藜麦饮料液化糖化工艺研究

李贞景 薛意斌 张兰 果嘉成 李欣忆 安中平 王昌禄

摘要 [目的]优化藜麦淀粉进行水解时的液化和糖化的工艺条件。[方法]以藜麦为原料，DE值为主要评估指标，采用单因素和正交试验设计对藜麦饮料生产中的淀粉液化和糖化工艺进行优化研究。[结果]最优液化工艺条件为α-淀粉酶用量11 U/g、液化时间45 min、液化温度65 ℃、pH 7.0，此时液化DE值为24.46%。最优糖化工艺条件：糖化酶用量110 U/g、糖化时间70 min、糖化温度70 ℃、pH 5.0，糖化DE值为63.45%。[结论]该研究可为藜麦在饮料研发方向提供一定的参考。

关键词 藜麦；液化；糖化；工艺

中图分类号 TS275.4 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）18-0140-04

Study on Liquefaction and Saccharification of Quinoa Beverage

LI Zhenjing， XUE Yibin， ZHANG Lan et al

（ College of Food Engineering and Biotechnology， Tianjin University of Science and Technology， Tianjin 300457）

Abstract [Objective]To optimize the liquefaction and saccharification conditions of quinoa starch during hydrolysis. [Method]With quinoa as raw materials， DE value as the main evaluation index， starch liquefaction and saccharification process quinoa beverage production optimization is performed using single factor and orthogonal design. [Result]The results showed that the optimum liquefaction conditions were as follows： the dosage of αamylase was 11 U/g， the liquefaction time was 45 min， the liquefaction temperature was 65 ℃， the pH was 7.0， and the liquefaction DE value was 24.46%. The optimal saccharification conditions were： saccharifying enzyme dosage 110 U /g， saccharification time 70 min，saccharification temperature 70 ℃，pH value 5.0， saccharifying DE value 63.45%. [Conclusion]The results provide a reference for quinoa development in beverage industry.

Key words Quinoa；Liquefaction；Saccharification；Technology

藜麥（Chenopodium quinoa willd.，Amaranthaceae），富含纤维素、多不饱和脂肪酸、维生素、矿物质、皂苷、植物甾醇、植物激素、多酚类物质、甜菜碱等多种功能性成分[1-3]，美国航空航天局（NASA）将藜麦列为太空宇航员的理想食物之一[4]。目前，有研究表明，藜麦对人体代谢发育[5-6]、胃肠道[7]及心脑血管[8]都有明显的健康益处。藜麦丰富的营养物质和优良的功能特性，使其在特殊人群（儿童、老人、运动员）、乳糖不耐症人群以及骨质疏松、贫血、糖尿病、血脂异常、肥胖和胃肠道疾病患者中具有巨大的应用潜力[9-11]。目前，国内对藜麦的研究主要集中在品质性状[11]、栽培技术[12]和营养及功能成分[13]上，也有藜麦杂粮面包[14]、藜麦酸奶[15]等的研究。藜麦淀粉含量较高且本身具有特殊的气味，为了保证产品的品质和稳定性，调配型和发酵型藜麦饮料在制备过程中均需对藜麦原料进行糖化和液化工艺研究。笔者通过对藜麦淀粉进行水解，确定其液化和糖化的最优工艺条件，为藜麦饮品的后期开发奠定一定的基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 原料及试剂。

藜麦（淀粉62.5%，蛋白质16.0%，脂肪6.5%），购自山西清禹鸣商贸有限公司；α-淀粉酶（BF7658，1 000 U/g）、糖化酶（固体，50 000 U/g），购自邢台万达生物工程有限公司。

1.1.2 仪器与设备。

T1000电子天平，美国双杰兄弟（集团）有限公司；GB11165 pH 计，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；JK-WB-2A型数显恒温水浴锅，上海精学科学仪器有限公司。

1.2 工艺流程

1.2.1 液化工艺流程。藜麦→除杂→粉碎→过筛→糊化 α-淀粉酶 液化→糖化→灭酶→过滤→α-淀粉酶水解液。

1.2.2 糖化工艺流程。α-淀粉酶水解液 糖化酶 糖化→灭酶→过滤→水解液。

1.3 方法

1.3.1 藜麦的预处理。挑选饱满、无霉变的藜麦，除去藜麦中杂质，粉碎，过60目筛。

1.3.2 藜麦粉的糊化。将藜麦粉与蒸馏水以1 ∶15（g/mL）比例混合，放于90 ℃水浴锅中糊化0.5 h。

1.3.3 藜麦粉液化工艺条件优化。藜麦糊化液100 mL加入α-淀粉酶水解，以还原糖值（DE值）为评估指标，分析时间、酶量、pH和温度4个因素对液化效果的影响。以α-淀粉酶量10%，pH 6.5，温度65 ℃，液化时间40 min为初始液化条件，其后变化一个因素，控制其他因素不变，经过单因素试验确定4个因素的适合水平范围，再以DE值为指标，设计4因素3水平的正交试验L9（34），见表1。上述试验每个处理重复3次。

1.3.4 藜麦粉糖化工艺条件优化。以最优液化条件为基础，进行糖化工艺试验设计。将液化后的100 mL藜麦液化液加入α-淀粉酶水解，以DE值为评估指标，分析时间、酶量、pH和温度对糖化效果的影响。以糖化酶量100 U/g，pH 6.5，温度65 ℃，糖化时间40 min为初始糖化条件，其后变化一个因素，控制其他因素不变，经过单因素试验确定4个因素的适合水平范围，再以DE值为指标，设计4因素3水平的正交试验L9（34），见表2。上述试验每个处理重复3次。

1.4 DE值的测定 [16]

DE还原糖（以葡萄糖计）占溶液中干物质的比例，其计算公式如下：

DE值（%）= 还原糖含量（g/mL） 干物质含量（g/mL）×溶液的相对密度 ×100%

其中，还原糖（以葡萄糖计）测定采用3，5-二硝基水杨酸法；溶液相对密度测定采用密度计法。

1.5 数据分析处理方法

采用Origin Lab 8.0和SPSS 20.0软件进行数据制图和统计分析。

2 结果与分析

2.1 藜麦粉液化最佳工艺条件的确定

2.2.1 α-淀粉酶添加量对藜麦粉液化的影响。

α-淀粉酶作用于淀粉，内部切开 α-1，4-糖苷键，将淀粉水解生成糊精和还原糖。酶解液的DE值是评估淀粉酶酶解液化的重要指标，DE值越高，液化越彻底，饮料中可溶性固形物的含量也越高，原料利用率也就越高，但并不表示液化DE值越高越好，由于液化和糖化過程关系十分密切，过高DE值会影响后续糖化酶的糖化效果，一般谷物液化DE值在10～20的范围内才有利于后续的糖化[17]。 由图1可知，随着α-淀粉酶量的加大，藜麦液化液DE值先快速增大后趋于平缓。当酶量高于10% 时，酶反应接近终点，DE值大致趋于稳定。可能随着淀粉酶量增加，部分淀粉酶与底物反应处于饱和状态或部分淀粉酶没来及与底物反应，所以DE值不再产生变化。

2.2.2 温度对藜麦粉液化的影响。

由图2可知，藜麦粉水解液DE值随着温度变化呈现先升高后降低的趋势。液化温度在65 ℃时，DE值达到最大为22.71%。温度小于65 ℃时，反应速率加快；温度大于65 ℃时，反应速率下降。所以65 ℃为藜麦粉液化最优温度。

2.2.3 pH对藜麦粉液化的影响。

由图3可知，藜麦粉水解液DE值随着pH变化呈现先升高后降低趋势。pH 6.5，液化DE值最大，达到22.34%。6.0～7.0 为α-淀粉酶最佳pH，活性会受到水解液酸碱度很大影响，所以pH 6.5为藜麦粉液化的最优值。

2.2.4 液化时间对藜麦粉液化的影响。

由图4可知，藜麦粉液化速率随着时间变化呈现先升高后降低趋势，之后逐渐趋于零。可能随着时间的延长，水解液中α-1，4-糖苷键减少，α-1，6-糖苷键影响了α-淀粉酶的水解速度，且酶解产物的增加也会抑制酶的活性，使水解速率变慢。 所以60 min为藜麦粉最优液化时间。

2.2.5 藜麦粉液化正交试验结果。

在单因素试验的基础上，设计正交试验L9（34），以确定液化最优条件组合，结果如表3所示。

2.3 藜麦粉糖化最佳工艺条件的确定

2.3.1 糖化酶添加量对藜麦粉糖化的影响。

由图5可知，藜麦粉水解液DE值随着糖化酶量变化呈现升高趋势。酶量大于100 U/g，糖化水解液DE值变动不大。综合经济成本，所以100 U/g为最优糖化酶量。

2.3.2 温度对藜麦粉糖化的影响。

由图6可知，藜麦粉水解液DE值随着温度变化呈现先升高后降低趋势。温度70 ℃，DE值最大；高于70 ℃时，破坏了糖化酶的结构，影响了其催化活性，导致部分糖化酶失活。所以70 ℃为藜麦粉糖化最优温度。

2.3.3 pH对藜麦粉糖化的影响。

由图7可知，藜麦粉水解液DE值随着pH变化呈现先升高后降低的趋势。pH 5.0时，DE值最大，4.0～4.5为糖化酶最佳pH。酶分子与底物结合与催化受酸碱度变化影响很大，进而影响水解速率。所以pH 5.0为藜麦粉糖化最优值。

2.3.4 时间对藜麦粉糖化的影响。

由图8可知，藜麦粉糖化速率随着时间变化呈现升高趋势，之后逐渐趋于零。可能随着时间的延长，底物浓度减少，导致反应速率减慢。所以，60 min为藜麦粉最优糖化时间。

2.3.5 藜麦粉糖化正交试验结果。

在单因素试验的基础上，设计正交试验L9（34），以确定糖化最优条件组合，结果如表4所示。

由表4所知，对藜麦粉糖化DE值影响梯度为糖化酶量>液化时间>温度>pH，A3B3C2D2为最优组合，对优化后的条件验证，结果表明在该条件下DE值为63.45%，高于理论预测值，所以A3B3C2D2为糖化最优组合，即糖化酶量110 U/g、糖化时间70 min、糖化温度70 ℃、pH 5.0。

3 结论

该研究对藜麦饮料生产中的糖化和液化工艺进行优化研究，确定了最优的液化工艺条件如下：α-淀粉酶量11 U/g、液化时间45 min、液化温度65 ℃、pH 7.0，此时液化的DE值为24.46%。对液化后的藜麦水解液进一步糖化，其糖化最优工艺条件如下：糖化酶量110 U/g、糖化时间70 min、糖化温度70 ℃、pH 5.0，糖化DE值为63.45%。该结果为后续藜麦饮料的制备提供了一定的参考。

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