复合酶法制备马铃薯脂肪模拟物工艺研究

盛鑫淼 王蕊 王岩 马宇佳 王春辉 唐彦君

摘要：以马铃薯淀粉为原料，采用复合酶水解马铃薯淀粉得到低DE值麦芽糊精来制备脂肪模拟物产品。研究酶配比、复合酶添加量、底物浓度、水解时间、水解温度对产品DE值的影响。通过单因素试验与正交试验确定最佳制备工艺（100 mL反应体系）：复合酶配比为中温α-淀粉酶︰普鲁兰酶=4︰6、复合酶添加量1 125 U、底物浓度20%、反应温度60 ℃、水解时间10 min，此条件下水解产物的DE值为2.92。

关键词：马铃薯淀粉;脂肪模拟物;复合酶;工艺

中图分类号：TS201    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2020）01-0048-04

动物脂肪能够赋予食品特殊的风味、口感、质构及香气，同时也会导致摄食者摄入过多热量，引发肥胖、心血管异常等疾病的产生。因此，脂肪替代物的开发与其在低脂、无脂食品中的应用一直是国內外的研究热点。马铃薯是黑龙江省盛产农作物，其淀粉非常适合制备脂肪模拟物。马铃薯模拟物能够形成三维网状结构的凝胶，截留大量的水分，产生类似脂肪的质感和口感，具有脂肪类似的功能，而且食用安全。

与酸法相比，采用酶法制备马铃薯脂肪模拟物的优点在于原料无需预先处理、设备资金少、维修费用少。目前酶法制备主要采用单酶，常用的是耐高温α-淀粉酶，它能在很高的温度下对淀粉进行水解反应，其优点是不产生不溶性的淀粉颗粒，但其对容器和反应条件要求较高，生产成本也高。为克服这些不足，本课题采用中温α-淀粉酶及对淀粉水解效果很好的普鲁兰酶组成复合酶，充分发挥酶法制备的优势，研究制备马铃薯脂肪模拟物的最佳工艺。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯淀粉：北大荒薯业;班氏试剂;中温α-淀粉酶、普鲁兰酶、氢氧化钠、盐酸、无水乙醇：均为分析纯。

1.2 仪器设备

FA2004N型电子天平（0.000 1 g）：上海民桥精密科学仪器有限公司;722s型分光光度计：上海精密仪器科学有限公司;数显恒温水浴锅、离心机、电热炉：江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 操作要点  1） 复合酶活力测定。按照GB 1886.174—2016《食品安全国家标准 食品添加剂 食品工业用酶制剂》中方法测定中温α-淀粉酶和普鲁兰酶的酶活力。中温α-淀粉酶的酶活力为4 164 U/g，普鲁兰酶的酶活力是4 881 U/g。2） 糊化。淀粉加水加热至60～70 ℃，淀粉颗粒急剧大量吸水膨胀、破裂，形成半透明胶体状糊浆。3） 酶水解。酶水解过程是制备脂肪模拟物的关键步骤，通过改变水解条件即酶添加量、反应时间、反应温度和底物浓度，将葡萄糖当量（DE）值控制在2～3之间，麦芽糊精才具备形成凝胶的特性，才能称之为脂肪模拟物。4） DE值测定。采用直接滴定法测定DE值，参照刘洋的方法。

1.3.3 单因素试验设计 1） 复合酶配比的确定。在反应时间10 min、温度65 ℃、底物质量分数15%、复合酶溶液用量10.0 mL（总酶活1 500 U）的条件下，考察不同的中温α-淀粉酶与普鲁兰酶的比例（按酶活力值计算）对DE值的影响。2） 复合酶添加量对DE值的影响。在反应时间10 min、温度65 ℃、底物质量分数15%的条件下，考察不同酶添加量对DE值的影响。3） 酶水解温度对DE值的影响。在淀粉酶添加量7.5 mL、时间10 min、底物质量分数15%的条件下，考察不同水解温度对DE值的影响。4） 酶水解时间对DE值的影响。在酶添加量 7.5 mL、温度 65 ℃、底物质量分数15%的条件下，考察不同水解时间对DE值的影响。5） 底物质量分数对DE值的影响。在酶添加量 7.5 mL、温度 65 ℃、酶水解时间10 min的条件下，研究不同底物质量分数对DE值的影响。

1.3.4 正交试验设计 根据单因素试验结果，选取酶添加量、水解温度、水解时间和底物质量分数4个因素进行L9（34）正交试验，确定最佳工艺参数组合。正交试验因素水平设计见表1。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 复合酶配比的确定 不同复合酶配比下产品的DE值如图1所示。

由图1可以看出：随着中温α-淀粉酶在复合酶中比例的增加，DE值先逐渐增大;当中温α-淀粉酶与普鲁兰酶的酶活力相同时，DE值最大;之后，水解产生大量麦芽糖的α-1，4糖苷键，而中温α-淀粉酶对其作用比较困难、且有剩余，普鲁兰酶可以水解α-1，4糖苷键，但由于量少不能充分发挥其作用。结合DE值在2～3之间的要求，确定复合酶的配比为中温α-淀粉酶︰普鲁兰酶=4︰6（酶活力比）。按照这一比例配制复合酶溶液，1.0 mL复合酶溶液的酶活力为150 U。

2.1.2 复合酶添加量对DE值的影响 不同复合酶添加量下产品的DE值如图2所示。

由图2可以看出：随着复合酶添加量的增加，DE值逐渐增大。DE值最初增加速度较快，当酶的添加量达到10.0 mL后，DE值增加趋势缓慢。这是因为复合酶水解淀粉时，作用于长链比短链更有活性。最初阶段水解较快，庞大的淀粉分子被水解成小分子，同时生成多聚糖、麦芽三糖、麦芽糖和少量葡萄糖;随着酶添加量的增加，进一步把麦芽三糖水解成葡萄糖和麦芽糖，酶对麦芽糖的α-1，4糖苷键作用比较困难，需要较长的时间和酶量，所以后期DE值增加缓慢。

2.1.3 酶水解温度对DE值的影响 不同水解温度下产品的DE值如图3所示。

由图3可以看出：随着水解温度的升高，DE值先逐渐增大;在65 ℃时，DE值最大;之后水解程度开始减缓。这是因为中温α-淀粉酶的最适反应温度为65 ℃，当反应超过该温度时酶的活力开始下降，影响复合酶整体的水解作用，导致DE值逐渐下降。

2.1.4 酶水解時间对DE值的影响 不同水解时间下产品的DE值如图4所示。

由图4可以看出：随着水解时间延长，水解程度越来越大，还原糖的含量越来越多， DE值也越来越大。当反应进行到10 min时，DE值在2～3之间，达到脂肪模拟物的要求。

2.1.5 底物质量分数对DE值的影响 不同底物质量分数下产品的DE值如图5所示。

由图5可以看出：当底物质量分数较低时，淀粉颗粒能够充分吸水膨胀，糊化比较完全，分子之间的氢键破坏得更完全，有利于酶对淀粉分子的水解，DE值较大;当底物质量分数较大时，淀粉糊化不彻底，不利于酶进入淀粉分子内部进行水解。底物质量分数在15%左右时，DE值在2～3之间，达到脂肪模拟物的要求。

2.2 正交试验结果

正交试验结果见表2。

由表2可知：DE值的极差R值的变动范围在0.21～2.07之间;影响马铃薯淀粉水解DE值的主次关系为水解时间>酶添加量>水解温度>底物质量分数。9组正交试验中，2，4，5，6和8所得结果的DE值处于2～3之间，符合脂肪模拟物DE值的要求。根据降低成本、减少耗能的原则，试验4是制备马铃薯脂肪模拟物的理想的工艺参数，即水解温度60 ℃、水解时间10 min、复合酶添加量7.5 mL（1 125 U）、底物浓度20%。该工艺条件所需水解温度低、水解时间较短且应用的反应底物量大，相对而言成本最低。

3 结论

通过单因素试验和正交试验，得到制备马铃薯脂肪模拟物的最佳工艺条件：在100 mL反应体系中，复合酶配比为中温α-淀粉酶︰普鲁兰酶=4︰6、复合酶添加量为1 125 U、底物浓度为20%、反应温度为60 ℃、水解时间为10 min。此条件下水解产物的DE值为2.92，所得马铃薯脂肪模拟物产品为乳白色、呈粉末状。

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Abstract： Potato starch was taken as raw material， low DE value maltodextrin was obtained by hydrolysis of potato starch with complex enzyme to prepare fat simulator. The effects of enzyme ratio， adding amount of complex enzyme， substrate concentration， hydrolysis time and hydrolysis temperature on DE value of the product were studied. The optimal preparation process （100 mL reaction system） was determined by single factor test and orthogonal test： The ratio of the complex enzyme α-Amylase︰Promozyme 4︰6， compound enzyme addition 1 125 U， substrate concentration 20%， hydrolysis temperature 60 ℃ and hydrolysis time 10 min. Under this condition， the DE value of hydrolyzed product is 2.92.

Key words： potato starch; fat simulation; complex enzymes; process