糖化酶在速溶红豆粉加工中的应用研究

许 慧,宋 旸,朱秀清,*,赵彩红,郝建敏,李婷婷

(1.东北农业大学国家大豆工程技术研究中心,黑龙江哈尔滨 150030;2.东北农业大学食品学院,黑龙江哈尔滨 150030)

糖化酶在速溶红豆粉加工中的应用研究

许 慧1,宋 旸2,朱秀清1,*,赵彩红2,郝建敏2,李婷婷2

(1.东北农业大学国家大豆工程技术研究中心,黑龙江哈尔滨 150030;2.东北农业大学食品学院,黑龙江哈尔滨 150030)

本研究主要利用糖化酶对红豆中淀粉的酶解作用,解决红豆粉溶解性较差的问题。采用单因素和正交实验,以粘度为指标,优化出糖化酶的最佳酶解条件。结果表明:当酶解温度为60℃、酶解时间为4h、pH为5、加酶量为300U/g时,制备的红豆浆粘度为1425mPa·s,与未酶解的红豆浆相比,粘度降低了20.21%,红豆粉加工过程中浆液过于粘稠的问题得到有效的解决,进而提高了红豆粉的速溶性。

红豆粉,糖化酶,粘度,速溶性

红豆,又称为红小豆、赤豆、赤小豆、饭豆[1]。红豆营养丰富,不仅含有碳水化合物(55%～60%)和蛋白质(约20%),还含有一定量的钙、磷、铁元素及硫胺素等B族维生素[2-4]。此外,红豆还具有珍贵的药用价值[5-6]。现代医学研究证明:红豆含有三萜皂苷、花青素、多酚、黄酮等成分,具有抗氧化、补血、消毒、利尿、治水肿等功效,对高血糖、高血脂、癌症等疾病起到很好的预防和治疗作用[7-12]。然而国内外对红豆的开发并不充分,主要用来制作豆沙馅,很少用作固体饮料[13-16]。这是由于红豆中约含有58%的淀粉,导致煮浆的过程中浆液粘度变大,制作的红豆粉冲调性较差。糖化酶又称葡萄糖淀粉酶或外切-1,4-α-D-葡萄糖苷酶,是一种催化淀粉水解葡萄糖的淀粉酶[17],它可以催化淀粉和葡聚糖非还原性末端的α-1,4葡苷键,生成葡萄糖[18-19]。所以糖化酶可以使红豆浆中的淀粉发生糖化,提高速溶红豆粉的溶解性。本研究利用糖化酶降低煮浆过程中的浆液粘度,对糖化酶的酶解条件进行优化,以期提高红豆粉的速溶性,进而完善速溶红豆粉的加工工艺,为提高红豆粉速溶性的研究奠定一定的基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红豆 市场购买;糖化酶(食品添加剂,酶活力约为200000U/g) 北京东华强盛生物技术有限公司。

NDJ-1B旋转粘度计 上海昌吉地质仪器有限公司;豆浆机 九阳股份有限公司;其他仪器均为实验室常规仪器。

1.2 实验方法

1.2.1 速溶红豆粉制备

1.2.1.1 工艺流程

1.2.1.2 操作要点 红豆选择:以干燥、颗粒饱满光泽、色赤而发暗者为优。

红豆的浸泡:在浸泡前,先用水淘漂红豆,清除坏豆、沙石等杂物,然后移入浸泡容器内;红豆在浸泡时的用水量必须能够使膨胀后的红豆仍淹没在水中。不同的水温需要不同的浸泡时间。当水温分别是0、5、10、20、25℃时,一般需要48、18、12、8、5h的浸泡时间。

红豆的磨浆:先将浸泡液弃去,然后将一定比例的红豆和水放入豆浆机中磨浆。彻底破坏红豆组织,释放出红豆中的可溶性蛋白、脂肪以及其他营养成分。磨出的豆浆糊以干稀适中、均匀无颗粒感达80目为好。

表2 红豆成分分析Table 2 Analysis of red bean component

注:表中数据为平均值±标准差。浆渣分离:豆浆糊是由蛋白质溶胶和纤维组成,必须用离心式离心机(转速5000r/min)把浆渣分离。

豆浆过滤:豆浆液中残留着很多微小的豆渣,浓缩后在加热管管壁上极易结垢,使蒸发效率受到影响;此外还降低了红豆粉的溶解度,产品质量变差。因此需采用过滤器对红豆浆进行过滤。

灭菌:对红豆浆进行140℃瞬时高温灭菌处理。

调合:按比例加入灭菌的糖浆。

均质:采用均质机打碎红豆浆中的脂肪球达到均质目的[20]。

1.2.2 红豆基本成分的确定 蛋白质含量测定:凯氏定氮法(GB/T 5009.5-2010);粗脂肪含量测定:索氏提取法(GB/T 5512-2008);淀粉含量的测定:(GB/T 5009.9-2003);灰分测定:(GB/T 22510-2008);水分测定:(GB/T 5009.3-2010)。

1.2.3 单因素实验

1.2.3.1 时间对酶解液粘度的影响 取50.000g红豆,在煮浆过程中加入糖化酶,控制反应体系pH5,温度60℃,液料比10,酶的添加量固定在200U/g,研究酶解时间对淀粉水解的影响。用粘度计测定红豆浆在0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0h时的粘度。

1.2.3.2 温度对酶解液粘度的影响 取50.000g红豆,在煮浆过程中加入糖化酶,控制反应体系pH5,酶解时间3.0h,液料比为10,酶的添加量固定在200U/g,研究温度对淀粉水解度的影响。用粘度计测定红豆浆在40、50、60、70、80℃时的粘度。

1.2.3.3 pH对酶解液粘度的影响 取50.000g红豆,在煮浆过程中加入糖化酶,控制反应体系温度60℃,酶解时间3.0h,液料比为10,酶的添加量固定在200U/g,研究pH对淀粉水解的影响。用粘度计测定红豆浆在pH3.0、4.0、5.0、6.0、7.0时的粘度。

1.2.3.4 加酶量对酶解液粘度的影响 取50.000g红豆,在煮浆过程中加入糖化酶,控制反应体系pH5,温度60℃,酶解时间3.0h,液料比为10,研究糖化酶的添加量对淀粉水解的影响。用粘度计测定红豆浆在糖化酶的添加量为100、200、300、400、500U/g的粘度。

1.2.4 糖化酶酶解红豆淀粉条件优化 在单因素实验的基础上利用正交设计助手软件进行正交实验设计,对影响酶解液粘度的主要因素进行L9(34)正交实验,影响因素水平见表1。

表1 正交实验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.3 数据统计分析

所得数据均通过三次平行实验得到,用Microsoft Excel 2007、Origin7.5、正交设计小助手、数据处理软件进行数据处理分析和作图。

2 结果与分析

2.1 红豆的成分测定

根据方法中所列的国标方法测定原料红豆的蛋白质含量、脂肪含量、淀粉含量、水分含量和灰分含量。结果列于表2。

2.2 单因素实验分析

2.2.1 时间对酶解液粘度的影响 从图1可以看出,时间在0～5h的范围内,粘度随时间的增大呈逐渐减小的趋势,在4h后逐渐趋于平缓。这是因为糖化酶对红豆浆液的作用时间越长,红豆淀粉被酶解成葡萄糖的程度越大,淀粉含量变低,糊化程度也随之变低。酶水解到达一定时间后,大部分底物已被反应,在较低的底物浓度相对于较高的酶浓度的情况下,反应速度主要由底物浓度控制,因此延长水解后期反应时间对水解度的影响不大。考虑到实际生产情况,确定糖化酶酶解时间为3.0h为宜。

图1 时间对酶解液粘度的影响Fig.1 Effect of time on viscosity of enzymolysis liquid

2.2.2 温度对酶解液粘度的影响 从图2可以看出,温度在40～80℃的范围内,随着温度的升高,粘度呈先减小后增加的趋势,在60℃时粘度减小到最低值,这是由于随着温度的升高,酶的活性逐渐变大,充分酶解红豆中的淀粉,所以降低了淀粉的糊化程度,使得红豆浆粘度逐渐减小。但当温度超过60℃,由于酶发生变性,活性部位受到破坏,部分或全部丧失活性,降低了酶解效果,导致淀粉发生糊化,进而使粘度呈上升趋势。

表3 正交实验设计及结果分析Table 3 Orthogonal array design and results

图2 温度对酶解液粘度的影响Fig.2 Effect of temperature on viscosity of enzymolysis liquid

2.2.3 pH对酶解液粘度的影响 从图3可以看出,当pH在3～7变化时,粘度开始时逐渐下降,当pH为5时粘度到达最低值,当pH超过5以后粘度呈上升趋势最后趋于平稳。这是由于当pH较高和较低时都能破坏糖化酶的活性部位,使酶部分或全部失活,当pH为5时,糖化酶的活性最高,此时酶解红豆淀粉的效果最好,糊化作用最低,因此红豆浆的粘度也最低。

图3 pH对酶解液粘度的影响Fig.3 Effect of pH on viscosity of enzymolysis liquid

2.2.4 加酶量对酶解液粘度的影响 从图4可以看出,当加酶量在100～500U/g范围内变化时,粘度逐渐下降,当加酶量在400U/g以后趋于平稳,变化已不明显。随着加酶量的逐渐增加,糖化酶与红豆淀粉相互接触的几率变大,淀粉酶解程度逐渐变大,糊化程度降低,所以粘度逐渐减小。当加酶量达到一定程度时,与糖化酶反应的淀粉已经达到饱和,所以再加入更多的糖化酶,红豆浆的粘度变化也不是很明显。因此选择最佳的加酶量为400U/g。

图4 加酶量对酶解液粘度的影响Fig.4 Effect of quantity of enzyme on viscosity of enzymolysis liquid

2.3 糖化酶酶解红豆淀粉条件优化

2.3.1 正交实验方差分析 以红豆浆粘度为指标,采用L9(34)来确定最佳酶解条件,利用正交设计小助手数据分析软件得出正交实验结果如表3所示。正交实验方差分析如表4所示。

从表3的直观分析结果可知,各因素对酶解液粘度的影响主次顺序为B>A>D>C,即温度>时间>pH>加酶量,糖化酶酶解效果最优水平为A3B2C1D2即时间4h、温度60℃、加酶量为300U/g、pH5。

C、D对本实验的结果影响最小,所以把因素水平中的C、D因素当作误差来进行方差分析。由表4方差分析结果F值可以看出温度为极显著因素,时间为显著因素,加酶量、pH无显著影响。

表4 正交实验结果方差分析Table 4 Analysis of variance for the experimental results of orthogonal array design

注:*显著(p<0.05),**极显著(p<0.01)。

2.3.2 验证实验 以最优工艺条件(温度60℃、时间4h、pH5、加酶量为300U/g)进行验证实验,红豆浆的粘度为1425mPa·s。未用糖化酶水解红豆浆的粘度是1713mPa·s,糖化酶水解后的红豆浆粘度比为水解的降低了20.21%。

3 结论

制作速溶红豆粉时,加入糖化酶的最佳条件为温度60℃、时间4h、pH5、加酶量为300U/g。在此条件下红豆浆的粘度由原来的1713mPa·s降低到1425mPa·s,与未用糖化酶水解的红豆浆相比,粘度降低了20.21%。结果表明,糖化酶能够有效地对红豆浆中的淀粉进行酶解,解决了红豆粉加工中煮浆过程中浆液过于粘稠的问题,从而使得红豆粉溶解性得到改善。

[1]余文慧.食药兼优赤小豆[J].药膳食疗,2004:43.

[2]豆类蛋白质资源开发研究组.豆类蛋白质资源开发与利用[M].北京：北京农业出版社,1991:32.

[3]韦辰.常食红豆利养生[J].解放军健康,2005(1):31.

[4]杨治业.红豆加工前景广阔[J].农产品加工,2010,7:10-11.

[5]韩涛,王璘,李丽萍,等.红小豆纤维饮料的研究[J].食品工业科技,1996,3:20-22.

[6]白雪.红豆健康的良朋益友[J].中国保健营养,2004(9):44.

[7]张美莉.杂粮食品生产工艺与配方[M].北京:中国轻工业出版社,2007:266.

[8]容元平,蒋世云,杨悦莹.红豆奶加工工艺和配方研究[J].广西工学院学报,2004,3:58-60.

[9]黄发新,章凡,高仁富.红豆毛薯乳酸豆奶[J].冷饮与速冻食品工业,2002,8(1):20-22.

[10]Hughes L A,Arts I C,Ambergen T,et al. Higher dietary flavones,flavonol,and catechin intakes are associated with less of an increase in BMI over time in women:a longitudinal analysis from the Netherlands Cohort Study[J]. American Journal of Clinical Nutrition,2008,88(5):1341-1352.

[11]Liao Z,Chen X,Wu M. Antidiabetic effect of flavones from Cirsium japonicum DC in diabetic rats[J]. Archives of Pharmacal Research,2010,33(3):353-362.

[12]Saito T,Abe D,Sekiya K. Nobiletin enhances differentiation and lipolysis of 3T3-L1 adipocytes[J]. Biochemical and Biophysical Research Communication,2007,357(2):371-376.

[13]王承. 利水消肿红小豆[J].养生科学,1996(3):17-18.

[14]佚名. 酸性红豆浆的开发[J].农产品加工,2008,(11):17.

[15]Takahama U,Yamauchi R. Isolation and characterization of acyanidin-catechin pigment from adzuki bean(Vigna angularis)[J]. Food Chemistry,2013,141(1):282-288.

[16]宁玄鹤,冠华. 小红豆淀粉糊及其凝胶性质的研究[J].粮油加工,2010:43-45.

[17]Svensson B,Larsen K,Svendsen I,et al.The completeamino acid sequence of the gluco-protein.glucoamylaseG1.from aspergillus niger[J].Cadsberg Res Commun,1983,5(48):29.

[18]王世龙.高活力糖化酶生产实验[J].大连轻工业学院学报,1998,17(2):25-29.

[19]郭勇.郑穗平.酶在食品工业中的应用[M].北京:中国轻工业出版社,1998:38.

[20]于淑艳.豆奶粉的加工工艺[J].吉林农业,1997(11):12.

Application research of saccharifying enzymein instant red bean powder technology

XU Hui1,SONG Yang2,ZHU Xiu-qing1,*,ZHAO Cai-hong2,HAO Jian-min2,LI Ting-ting2

(1.National Research Center of Soybean Engineering and Technology,Harbin 150030,China;2.College of Food Science,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

The red bean starch was disassembled by enzymolysis function of saccharifying enzyme to solve the problem of poor solubility of red bean powder in the research. With viscosity for index,the best enzymolysis condition of the saccharifying enzyme was optimized by single factor and orthogonal experiment in the research. The results showed the viscosity of preparative red bean pulp was 1425mPa·s at enzyme solution temperature 60℃,enzymolysis time 4h,pH5 and quantity of enzyme 300U/g. The instant of red bean powder was improved effectively.

red bean powder;saccharifying enzyme;viscosity;instant

2015-01-15

许慧(1979-)，女，硕士，助理研究员，研究方向：大豆深加工。

*通讯作者:朱秀清(1968-)，女，硕士，研究员，研究方向：大豆精深加工。

黑龙江省科技攻关项目(GC13B208)。

TS214.2

B

1002-0306(2015)13-0205-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.13.034