油莎草塊莖-杏仁速溶粉酶解工藝參數(shù)優(yōu)化研究

陳怡岑，李 穎，趙 旭，楊 寧*，魏忠平，馮良山

（1.遼寧省糧食科學(xué)研究所，遼寧 沈陽 110032；2.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，遼寧 沈陽 110161；3.沈陽市生態(tài)種養(yǎng)與功能性農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽 110161；4.遼寧省林業(yè)科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110032）

油莎草Cyperus esculentusvar.sativus塊莖又名油莎豆，是莎草科1年生草本植物，又稱“地下核桃”、“虎堅(jiān)果”。油莎草塊莖含有豐富的粗脂肪、粗蛋白、淀粉、糖類、膳食纖維、礦物質(zhì)、酚類、甾類、蒽醌、生物堿等[1-2]，其綜合營養(yǎng)成分超過玉米、小麥和大豆，具有良好的食用、藥用價(jià)值。隨著人民生活水平的提高，綠色健康食品日益受到廣大消費(fèi)者的青睞，以油莎草塊莖作為食品原料，逐步受到相關(guān)研究人員的關(guān)注，目前國內(nèi)用油莎草塊莖開發(fā)的食品較多，如油莎草塊莖乳汁[3]、油莎草塊莖酒[4]、油莎草塊莖糖、油莎草塊莖餅干[5]、油莎草塊莖飲料[6]、油莎草塊莖速溶粉[7]等，也可作為添加劑加入冰激凌中[8]，市場前景非常廣闊。為開發(fā)新型林草產(chǎn)品，本研究采用油莎草塊莖和杏仁組合制備速溶粉，通過單因素及正交試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，探究油莎草塊莖-杏仁速溶粉酶解工藝對其出粉率的影響，既豐富了油莎草塊莖副食品的種類，又提高了傳統(tǒng)速溶粉的營養(yǎng)成分和功能特性，為改善油莎草塊莖綜合利用價(jià)值提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

油莎草塊莖由遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供；杏仁、白砂糖、添加劑（單甘酯、黃原膠、海藻酸鈉、卵磷脂）為食品級市售；α-淀粉酶（中溫AAS型）1.0萬U·g-1，食品級，購自滄州夏盛酶生物技術(shù)有限公司；纖維素酶（CEL-01型）1.1萬U·g-1，食品級，購自滄州夏盛酶生物技術(shù)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JM-80型膠體磨；GPW 120-Ⅱ型噴霧干燥機(jī)；NS1001L Panda2k高壓均質(zhì)機(jī)；TGL-20B高速離心機(jī)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 配 方

油莎草塊莖、杏仁質(zhì)量比7∶3，白砂糖占總料質(zhì)量7%，單甘酯占總料質(zhì)量0.06%，黃原膠占總料質(zhì)量0.01%，海藻酸鈉占總料質(zhì)量0.01%，卵磷脂占總料質(zhì)量0.5%。

1.3.2 制備方法

精選油莎草塊莖，去除發(fā)霉、不飽滿的顆粒，反復(fù)清洗4次，按照料水比1∶3（質(zhì)量比），室溫條件，加水浸泡48 h，去皮。杏仁炒制熟化，去掉外皮，按照料水比1∶10（質(zhì)量比），經(jīng)組織搗碎機(jī)粗磨、膠體磨精磨至漿備用，記料1。去皮后的濕油莎草塊莖按照料水比1∶7（質(zhì)量比），組織搗碎機(jī)粗磨后，轉(zhuǎn)移至膠體磨精磨至漿，記料2?；旌狭?和料2，添加0.8%的纖維素酶，50℃酶解5 h，100℃、30 min條件下滅酶。添加1.0%的α-淀粉酶，60℃酶解40 min，在120℃、30 min條件下滅酶。用過濾篩將渣液分離，將白砂糖、單甘酯、黃原膠、海藻酸鈉、卵磷脂調(diào)配到漿液中，經(jīng)過攪拌（防止糊底）、煮漿（煮沸10 min）、過濾，冷卻至室溫；采用二級均質(zhì)，一級高壓設(shè)定20 MPa，二級低壓設(shè)定10 MPa，確定其加熱溫度為46～50℃、真空度為80～90 kPa[8]，經(jīng)噴霧干燥（進(jìn)風(fēng)口溫度185℃，出風(fēng)口溫度95℃，進(jìn)料流量1.0 L·h-1）得到成品。并計(jì)算出粉率。

出粉率（%）=干燥后油莎草塊莖杏仁粉量/干燥前油莎草塊莖杏仁用量×100%

1.4 單因素試驗(yàn)

采用α-淀粉酶（中溫AAS型）添加量（0.4%、0.6%、0.8%、1.0%），酶解時(shí)間（20、30、40、50 min），酶解溫度（55、75、85、95℃）進(jìn)行單因素試驗(yàn)，以出粉率為考察指標(biāo)，確定α-淀粉酶試驗(yàn)條件。

1.5 正交試驗(yàn)

結(jié)合單因素試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)L9（3）3設(shè)計(jì)方案（表1），以出粉率為考察指標(biāo)，確定最佳α-淀粉酶試驗(yàn)條件。

表1 正交試驗(yàn)因素和水平

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS軟件和Origin8.5軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 α-淀粉酶（中溫AAS型）酶解工藝的確定

由圖1可知，α-淀粉酶的添加量對出粉率有重要影響，出粉率隨著α-淀粉酶添加量的增加，呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，這主要是因?yàn)棣?淀粉酶水解油莎草塊莖-杏仁中的淀粉，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)溶液的黏度下降，α-淀粉酶還原能力增加；由于淀粉濃度的下降，產(chǎn)物濃度上升，當(dāng)α-淀粉酶的添加量為0.8%時(shí)出粉率為58.0%，達(dá)到水解最高點(diǎn)，即水解極限，而后α-淀粉酶可能出現(xiàn)部分失活，導(dǎo)致反應(yīng)速度降低，出粉率降低，所以確定α-淀粉酶最佳添加量為0.8%。

圖1 α-淀粉酶添加量對出粉率的影響

2.2 酶解時(shí)間的確定

如圖2所示，酶解時(shí)間對酶解效果有明顯影響，當(dāng)酶解時(shí)間＜40 min，出粉率隨著酶解時(shí)間的增加而增加；當(dāng)酶解時(shí)間＞40 min出粉率略下降，說明在酶解時(shí)間為40 min時(shí)，α-淀粉酶對油莎草塊莖-杏仁中淀粉的酶解作用已經(jīng)結(jié)束，再增加酶解時(shí)間無意義，為節(jié)省能源，選擇40 min作為最佳酶解時(shí)間。

圖2 酶解時(shí)間對出粉率的影響

2.3 酶解溫度的確定

α-淀粉酶的催化活性受溫度影響較大，在正常情況下，在低溫時(shí)酶反應(yīng)速度較慢，并隨著溫度的升高而加快，當(dāng)達(dá)到最合適的溫度時(shí)，反應(yīng)速率最快，而后隨著溫度的升高反應(yīng)速率下降，直至反應(yīng)停止。如圖3所示，當(dāng)酶解溫度為65～75℃，出粉率隨溫度的升高而增加，當(dāng)酶解溫度為75～95℃，出粉率隨著溫度的升高而先增加后降低，說明75℃為最合適酶解溫度。

圖3 酶解溫度對出粉率的影響

2.4 酶解工藝的優(yōu)化

如表2、表3所示，影響出粉率酶解工藝的因素為酶解溫度＞酶解時(shí)間＞酶添加量，說明酶解溫度對酶解工藝影響最大，其次為酶解時(shí)間，酶添加量影響最小?！癈”因素3水平之間差異極顯著，其中水平2最好，“B”因素3水平之間差異顯著，其中水平3最好，“A”因素之間差異不顯著，因其水平2最好，因此酶解工藝最佳試驗(yàn)組合A2B3C2，即酶添加量為1.0%，酶解時(shí)間50 min，酶解溫度75℃。在正交優(yōu)化試驗(yàn)中酶解工藝最佳試驗(yàn)組合為A2B1C2，如表2所示，即酶添加量為1.0%，酶解時(shí)間30 min，酶解溫度75℃，出粉率為57.51%，此時(shí)得率最高；單因素試驗(yàn)確定酶添加量為0.8%，酶解時(shí)間40 min，酶解溫度75℃，經(jīng)綜合分析，確定酶解工藝為：酶添加量為1.0%，酶解時(shí)間40 min，酶解溫度75℃，驗(yàn)證出粉率為58.62%，正交試驗(yàn)結(jié)果與驗(yàn)證結(jié)果符合試驗(yàn)精密度要求（正交試驗(yàn)結(jié)果與驗(yàn)證結(jié)果的絕對差值小于兩者算數(shù)平均值的10%），說明調(diào)整酶解試驗(yàn)工藝可行。

表2 酶解工藝正交優(yōu)化

表3 酶解正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析

3 結(jié)論

通過單因素和正交試驗(yàn)優(yōu)化油莎草塊莖-杏仁速溶粉加工工藝，結(jié)果表明，影響油莎草塊莖-杏仁速溶粉酶解的主要因素順序是酶解溫度＞酶解時(shí)間＞酶添加量，說明酶解溫度對酶解工藝影響最大，其次為酶解時(shí)間，酶添加量影響最小，油莎草塊莖-杏仁速溶粉最佳酶解工藝為：酶添加量為1.0%，酶解時(shí)間40 min，酶解溫度75℃，出粉率為58.62%；在此條件下生產(chǎn)的油莎草塊莖-杏仁速溶粉，出粉率高，風(fēng)味佳，口感好，最大程度上保留了油莎草塊莖特有的香味和色澤。