苦荞、燕麦和杏鲍菇复合粉的液化糖化工艺研究

徐晓霞,陈树俊,李　乐,庞震鹏,刘晓娟,胡　洁,仪　鑫,石　玥

(山西大学生命科学学院,山西太原 030006)



苦荞、燕麦和杏鲍菇复合粉的液化糖化工艺研究

徐晓霞,陈树俊*,李乐,庞震鹏,刘晓娟,胡洁,仪鑫,石玥

(山西大学生命科学学院,山西太原 030006)

对以苦荞、燕麦、杏鲍菇三者为原料的复合粉进行液化和糖化工艺研究。将三种原料进行不同比例的复配,根据氨基酸参考模式和氨基酸比值系数法,对各蛋白的营养价值进行比较,得出营养价值最高的复配比例。在此基础上,添加α-淀粉酶和β-淀粉酶进行酶解,通过单因素和正交实验,研究不同加酶量、酶解时间和温度对复配粉中还原糖含量的影响情况。结果表明:最佳原料复配比为:燕麦∶杏鲍菇∶苦荞=2∶1∶11,此时氨基酸比值系数分SRCAA值为95.88,接近氨基酸参考模式。最佳液化条件为:α-淀粉酶加酶量6 U/g、时间40 min、温度60 ℃;最佳糖化条件为:β-淀粉酶加量1000 U/g、时间2.5 h、温度55 ℃,在此工艺条件下,还原糖含量达到了25.43%。通过氨基酸复配及液化、糖化工艺处理的复合粉,其营养价值更高。

氨基酸评价,液化,糖化

苦荞富含淀粉、蛋白质、维生素、矿物质、微量元素等人体所需物质,还含有丰富的黄酮类化合物,具有抗氧化、抗病毒、抗癌等生理功能[1-4]。燕麦是禾本科燕麦属的草本植物,含有丰富的蛋白质、不饱和脂肪酸、矿物质、维生素和酚类化合物等营养成分,此外还含有丰富的膳食纤维。其中,可溶性膳食纤维主要为β-葡聚糖,具有促进肠道蠕动、降低胆固醇、预防和控制肥胖症、糖尿病及心血管疾病等功效[5-7]。杏鲍菇,营养丰富,具有低脂肪、高蛋白、高多糖、高膳食纤维、高矿物质等营养特点。尤其是其中的多糖,可增强机体免疫,具有抗病毒、抗癌、降低胆固醇,防止动脉硬化等多种保健功能[8-10]。将以上三种具有保健功能的食用原料混合制成产品,不仅可以提高其营养价值,还可以有效地使资源进行综合利用。

蛋白质是评价食品营养价值的重要指标之一,蛋白质含量和氨基酸的组成种类、数量及它们之间的比例则是评价蛋白质质量的有效指标[11]。现代营养学理论认为,蛋白质的营养价值与蛋白质的氨基酸组成密切相关,食物蛋白质氨基酸组成越接近人体蛋白质组成,并被人体消化吸收时,其营养价值越高[12]。三种原料根据蛋白质互补理论按照一定比例混合后,筛选出氨基酸最佳互补比例,使氨基酸组成接近其必需氨基酸组成模式更接近于标准蛋白。

谷物中淀粉含量较高,加水糊化后,溶液非常粘稠,不适宜直接饮用。通过添加淀粉酶可以降低溶液粘稠度,将淀粉水解成小分子的可溶性糖,大大提高了谷物营养价值,更有利于人体消化吸收,并利用酶解后天然单糖和寡糖产生的甜味,可以部分或全部替代外加糖类,推出更加天然的产品[11-12]。

目前国内外关于标准蛋白的研究较少,对于谷物和食用菌蛋白复配就更为少见。实验中将两类食品根据蛋白质互补理论进行混合,有效的使两类食物的营养进行了合理搭配和弥补。同时通过酶解工艺,降低淀粉含量,提高了还原糖含量,为后续开发营养价值丰富、具有保健功能的产品提供理论依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

苦荞、燕麦、杏鲍菇市售;α-淀粉酶(3700 U/g)、β-淀粉酶(104U/g)、葡萄糖、氢氧化钠、硫酸铜、硫酸钾、硫代硫酸钠、碘、碘化钾均购自北京索莱宝科技有限公司。

半自动定氮仪Kjeltee TM2100,FOSS,Danmark;索氏提取装置上海嘉措仪器设备有限公司;SENCO旋转蒸发仪上海申生科技有限公司;离心机安徽中科中佳仪器有限公司;835-50型日立高速氨基酸分析仪;水浴锅佳明仪表公司。

1.2实验方法

1.2.1测定方法蛋白质的测定:凯氏定氮法(GB 5009.5-2010);还原糖的测定:直接滴定法(GB/T 5009.7-2008);氨基酸的测定:食品中氨基酸的测定(GB/T 5009.124-2003)。

1.2.2工艺流程苦荞、燕麦和杏鲍菇粉的复配→糊化[13]→液化[12]→糖化。

1.2.3苦荞、燕麦和杏鲍菇复合粉的制备设定不同苦荞、燕麦和杏鲍菇比例,通过化学评分、必需氨基酸指数和氨基酸比值系数分进行评价,从中筛选出最佳比例的苦荞、燕麦和杏鲍菇复合粉作为后续工艺的原料。

1.2.4苦荞、燕麦和杏鲍菇复合乳制备工艺条件确定

1.2.4.1液化工艺单因素实验[12]复合粉与水以1∶8的比例混合,温度80 ℃,水浴糊化1 h,然后降低温度至酶解需要的温度,添加α-淀粉酶进行液化。实验中选取加酶量、时间、温度三个因素进行单因素实验。在60 ℃、30 min的条件下,按加酶量(3、4、5、6、7、8 U/g)进行实验;在加酶量5 U/g、时间30 min的条件下,按温度(40、50、60、70、80 ℃)进行实验;在加酶量5 U/g、温度60 ℃的条件下,按时间(20、30、40、50、60 min)进行实验,每组实验平行进行3次,确定各因素的适宜范围。

1.2.4.2液化工艺正交实验在单因素实验基础上,选取α-淀粉酶加酶量、温度、时间3个因素,以还原糖含量(以干物质计)为指标,作三因素三水平正交实验,以确定最佳工艺参数。

表1　液化正交实验因素水平表Table 1　The factors and levels table of liquefaction orthogonal test

1.2.4.3糖化工艺单因素实验[3]在液化工艺的基础上,添加β-淀粉酶进行糖化处理。实验中选取加酶量、时间、温度三个因素进行单因素实验。在55 ℃、2 h的条件下,按加酶量(200、400、600、800、1000、1200 U/g)进行实验;在加酶量800 U/g、温度55 ℃的条件下,按时间(1、1.5、2、2.5、3 h)进行实验;在加酶量800 U/g、时间2 h的条件下,按温度(50、55、60、65、70、75 ℃)进行实验,每组实验平行进行3次,确定各因素的适宜范围。

1.2.4.4糖化工艺正交实验在单因素实验基础上,选取β-淀粉酶加酶量、温度、时间3个因素,以还原糖含量(以干物质计)为指标,作三因素三水平正交实验,以确定最佳工艺参数。

表2　糖化正交实验因素水平表Table 2　The factors and levels table of saccharification orthogonal test

1.2.5蛋白质的评价方法

1.2.5.1化学评分(Chemical score,CS)化学评分是用来评价待测蛋白质中某一必需氨基酸的相对含量(与其必需氨基酸总量之比)与标准参考蛋白中相应必需氨基酸相对含量的接近程度。可按下式计算:

CS=待测蛋白质中某一必需氨基酸的相对含量/参考蛋白中相应必需氨基酸含量×100

其中,分值较低者为限制性氨基酸,其CS值就为该蛋白质的化学评分[17]。

1.2.5.2必需氨基酸指数(Essential amino acid index,EAAI)EAAI是用以评价食物蛋白质的质量。计算蛋白中所有必需氨基酸与参考蛋白中所有必需氨基酸全面比较的几何均数。可按下式计算:

其中,n代表必需氨基酸数;s代表参考蛋白;p代表待测蛋白。EAAI越接近100,待测蛋白组成与参考蛋白的组成越接近,营养价值越高[18]。

表3　原料中必需氨基酸的含量(g/100 g蛋白质)Table 3　The content of essential amino acid in material(g/100 g pro)

注:未测定色氨酸。

1.2.5.3氨基酸比值系数分(SRCAA)根据朱圣陶[16]等推荐的计算方式,来评价待测蛋白与参考蛋白的接近程度。该方法是依次计算待测品中的氨基酸比值(RAA)、氨基酸比值系数(Ratio Coefficient of Amino Acid,RCAA)和氨基酸比值系数分(Score of RCAA,SRCAA)。

氨基酸比值(RAA)=待测蛋白中某一必需氨基酸含量/参考蛋白模式中相应氨基酸含量

氨基酸比值系数分(SRCAA)=100(1-CV)

其中,CV为RCAA的变异系数,CV=标准差/均数。如果待测蛋白质的氨基酸组成与参考蛋白氨基酸模式一致,则CV=0,SRCAA=100。当食物蛋白质的SRCAA越分散,则CV值越大,SRCAA值越小,蛋白质的营养价值越差[19-20]。

1.3数据处理

利用Excel软件进行数据处理,分别计算其平均值及标准差,通过软件minitab15.0进行方差分析。

2　结果与分析

2.1苦荞、燕麦和杏鲍菇复合粉的制备

2.1.1苦荞、燕麦和杏鲍菇必需氨基酸含量测定分析苦荞、燕麦和杏鲍菇的必需氨基酸含量见表3。对表3经方差分析可知,各必需氨基酸含量在各原料之间呈显著性差异(p<0.05)。由表3、4可知,燕麦和苦荞的必需氨基酸构成中第一限制性氨基酸同为蛋氨酸和胱氨酸,而杏鲍菇粉中蛋氨酸和胱氨酸相对于苦荞和燕麦较高,同时苦荞中赖氨酸含量相对于燕麦和杏鲍菇较高。因此若将三者进行合理复配,通过蛋白质互补作用可获得较高营养价值蛋白质。

由表4知,三者EAAI值是杏鲍菇粉>苦荞>燕麦,因此杏鲍菇蛋白营养价值较燕麦、苦荞高;而SRCAA值则是苦荞>杏鲍菇>燕麦,而且苦荞SRCAA高达92.86,离散度较小,说明苦荞氨基酸均衡性较好。

表4　必需氨基酸的化学评分、EAAI及SRCAA值Table 4　Chemical score,EAAI and SRCAA values

注:*代表第一限制性氨基酸。

2.1.2苦荞、燕麦、杏鲍菇三种蛋白复配

2.1.2.1不同配比燕麦和杏鲍菇蛋白氨基酸比值系数分由图1可知,通过燕麦和杏鲍菇蛋白氨基酸进行不同比例复配,混合蛋白SRCAA随着杏鲍菇蛋白含量比例增大先升高后降低,当杏鲍菇蛋白比例为50%时,SRCAA 值达到最大。因此,选用杏鲍菇蛋白∶燕麦蛋白=1∶1复配为宜,以此为标准进行杏鲍菇燕麦复配。

图1　燕麦杏鲍菇混合蛋白的氨基酸比值系数分Fig.1　The SRCAA of oat and pleurotus eryngii mixed protein

2.1.2.2不同配比燕麦杏鲍菇混合蛋白和苦荞蛋白氨基酸比值系数分由图2可知,通过燕麦杏鲍菇混合蛋白、苦荞蛋白不同比例复配,混合蛋白SRCAA随着复合蛋白比例增大先增大后减小,当复合蛋白含量为30%时,SRCAA值达到最大值,为95.88,明显高于单一原料和两种混合原料氨基酸比值系数分,说明三种原料混合氨基酸组成越来越接近参考蛋白模式,氨基酸比例更加均衡。最终选定苦荞粉添加量为70%,即燕麦杏鲍菇复合蛋白∶苦荞蛋白=3∶7为宜。

图2　燕麦杏鲍菇苦荞三种混合蛋白的氨基酸比值系数分Fig.2　The SRCAA of buckwheat oat and pleurotus eryngii mixed protein

三者蛋白复配比例为杏鲍菇∶燕麦∶苦荞=3∶3∶14。由于燕麦中蛋白含量测定为14.5%,苦荞为12.65%,杏鲍菇粉为30.63%,换算成原料粉比例为燕麦粉∶杏鲍菇粉∶苦荞粉=2∶1∶11。以此复合粉为原料进行复合乳制备。

2.2苦荞、燕麦和杏鲍菇复合乳制备工艺条件确定

2.2.1液化工艺条件确定

2.2.1.1液化工艺单因素实验如图3可知,α-淀粉酶的添加量从3升高至5 U/g的过程中,还原糖含量增加较快;但是随着α-淀粉酶加酶量的继续添加,对还原糖含量的影响差异不显著,说明当添加量达到5 U/g的时候,基本达到饱和。因此,选择α-淀粉酶的添加量为5 U/g。

图3　不同加酶量对液化的影响Fig.3　Effect of different enzyme concentrations on liquefaction

如图4可知,温度从40～60 ℃的过程中,还原糖含量迅速提高,但当温度继续升高,还原糖含量急剧下降,在温度为60 ℃时,还原糖含量达到最大值。因此,选择α-淀粉酶温度为60 ℃。

由图5可知,还原糖含量随着时间的延长而升高,酶解时间越长,酶的作用越完全,但是当时间达到40 min后,趋势变缓,反应接近终点,继续延长时间差异不显著。因此,选择液化时间为40 min。

图4　不同温度对液化的影响Fig.4　Effect of different temperature on liquefaction

图5　不同时间对液化的影响Fig.5　Effect of different time on liquefaction

2.2.1.2液化工艺正交实验由表5可知,酶解反应中影响还原糖含量的主次因素为:温度>加酶量>时间,还原糖含量最高的组合为A2B2C3,即液化温度60 ℃、液化时间40 min、α-淀粉酶添加量6 U/g，恰为正交第五组实验，此时,还原糖含量为11.55%，为9组中的最大组。结合表6方差分析可知,液化温度对还原糖影响效果显著(p<0.05);时间、加酶量对还原糖影响效果不显著(p>0.05)。

表5　液化正交实验结果Table 5　Results of liquefaction orthogonal test

表6　液化正交实验结果方差分析Table 6　The variance analysis of liquefaction orthogonal test

2.2.2糖化工艺条件确定

2.2.2.1糖化工艺单因素实验如图6可知,β-淀粉酶的添加量在200～800 U/g时,还原糖含量增加较快,但当β-淀粉酶添加量达到800 U/g时,还原糖含量的趋势变缓,继续添加β-淀粉酶对还原糖的影响差异不显著,说明当添加量达到800 U/g的时候,加酶量基本达到饱和。因此,选择β-淀粉酶的添加量为800 U/g。

图6　不同加酶量对糖化的影响Fig.6　Effect of different enzyme concentrations on saccharification

由图7可知,还原糖含量随着时间的延长而升高,酶解时间越长,酶的作用越完全,但是当时间达到2 h后,趋势变缓,反应接近终点,继续延长时间差异不显著。因此,选择糖化时间为2 h。

如图8可知,温度在50～55 ℃时,还原糖含量快速提高,但当温度继续升高,还原糖含量急剧下降,在温度为55 ℃时,还原糖含量达到最大值。因此,选择β-淀粉酶温度为55 ℃。

图7　不同时间对糖化的影响Fig.7　Effect of different time on saccharification

图8　不同温度对糖化的影响Fig.8　Effect of different temperature on saccharification

2.2.2.2糖化工艺正交实验由表7可知,糖化酶解的最佳因素水平组合为A2B3C3,即糖化温度为55 ℃、糖化时间2.5 h、β-淀粉酶添加量1000 U/g。由极差分析可知,酶解反应中影响还原糖含量的主次因素为:加酶量>时间>温度。结合表8方差分析可知,加酶量对还原糖影响效果显著(p<0.05);温度、时间对还原糖影响效果不显著(p>0.05)。

表7　糖化正交实验结果Table 7　Results of saccharification orthogonal test

表8　糖化正交实验结果方差分析Table 8　The variance analysis of saccharification orthogonal test

按照正交实验最佳因素水平组合进行验证实验,测得酶解后还原糖含量为25.43%,大于正交实验中所有的处理组。

3　结论

将山西特色小杂粮苦荞、燕麦与杏鲍菇粉有机复合,根据蛋白质互补理论,应用氨基酸比值系数分评价法确定了三种原料的最佳复配比(质量比)为2∶1∶11,有效地将这两类食物的营养进行了合理搭配和弥补。通过单因素实验和正交实验得到了液化和糖化的最佳工艺条件。最佳液化条件为加酶量6 U/g、时间40 min、温度60 ℃,在此条件下液化,还原糖含量为11.55%。最佳糖化条件为加酶量1000 U/g、时间2.5 h、温度为55 ℃。在此工艺条件下,还原糖含量达到了25.43%。在此条件下液化和糖化能为后续工艺奠定良好的基础。

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Study on the liquefaction and saccharification process of composite powder of buckwheat oat and pleurotus eryngii

XU Xiao-xia,CHEN Shu-jun*,LI Le,PANG Zhen-peng,LIU Xiao-juan,HU Jie,YI Xin,SHI Yue

(College of Life Sciences,Shanxi University,Taiyuan 030006,China)

The objective of this paper was to study the liquefaction and saccharification process of the mixed powder with buckwheat,oats and pleurotus eryngii as raw material.Three raw materials were mixed in different proportions according to the principle of protein complementarity,and it was filtered that the mixed powder of the highest nutritive value according to the the essential amino acid reference model and the score of amino acid ratio coefficient method(SRCAA).Used theα-amylase andβ-amylase to enzymatic hydrolysis and studied that different enzymatic hydrolysis conditions,including enzyme dosage,hdrolysis time and hydrolysis temperature,impact to reduceing suger content by single factor test and orthogonal test. The results showed that the best compounded proportion of materials was shown as following:oat∶pleurotus eryngii∶buckwheat=2∶1∶11,and the score of amino acid ratio coefficient was 95.88 closing to the amino acid reference model. The optimal parameters wereα-amylase at 6 U/g,40 min,60 ℃ andβ-amylase at 1000 U/g,2.5 h,55 ℃. Under the condition,the reducing suger content was 25.43%. So through the complementary amino acid,liquefaction and saccharification process of mixed powder,its nutritional value was higher.

amino acid evaluation;liquefaction;saccharification

2016-01-22

徐晓霞(1990-)，女，硕士研究生，研究方向：食品新工艺与食品安全，E-mail:1570666831@qq.com。

陈树俊(1964-)，男，副教授，研究方向：食品新工艺与食品安全，E-mail:chenshujun515@163.com。

TS219

B

1002-0306(2016)14-0233-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.14.039