀，廣州力賽計量檢測有限公司產(chǎn)品；DGX-9143B-1型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海福瑪實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品；DK-98-Ⅱ型電子萬用爐，天津天泰儀器有限公司產(chǎn)品；HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司產(chǎn)品；SKD-20S3型消化爐，上海沛歐分析儀器有限公司產(chǎn)品；K1302型凱氏定氮儀，上海晟聲自動化分析儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

①鷹嘴豆→挑選→清洗；

②南瓜→去皮、籽、瓤→切片、護(hù)色；

①+②→干燥→粉碎→調(diào)漿→酶解→干燥→成品。

1.3.2 操作要點(diǎn)

（1）南瓜和鷹嘴豆的干燥與粉碎。挑選成熟的南瓜，去掉皮、籽、瓤，切片后采用熱水、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的檸檬酸溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的抗壞血酸為漂燙介質(zhì)，漂燙溫度為95℃，漂燙時間3 min[10]，放入70℃烘箱中干燥8 h，烘至可以進(jìn)行粉碎的狀態(tài)。挑選無蟲蛀、無發(fā)霉的鷹嘴豆，清洗后放入70℃烘箱中干燥8 h，烘至可以進(jìn)行粉碎的狀態(tài)。利用多功能食品加工機(jī)將干燥的南瓜和鷹嘴豆進(jìn)行粉碎得到南瓜粉和鷹嘴豆粉，再用80目篩對南瓜粉和鷹嘴豆粉進(jìn)行篩選，得到細(xì)膩均勻的南瓜粉和鷹嘴豆粉。

（2）酶解。首先將南瓜粉和鷹嘴豆粉按質(zhì)量比7∶3的比例復(fù)配，再按料液比1∶4（g∶mL）進(jìn)行調(diào)制，加入0.5%的酶，使酶與料液混合均勻，在水浴振蕩器中酶解1.5 h。

（3）滅酶。將酶解后的料液用鹽酸溶液調(diào)至pH值為2，靜置10 min進(jìn)行滅酶，再用氫氧化鈉溶液將漿料pH值調(diào)至中性[11]。

1.3.3 酶制劑的選擇

選擇南瓜粉與鷹嘴豆粉質(zhì)量比例7∶3（以總量10 g為基準(zhǔn)），料液比為1∶5（g∶mL），酶添加量為0.4%，分別加入中溫淀粉酶（最適溫度60℃，最適pH值6.0）、淀粉葡萄糖苷酶（最適溫度60℃，最適pH值4.0）和糖化酶（最適溫度60℃，最適pH值4.0），酶解時間1.5 h，以水解程度（DE值）為評價指標(biāo)，最終確定出最佳的酶制劑。

1.3.4 單因素試驗(yàn)

南瓜粉和鷹嘴豆粉的質(zhì)量比（7∶1，7∶2，7∶3，7∶4，7∶5）、料液比（1∶3，1∶4，1∶5，1∶6，1∶7）、酶添加量（0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%）、酶解時間（0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 h）為單因素，考查各因素對水解程度（DE值）的影響。

1.3.5 正交試驗(yàn)

進(jìn)行酶解工藝研究時存在不同的影響因素，各因素相互交織在一起，對試驗(yàn)結(jié)果造成影響，因此為了探究各個因素間的最優(yōu)條件，找到最佳配方，采用正交試驗(yàn)四因素三水平法。通過單因素試驗(yàn)確定南瓜粉和鷹嘴豆粉的質(zhì)量比、料液比、酶添加量及酶解時間的取值范圍，從而確定南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉酶解工藝因素水平表。

南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉酶解工藝因素與水平設(shè)計見表1。

表1 南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉酶解工藝因素與水平設(shè)計

1.4 理化性質(zhì)分析

1.4.1 基本成分測定

參考GB 5009.3—2016食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定[12]。

參考GB 5009.4—2016食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測定[13]。

參考GB 5009.5—2016食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測定[14]。

參考GB 5009.6—2016食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測定[15]。

1.4.2 DE值的測定

參考GB 5009.3—2016食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中還原糖的測定——直接滴定法[16]。

干物質(zhì)含量選擇折射法[17]。

1.4.3 結(jié)塊率測定

結(jié)塊率按照以下公式計算。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有試驗(yàn)進(jìn)行3次，應(yīng)用Origin Pro 8.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 酶種類對水解程度（DE值）的影響

酶種類對水解程度（DE值）的影響見圖1。

圖1 酶種類對水解程度（DE值）的影響

由圖1可知，中溫淀粉酶對南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉的水解程度最好，DE值為30.08%，淀粉葡萄糖苷酶次之，糖化酶的水解程度最差。因此，選擇中溫淀粉酶作為南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉酶解工藝的最佳酶制劑。

2.1.2 南瓜粉和鷹嘴豆粉的質(zhì)量比對水解程度（DE值）的影響

南瓜粉和鷹嘴豆粉的質(zhì)量比對水解程度（DE值）的影響見圖2。

圖2 南瓜粉和鷹嘴豆粉的質(zhì)量比對水解程度（DE值）的影響

由圖2可知，隨著南瓜粉添加量減少，鷹嘴豆粉添加量增多，南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉的水解程度（DE值）不斷降低，在南瓜粉和鷹嘴豆粉的質(zhì)量比為7∶1時，DE值最大，由7∶3變?yōu)?∶4時，DE值下降最明顯，在7∶5時，DE值降到最低。其原因可能是鷹嘴豆粉中淀粉含量較多（約占50%）[5]，隨著鷹嘴豆粉質(zhì)量比逐漸增大，淀粉酶與底物反應(yīng)不徹底，導(dǎo)致DE值降低。因此，南瓜粉和鷹嘴豆粉的最佳質(zhì)量比為7∶1。

2.1.3 料液比對水解程度（DE值）的影響

料液比對水解程度（DE值）的影響見圖3。

圖3 料液比對水解程度（DE值）的影響

由圖3可知，隨著水添加量增多，底物濃度逐漸降低，漿料黏度逐漸降低，南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉的水解程度（DE值）先增大后減小，在料液比為1∶6（g∶mL）時，DE值達(dá)到最大值，料液比為1∶6~1∶7時呈下降趨勢。其原因可能是在料液比較小時，水分活度較低，酶的活性被抑制，導(dǎo)致DE值較小；隨著料液比的增大，水分活度相應(yīng)增大，酶活性提高，DE值也增大；在料液比為1∶6以后，水分活度過大，酶活性達(dá)到極限，DE值降低。因此，南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉酶解的最佳料液比為1∶6（g∶mL）。

2.1.4 酶添加量對水解程度（DE值）的影響

酶添加量對水解程度（DE值）的影響見圖4。

由圖4可知，在南瓜粉和鷹嘴豆粉的添加比例、料液比和酶解時間固定時，隨著酶添加量的逐漸增加，南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉的水解程度（DE值）呈現(xiàn)先上升后緩慢下降的趨勢，酶添加量為0.5%時，酶解效果最好。當(dāng)酶添加量繼續(xù)增加時，DE值開始降低。其原因可能是開始時底物與酶充分反應(yīng)，反應(yīng)速度越來越快，隨著酶添加量逐漸增多，酶的濃度已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)，使底物與酶不能完全反應(yīng)，導(dǎo)致酶的利用率降低。因此，南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉酶解的最佳酶添加量為0.5%。

圖4 酶添加量對水解程度（DE值）的影響

2.1.5 酶解時間對水解程度（DE值）的影響

酶解時間對水解程度（DE值）的影響見圖5。

圖5 酶解時間對水解程度（DE值）的影響

由圖5可知，在南瓜粉和鷹嘴豆粉的質(zhì)量比、料液比和酶添加量一定時，隨著酶解時間的增加，南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉的水解程度（DE值）先增大后趨于平緩。在酶解時間為1.0 h時，斜率最大，DE值上升最快，2.0 h時DE值達(dá)到最大值，酶與底物充分接觸，使淀粉分子細(xì)胞壁基本崩解，酶解基本完成[18]；在2.0~2.5 h，DE值變化不明顯。其原因可能是前期底物含量與酶含量固定，剛接觸時充分反應(yīng)，反應(yīng)速率加快，隨著時間延長，底物逐漸減少，反應(yīng)速率變慢，而且隨著反應(yīng)時間的推移，酶的相對活力下降，反應(yīng)產(chǎn)物對酶解反應(yīng)有一定的抑制作用[19-20]?？紤]到酶解時間2.0 h與2.5 h的DE值變化不明顯，因此，南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉酶解的最佳酶解時間為2.0 h。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

選取4個對南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉水解程度（DE值）有影響的試驗(yàn)因素，即南瓜粉和鷹嘴豆粉的質(zhì)量比、料液比、酶添加量、酶解時間，設(shè)定3個水平，采用L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計，以水解程度（DE值）為評價指標(biāo)。

正交試驗(yàn)見表2。

由表2可知，影響南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉水解程度（DE值）因素的主次順序?yàn)锽＞D＞A＞C，即料液?比對南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉水解程度（DE值）的影響最大，酶解時間是主要因素，南瓜粉和鷹嘴豆粉的添加比例是次要因素，酶添加量影響較小。正交試驗(yàn)得到水解程度（DE值）最佳組合為第4組，即A2B1C2D3，而根據(jù)值分析得到的最佳組合為A3B1C2D3未出現(xiàn)在9組試驗(yàn)中，因此需要增加驗(yàn)證試驗(yàn)。

表2 正交試驗(yàn)

驗(yàn)證試驗(yàn)見表3。

表3 驗(yàn)證試驗(yàn)

由表3可知，A2B1C2D3組合更加優(yōu)于A3B1C2D3組合，因此得到南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉最佳酶解工藝為南瓜粉和鷹嘴豆粉的質(zhì)量比7∶2，料液比1∶5（g∶mL），酶添加量0.5%，酶解時間2.5 h。此時水解程度（DE值）可達(dá)到32.28%。

2.3 理化性質(zhì)分析

2.3.1 基本成分測定

主要化學(xué)成分見表4。

表4 主要化學(xué)成分/%

由表4可知，試驗(yàn)中南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉的主要成分及含量：水分含量為6.02%，灰分含量為3.39%，粗蛋白含量為10.06%，粗脂肪含量為3.04%。

2.3.2 結(jié)塊率測定

南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉酶解前后的結(jié)塊率見圖6。

由圖6可知，酶解前的結(jié)塊率為39%，酶解后的結(jié)塊率為18%，經(jīng)過中溫淀粉酶酶解后，南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉的結(jié)塊率明顯降低，說明了經(jīng)過酶解后的南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉不易結(jié)塊，溶解速度更快。

圖6 南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉酶解前后的結(jié)塊率

3 結(jié)論

通過正交試驗(yàn)確定酶解最佳工藝條件為南瓜粉和鷹嘴豆粉的添加比例7∶2，料液比1∶5（g∶mL），酶添加量0.5%，酶解時間2.5 h，在此條件下南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉的DE值最高，為32.28%。將酶解前后的南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉進(jìn)行結(jié)塊率的測定，酶解處理后的南瓜鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉結(jié)塊率降低，更易于溶解。