酶解法制备薏米汁的工艺优化

旷 慧，姚丽敏，易美君，孙宏伟，王金玲

(东北林业大学林学院，黑龙江哈尔滨150040)

薏米，又名薏苡米、苡仁、米仁、川谷，药食两用［1］。据《中国食疗大典》记载:薏米含蛋白质14%，脂肪5%，碳水化合物65%，钙0.7%，磷0.242%，铁0.001%，其蛋白质含量远远超过稻米，人体必需的8种氨基酸齐全，其比例接近人体需要［2-4］。由于它的营养价值在禾本科植物中占第一位，故有“世界禾本科植物之王”的美称［5-6］。淀粉是薏米中的主要碳水化合物，薏米淀粉结构比较坚硬，很难被糊化，食用时必须经过长时间浸渍后进行煮沸，限制了薏米在食品方面的利用［7-8］。酶解技术作为高新的生物技术，在食品生产中发挥着越来越重要的作用［9］。目前国内外对用酶法制取谷物浊汁已经取得了很大的进展并广泛应用于食品加工产业中［10］。淀粉酶酶解法制备薏米汁的工艺条件温和，副反应少，操作条件容易控制，得到的薏米汁组分分布均匀，理化性质稳定，能保持薏米独特的感官质量、营养质量和卫生质量。酶解法制备薏米汁为薏米的深加工和提高薏米的营养价值和经济附加价值提供了一条有效的途径［11-12］。本研究通过单因素及正交实验对酶解法制备薏米汁的工艺进行了优化，以期找到最佳的工艺参数。旨在为开发薏米这一宝贵资源提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

薏米 市购;淀粉酶(250000U/g) 哈美望试剂公司;氢氧化钠、硫酸铜、酒石酸钾钠、亚铁氰化钾、浓盐酸、亚甲基蓝、葡萄糖 国产分析纯，北京北化康泰临床试剂有限公司。

DFL-24 型远红外食品烘炉 广州市白云区宝源厨房设备厂;JA2003 型电子天平 上海精密科学仪器有限公司;PW-100 高速万能粉碎机 天津泰斯特有限公司;30CMX5CM 型80 目筛 上海松润五金筛网有限公司;DK-8D 型电热恒温水槽 上海一恒科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 制备薏米汁的工艺流程 薏米→筛选→漂洗→浸泡→沥干→烘焙→粉碎→过筛→调浆→酶解→加热灭酶→过滤→薏米汁［13］。

1.2.2 薏米的预处理 选择质硬，有光泽，颗粒饱满，呈白色或黄白色，味甘淡或微甜的薏米，用流水清洗干净，用6 倍体积pH9～10 的碳酸钠溶液浸泡6h［14］，清水洗干净后沥干水分。

1.2.3 焙烤条件对制备薏米汁的影响

1.2.3.1 焙烤温度对制备薏米汁的影响 将预处理过的薏米分成5 组，每组50g，分别在100、120、140、160、180℃下焙烤30min，焙烤时不时翻动，使其均匀受热［15］，取出冷却。对薏米根据气味、色泽、滋味三项指标进行感官评价。感官评价标准见表1。

表1 焙烤薏米的感官评价标准Table 1 Sensory evaluation standards of baking coix kernel

1.2.3.2 焙烤时间对制备薏米汁的影响 将预处理过的薏米分成5 组，每组质量为50g，置于上述实验所确定的最佳温度下分别焙烤15、25、35、45、55min。对薏米根据气味、色泽、滋味三项指标进行感官评价。

1.2.4 粉碎过筛 在上述实验确定的最佳条件下焙烤薏米，将得到的薏米冷却后用粉碎机粉碎至合适的粒度，过80 目筛，过筛后的薏米粉置于干燥的容器中，低温避光保藏。

1.2.5 淀粉酶酶解的单因素实验将薏米粉用80℃，pH6 的0.5% NaH2PO4溶液，按料水比为1 ∶15调成浆［16］，置于电炉上，控制温度在85℃左右，糊化10min。通过单因素实验进一步确定料水比、淀粉酶用量、酶解时间、酶解温度、酶解pH 对制备薏米汁的影响。单因素水平设计见表2。用直接滴定法测定薏米汁中还原糖含量［17］。

初始酶解条件为:酶用量250U/g、酶解时间3.5h、酶解温度50℃、酶解pH6。

1.2.6 正交实验设计 以料水比、酶解时间、酶解温度、酶解pH 为实验因素，以还原糖含量为实验指标，采用L9(34)正交表进行实验，因素及水平如表3所示。

表2 单因素实验因素及水平设计Table 2 Factors and levels in single-factor experiment

表3 淀粉酶酶解工艺正交实验因素水平设计Tabel 3 Factors and levels in orthogonal experiment of preparaing coix kernel juice

1.3 数据处理与分析

每个实验3 次重复，数据以平均值± 标准误差显示，数据采用excel 软件进行分析处理并作图。

2 结果与分析

2.1 焙烤条件对制备薏米汁的影响

2.1.1 焙烤温度对制备薏米汁的影响 焙烤后的薏米根据气味、色泽、滋味进行感官综合评价，实验结果见图1。

图1 焙烤温度对制备薏米汁的影响Fig.1 Influence of baking temperature on preparaing coix kernel juice

由图1 可知，当温度在100～140℃范围内时，焙烤后的薏米感官评价分值没有明显的提高，当温度达到160℃，感官评价分值最大，为90.42，此时得到的薏米色泽金黄、香气纯正、口感好，具有独特风格。之后随着温度的继续增大，感官评价分值明显下降，得到的薏米有较大的焦糊味。因此，薏米焙烤时最佳温度为160℃。

2.1.2 焙烤时间对制备薏米汁的影响 焙烤后的薏米根据气味、色泽、滋味进行感官综合评价，实验结果见图2。

图2 焙烤时间对制备薏米汁的影响Fig.2 Influence of baking time on preparaing coix kernel juice

由图2 可知，在15～45min 内，随着焙烤时间的延长，焙烤后的薏米感官评价分值平稳提高，得到的薏米逐渐变黄、香气慢慢浓郁，口感不断提高。在焙烤45min 时感官评价得分达到94.63，此时得到的薏米色泽金黄、香气纯正、口感好，具有特有风格。在焙烤45min 之后，感官评价分值随着时间的延长反而降低;而且在焙烤时间延长后，得到的薏米被烤焦，有糊味。因此，薏米焙烤时最佳时间为45min。

2.2 淀粉酶酶解对制备薏米汁的影响

2.2.1 单因素实验

2.2.1.1 料水比对制备薏米汁的影响 料水比对制备薏米汁的影响实验结果如图3 所示。

图3 料水比对制备薏米汁的影响Fig.3 Influence of ratio between material and water on preparaing coix kernel juice

由图3 可知，料水比在1∶5～1∶10 范围内时，薏米汁还原糖含量随着料水比的增大而降低，之后随着料水比的增大，薏米汁中还原糖含量增大，在1 ∶15时，还原糖含量达到最大值即0.73g/100g，在料水比超过1∶15 之后，还原糖含量随着料水比的增大反而降低，说明过高的料水比降低了薏米汁的浓度，使薏米汁营养价值下降。因此，确定最佳的料水比为1∶15。

2.2.1.2 淀粉酶用量对制备薏米汁的影响 淀粉酶用量对制备薏米汁的影响实验结果如图4 所示。

由图4 可见，酶用量在50～350U/g 内，随着酶用量的增大，薏米汁中还原糖含量平稳地提高，在酶用量为350U/g 时，薏米汁中还原糖含量最大即0.74g/100g，之后随酶用量的增加，薏米汁中还原糖含量没有明显地增大。但酶用量从250U/g 增大到350U/g，还原糖含量增加幅度很小，说明制备薏米汁的最佳酶用量为250U/g。

2.2.1.3 酶解时间对制备薏米汁的影响 酶解时间对制备薏米汁的影响实验结果如图5 所示。

图4 淀粉酶用量对制备薏米汁的影响Fig.4 Influence of enzyme dosage on preparaing coix kernel juice

图5 酶解时间对制备薏米汁的影响Fig.5 Influence of enzymolysis time on preparaing coix kernel juice

由图5 可知，酶解时间在2.5～3.5h 内，随着时间的延长，薏米汁中还原糖含量不断提高，在酶解时间为3.5h 时，薏米汁中还原糖含量最大即1.28g/100g，之后随酶解时间的延长，薏米汁中还原糖含量呈下降的趋势。因此，制备薏米汁的最佳酶解时间为3.5h。

2.2.1.4 酶解温度对制备薏米汁的影响 酶解温度对制备薏米汁的影响实验结果如图6 所示。

图6 酶解温度对制备薏米汁的影响Fig.6 Influence of enzymolysis temperature on preparaing coix kernel juice

由图6 可知，酶解温度在10～30℃范围内，薏米汁中还原糖含量随着温度的升高而缓慢增大，酶解温度在30～70℃时，薏米汁中还原糖含量随着温度的升高而大幅度提高，在酶解温度为70℃时，薏米汁中还原糖含量最大即1.14g/100g;之后随着温度的升高，薏米汁中还原糖含量下降，而且过高的温度会引起淀粉酶的变性失活;因此，制备薏米汁的最佳酶解温度为70℃。

表6 正交实验方差分析Table 6 Variance analysis of the orthogonal experiment

2.2.1.5 酶解pH 对制备薏米汁的影响 酶解pH 对制备薏米汁的影响实验结果如图7 所示。

图7 酶解pH 对制备薏米汁的影响Fig.7 Influence of enzymolysis pH on preparaing coix kernel juice

由图7 可知，酶解pH4～6 范围内，薏米汁中还原糖含量随着pH 的增大而不断增大，在酶解pH6 时，薏米汁中还原糖含量最大即0.80g/100g。在酶解pH6～7 时，薏米汁中还原糖含量随pH 的增大而显著下降，之后随着pH 的增大，薏米汁中还原糖含量缓慢降低。因此，制备薏米汁的最佳酶解pH6。

2.2.2 正交实验结果与分析 由单因素实验可知，料水比、酶解时间、酶解温度、酶解pH 这四个因素对薏米汁中还原糖含量的影响较大，而酶用量达到最佳点以后对薏米汁中还原糖含量的影响很小。根据单因素实验结果，以料水比、酶解时间、酶解温度、酶解pH 为实验因素，以还原糖含量为实验指标，利用正交实验进一步优化制备薏米汁的最佳酶解条件。进行的正交实验结果如表5 所示，方差分析如表6所示。

由表5、表6 可知，各因素对酶解效果影响的主次顺序是D→C→B→A，其中D 的影响最大，在95%水平达到显著，C、B、A 对酶解的影响较小，因此D 为显著影响因素。综合考虑各因素k 值和极差比较，得到最佳因素水平为A1B1C1D3，即料水比为1∶10，酶解时间为3.0h，酶解温度为60℃，酶解pH 为6.5 时，薏米汁中还原糖含量最大。

在此正交实验结果的基础上进行了验证实验，采用得到的最佳酶解条件进行薏米汁的制备实验，进行了3 次平行实验。结果薏米汁中还原糖含量平均值为1.4818g/100g，高于正交实验中的最大值，进一步验证了该实验的可行性。

表5 正交实验设计与结果Table 5 Design and results of orthogonal experiment

3 讨论与结论

3.1 讨论

高温焙烤能使薏米中的淀粉分子胶束破裂［16，18］，并达到一定的糊化度。通过焙烤，可以使薏米中更多的挥发性风味物质散发［19］，既保留了薏米中对人体健康有益的营养成分，又能产生特殊的浓郁风味。李存芝等人［16］采用150℃、30min 焙烤薏米而后酶解制备薏米饮料，获得微黄色、具有薏米独特焙烤香味的饮料，通过焙烤使可溶性固形物含量增加5%，原料利用率增加15.2%。本实验得出最佳焙烤温度及时间分别为160℃、45min，这可能与本实验中增加了“浸泡”工艺有关，薏米浸泡后，水分增加，所以焙烤温度升高、时间延长。

本实验制备薏米汁的工艺优化结果表明，酶解pH 是影响薏米汁中还原糖含量最主要的因素，酶解温度、酶解时间、料水比次之，最佳的酶解pH6.5;周辉等人［9］利用淀粉酶酶解制备澄清型薏米汁的研究结果表明，影响酶解效果因素的顺序为加酶量、酶解pH、酶解温度，最佳酶解条件为:酶添加量为300U/g薏米、酶解pH6.5、酶解温度55℃;本实验结果中淀粉酶添加量为250U/g 薏米，大于此添加量，还原糖含量没有明显增加;酶解pH6.5、酶解温度60℃的结果与周辉等的研究结果相似。石启龙等人［20］采用酶解法制备薏米荞麦复合饮料，以DE 值为评价指标获得的薏米最佳酶解条件为，酶解温度50℃，料水比(g∶mL)1∶10，α-淀粉酶的添加量0.006 g/g。郭克娜等［21］研究薏米酒发酵前淀粉液化及糖化的最佳条件，结果表明加入α-淀粉酶(酶活力3700U/g)最佳酶解条件为酶添加量2%、pH6.5、酶解温度60℃、酶解时间3.0h。本研究中的最佳酶解条件与其他研究者的结论有相似也有不同，可能是使用的淀粉酶来源不同，导致酶解条件有所异同。

3.2 结论

通过焙烤和淀粉酶酶解法制备薏米汁，得出优化工艺条件参数为:焙烤温度160℃，焙烤时间45min，酶用量250U/g，料水比1 ∶10，酶解时间3.0h，酶解温度60℃，酶解pH6.5。在此条件下薏米汁中还原糖含量达1.4818g/100g，而且品质优良、性质稳定。

实验结果表明，将焙烤与酶解技术联合应用于薏米汁生产，可有效地简化生产工序，提高产品的综合品质。

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