复配谷物糖化酶解制备饮品预制粉(PBP)及其特性研究

龚雪梅，蔡福带，李同刚，杨帆仔，林小秋

(惠尔康集团有限公司，福建厦门361004;厦门惠尔康食品有限公司，福建厦门361004)

亚健康状态在经济发达、社会竞争激烈的国家和地区中普遍存在，人数呈逐年增加的趋势。世界卫生组织(WHO)章程序言中提到:全世界属于健康状态者仅占5%，诊病者约占20%，剩下的75%就属于亚健康状态者。世卫组织在《迎接21世纪挑战》中指出:21世纪的医学不应该继续以疾病为主要研究领域，应该以人类和人群的健康为主要研究方向［1］。谷物杂粮含有人体必需营养元素，一是维生素B1的含量高，二是含有较多膳食纤维，三是可以增强身体的免疫能力。作为21世纪最具开发潜力的食品资源，谷物杂粮具有健康的营养成分，有利于膳食结构的改善，有利于人类的健康［2］。但现有谷物杂粮复配产品少，或以简单的物理处理达到颗粒细化，不能充分细化营养分子［3］。在很多谷物研究中需去除谷壳谷皮，不仅浪费原料、污染环境，而且设备工艺复杂，产业化以及复制难度大。

本实验在复配谷物液化酶解实验［4］研究中，直接将谷壳谷皮酶解，提高产品膳食纤维的同时，也解决了生产上遇到的部分难题。但制备的可复制预制粉(PBP)颗粒、色泽以及溶解性均不理想，故进一步对复配谷物液化酶解液开展糖化酶解工艺研究，制备溶解性好、色泽呈乳黄色，饮品调配中不会出现pH变化，易于生产复制，且其蛋白质、脂肪以及可溶性膳食纤维含量达到生产标准等生产要求的PBP，实现实验工艺优化，简化实验步骤，最终达到谷物杂粮规模化生产成本降低、产品附加值提高的目的。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

复配谷物液化酶解液(DE值54．88%) 厦门惠尔康食品有限公司;葡萄糖淀粉酶 邢台万达生物工程有限公司;糖化酶解;酚酞试剂、菲林试剂、葡萄糖、氢氧化钠、碘液、盐酸等 分析纯。

DK-98-1电热恒温水浴锅 常州菲普实验仪器厂;EMS-4B磁力搅拌器 天津市欧诺仪器仪表有限公司;pH测定仪 上海虹益仪器仪表有限公司;XB120A电子天平 上海精密仪器仪表有限公司;DHG9055A鼓风干燥箱 上海精密仪器仪表有限公司;PK-WB-6GS微波干燥炉 南京三乐微波技术发展有限公司。

1.2 预制粉生产工艺流程

在对原料进行液化酶解(淀粉酶和纤维素酶)的基础上，进行后续糖化酶酶解，液化酶解与糖化酶解对整个预制粉的制备过程起着至关重要作用，具体生产工艺流程如下。

1.3 最佳酶解条件的确定

选择最佳复配谷物液化酶解液，选用葡萄糖淀粉酶，以DE值为指标，分别考察加酶量、酶解温度以及酶解时间对原料液化酶解效果的影响，在此基础上进行正交实验设计，确定最适酶解条件［5-7］。

1．3．1 酶解单因素实验

1．3．1．1 加酶量对底物水解度的影响 固定温度50℃、时间 60min、自然 pH，分别选取 100、150、200、250和300U/mL不同的加酶量进行实验，确定最适加酶量。

1．3．1．2 温度对底物水解度的影响 固定加酶量200U/mL、时间60min、自然pH，温度分别设置为40、50、60、70、80 和 90℃，确定最适温度。

1．3．1．3 时间对底物水解度的影响 固定加酶量200U/mL、温度60℃、自然 pH，分别选取 20、40、60、80、100和120min不同时间进行单因素实验，选择最适酶解时间。

1．3．2 正交设计优化实验 在酶解单因素实验结果的基础上，以底物水解度(DE值)为指标，利用正交实验设计，优化酶法制备复配谷物饮品专用预制粉的最佳工艺。实验设计如表1。

表1 因素水平编码表Table 1 The code list of factors level

1.4 指标测定

还原糖含量的测定:采用菲林试剂滴定法［5］，总固形物的测定采用105℃恒重法。

DE值计算公式:

DE(%)=还原糖的含量(mg/mL)/总固形物的含量(mg/mL)×100

复配谷物预制粉组分检测方法:蛋白质参照国家标准 GB 5009．5-2010;脂肪参照 GB/T 5009．6-2003;膳食纤维参照GB/T 22224-2008。

其他成分检测方法:黄曲霉毒素B1参照GB/T 5009．22-2003;总砷(以 As 计)参照 GB/T 5009．11-2003;铅(Pb)参照 GB 5009．12-2010，试样经灰化后，在一定浓度范围内，注入原子吸收分光光度计石墨炉中，其吸收值与铅含量成正比，与标准系列比较定量。

溶解性测定［8］:在溶质还没有完全溶解于溶剂中时，这时在溶液中取出的液体是不一定饱和。但如果溶质已经完全溶解于溶剂中并有溶质析出时，这时在溶液中提取的液体是饱和的。在恒温水浴条件下，取一定量谷物预制粉加入500mL去离子水中，配制成饱和溶液，取100mL的饱和溶液倾入蒸发皿，再将蒸发皿放入烘箱中烘干，放入干燥器内冷却后称量并记录m2(mg)，重复上述操作(两次相差不超过2mg)，称量并记录蒸发皿的质量m1(mg)，计算PBP溶解性S(mg/100mL)，溶解性测算公式:

1.5 感官评定

抽取10名有食品感官鉴定经验的人员，对复配谷物经液化和糖化两步酶解后，微波干燥所得粉剂进行颗粒大小与色泽评定。评定等级标准见表2。

表2 感官评定参考标准Table 2 The reference standard of sensory evaluation

1.6 数据处理

采用微软办公软件Office2007®，Spss19．0软件处理数据。本实验均做了三次平行，结果为三次实验的平均值。

2 结果与分析

2.1 加酶量对糖化酶解的影响

加酶量对酶解效果影响明显，且关乎生产成本的规划，是实验中重要参数。由图1可知，加酶量由100U/mL提升到200U/mL时，DE值增高迅速，当加酶量达到200U/mL继续提高加酶量至300U/mL，DE值增加缓慢。这是因为底物近乎完全被酶络合，酶解进行较为彻底［9-10］，所以结合生产成本因素，选用200U/mL为最适糖化酶解加酶量。

2.2 酶解温度对糖化酶解的影响

温度是影响酶活性的重要因素，由图2可知，不断提高温度，DE值呈现明显的先增后降，当温度为60℃时，DE值达到86．12%。这是由于低温度时酶的活性不高影响了酶解效果，当温度过高时又抑制了酶活。本实验选用温度为60℃，进行后续优化实验。

2.3 酶解时间对糖化酶解的影响

图1 加酶量对糖化酶解的影响Fig．1 Effect of the enzyme concentration on ability of saccharifying hydrolysis

图2 温度对糖化酶解的影响Fig．2 Effect of the temperature on ability of saccharifying hydrolysis

时间是影响酶解效果又一重要参数，由图3可知，糖化时间由20min增加到60min时，DE值快速增加;60min至80min，DE值缓慢增加;80min后DE值趋于平缓，继续增加酶解时间，酶解效果已不明显。这是因为酶解具有专一性［10］，酶解前期需识别底物并与之结合，后期随着底物减少，酶解效果减弱。综合考虑，本实验选择60min作为后续的酶解优化时间。

图3 酶解时间对糖化酶解的影响Fig．3 Effect of the time on ability of saccharifying hydrolysis

2.4 糖化酶解正交优化实验结果

由单因素实验可知，糖化酶加酶量、反应时间和反应温度都会对酶解反应产生影响，采用正交实验来确定糖化酶解的最佳实验条件。在复配谷物液化酶解的研究基础上，以DE值为考察指标，以反应温度、加酶量、反应时间为因素设计L9(34)正交实验。正交实验结果见表3。

表3 正交实验设计结果与分析Table 3 The results and analyase of orthogonal experimental design

由表3可知，在实验范围内，各因素的作用大小顺序为加酶量高于温度，温度高于时间，即A＞B＞C。实验最佳组合为A3B2C2，即加酶量250U/mL、温度60℃、时间60min。实验结果表明，在此条件下，PBP的DE值达到88．96%。

2.5 不同水解度的PBP感官与溶解性比较

PBP的感官与溶解性是其作为生产饮品原料的重要参考因素，感官中的颗粒大小、色泽等影响饮品的颜色和口感，而溶解性直接关系到饮品中固形物的含量以及产品的整体效果。

由表4可知，随着酶解的进行，即DE值的提高，PBP颗粒逐渐细化，色泽由橘黄色变成乳黄色(接近开发乳品理想的颜色)，当 DE值达到88．96%时，感官评分得92分。同时，其溶解性缓慢提高，适宜开发饮品。综合实验需求、生产成本等因素考虑，故选择DE值为88．96%的PBP为后续研究开发原料。

表4 不同水解度的PBP感官与溶解性Table 4 The PBP sensory and solubility of different DE(%)

2.6 PBP的溶解性研究

物质溶解性决定其是否适合生产应用，溶解能力的大小，一方面决定于物质的本性;另一方面也与外界条件如温度、溶剂种类等有关。在相同条件下，有些物质易于溶解，而有些物质则难于溶解，即不同物质在同一溶剂里溶解能力不同。通常把某一物质溶解在另一物质里的能力称为溶解性。在20℃、100mL水中，物质溶解大于等于10g则易溶;大于等于1g小于10g为可溶;大于等于0．01g小于1g为微溶;小于0．01g则表示难溶或者不溶［8］。上述实验得出，高DE值的PBP不仅色泽、颗粒适合开发乳品，同时溶解性较高。进一步研究不同条件下，DE值88．96%的PBP的溶解性，以期为后续的生产研究提供理论参考。

2．6．1 PBP在不同温度条件下溶解性的变化 由图4可知，在自然pH、不同温度条件下，PBP的溶解能力变化明显，温度在0℃时，PBP 溶解不到 2．80g/100mL，继续提高温度到50℃时，可达到5．25g/100mL，继续加热溶剂到100℃，溶解效果可以达到8．13g/100mL。所以，本实验制备的PBP属于可溶物质。

图4 在不同温度条件下溶解性变化Fig．4 The changement of Solubility under different temperature

2．6．2 PBP在不同pH条件下溶解度的变化 由图5可见，在常温条件下，PBP随着pH的提高，溶解性先增大后减小，即强酸条件下溶解性较低，降低酸度至pH 为 5．5 时，溶解性达到最大值的 7．58g/100mL，继续提高pH到6．5左右时，PBP的溶解能力下降明显，但 pH 为 7．5 时，溶解能力为 4．98g/100mL，仍属于可溶物质。

图5 在不同pH条件下溶解性变化Fig．5 The changement of Solubility under different pH

2.7 PBP的营养组分分析

由表5可知，PBP中蛋白质和脂肪含量分别为28．00、31．10g/100g(约7%为不饱和脂肪酸)，可溶性膳食纤维达到1．10g/100g，为饮品开发提供营养原料。其他物质中，根据国家标准食品中污染物限量［11］，杂粮中无机砷限量 0．2mg/kg、乳粉中 0．25mg/kg、果汁及果浆中总砷不超过 0．2mg/kg，PBP 砷含量 0．10mg/kg，符合要求;铅的含量不到0．10mg/kg，低于国家标准谷类、豆类、薯类中铅限量0．2mg/kg。所以，本实验制备的PBP营养组分较为丰富，有害物质符合国家要求限量标准。

表5 预制粉基本成分Table 5 The basic components of PBP

3 结论

本实验内容在前期液化酶解工艺的基础上，开展糖化酶解的工艺优化。采用葡萄糖淀粉酶对液化酶解液二次酶解，通过单因素实验与正交实验的结合，得到最佳糖化酶解工艺条件为:加酶量250U/mL、温度60℃、时间60min、自然pH，此时酶解液DE值达到88．96%。该酶解液进行干燥得到谷物饮品预制粉(PBP)，对其性质测量得，其中蛋白质和脂肪含量分别为 28．00、31．10g/100g，膳食纤维达到 1．10g/100g，营养组分较为丰富，且色泽、颗粒大小较适合开发饮品;砷含量 0．10mg/kg，铅的含量不到 0．10mg/kg，有害物质符合国家要求限量标准。溶解性测量表明PBP为可溶物质。

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［11］食品安全国家标准食品中污染物限量［S］．GB 2762～2005．