复配酶酶解对燕麦浊汁的稳定性研究
2021-07-13张晓旻刘靓刘敏尧郭梅
张晓旻，刘靓，刘敏尧，郭梅*
（1.天津农学院食品科学与生物工程学院，天津 300384；2.天津诺奥酶生产力促进有限公司，天津 300399）
燕麦（Avena sativa L.）为禾本科植物，《本草纲目》中称之为雀麦、野麦子。燕麦分为带稃型（皮燕麦）和裸粒型（裸燕麦）两种。俄罗斯、加拿大、波兰、美国、中国、澳大利亚是燕麦的主要种植国[1]。国外主要种植皮燕麦，我国栽培的燕麦以裸燕麦为主。燕麦作为重要粮食之一，在全世界谷物产量中仅次于小麦、水稻、玉米、大麦和高粱，排名第六。
燕麦是一种“食疗兼备”作物，被誉为“九粮之尊”，它是一种全价营养谷物，在蛋白质、脂肪、维生素、矿物元素、膳食纤维等五大营养物质的指标中，位居我国9种粮食作物（小麦、水稻、谷子、玉米、大麦、荞麦、高粱、黄米、燕麦）之首[2]。燕麦性味甘、平，能益脾养心、敛汗，有较高的营养价值。燕麦富含β-葡聚糖、蛋白质、亚油酸和膳食纤维等成分，且富含人体所必需的8种氨基酸，营养均衡，对于人体补充营养与保持健康有很大的利用价值。燕麦在辅助降血糖、降血压、减肥保健、预防直肠癌及心血管疾病等方面具有世界公认的保健作用[3-5]。
目前，我国已开发研制的燕麦制品主要包括燕麦片、燕麦粉、燕麦面包、燕麦米、燕麦饼干、燕麦挂面等[6-9]，但市场上主要以燕麦片的形式销售。燕麦作为学生党和上班族的营养谷物早餐，也是中老年人减肥保健食品最主要的替代餐，其产品形式单一，适口性较差。近年来，燕麦新产品加工是粮食加工的一个新研究方向[10-11]，具有良好的发展前景，符合广大消费者的需求，尤其以燕麦为原料的谷物饮品是重点研究方向之一[12-15]。
在欧洲、美国和日本，燕麦制成的纯谷物饮料是较为常见的，例如燕麦奶、燕麦甜酒、有机燕麦饮料等产品。但是燕麦饮料的制备比较困难，稳定性较差。在燕麦汁的加工中，燕麦中的淀粉很容易与β-葡聚糖形成胶体[16]，再加上淀粉在储藏过程中也容易出现老化，形成团块，会造成燕麦饮料质地不均匀、食用风味变劣等一系列问题[17]。国内对燕麦饮品的研究也有报道，其主要工艺是将淀粉酶解成小分子，现有酶解工艺的研究大多局限于单一酶的应用研究[18-20]，因此，本试验通过复配酶水解燕麦，探讨酶解程度对燕麦浊汁稳定性的影响，对其酶解工艺进行研究，从而能够制备出质地均匀、稳定性强、口感良好的燕麦浊汁饮品。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
燕麦：市购；α-淀粉酶（20 000 U/g）、葡糖淀粉酶（50 000 U/g）、支链淀粉酶（50 000 U/g）：天津诺奥酶生产力促进有限公司。
电子天平（FA2004型）：北京塞多利斯仪器有限公司；数显恒温水浴锅（HHS型）：江苏金坛市金城国盛试验仪器厂；高速台式离心机（16WS型）：湖南湘仪离心机仪器有限公司；胶体磨（MS型）：廊坊正瑞机械有限公司。
1.2 试验方法
1.2.1 工艺流程
燕麦→浸泡→磨浆→过滤→蒸煮→液化→复配酶水解→灭酶→调配→均质→罐装→杀菌→冷却→成品
1.2.2 操作要点
1）浸泡：将燕麦原料清洗后，取50 g燕麦原料加250 mL水，在水浴锅中40℃浸泡2 h。
2）磨浆、蒸煮：燕麦和浸泡液通过胶体磨磨浆，控制加水量，料液比为 1∶9（g/mL），过 200目筛得到燕麦浊汁，再进行蒸煮使燕麦汁充分糊化。
3）液化、复配酶水解：燕麦汁温度降至80℃，加入高温α-淀粉酶[21-22]，添加量0.1%，液化60 min。然后冷却降温再加入复配酶（葡糖淀粉酶与支链淀粉酶按质量比1∶1进行混合），考察不同复配酶添加量、酶解温度、酶解pH值、酶解时间4个因素对燕麦浊汁离心沉淀率的影响。
4）灭酶、调配、均质：酶解糖化后的燕麦浊汁升温至80℃，灭酶10 min。进行调配后，高压均质两次，压力分别为20 MPa和40 MPa。
5）灌装、杀菌、冷却：灌装到事先清洗过的玻璃瓶中，封口、杀菌后冷却至室温25℃。
1.2.3 离心沉淀率的测定
准确称取一定量样品置于离心管中，5 000 r/min下离心20 min，倾去上清液，将装有沉淀的离心管倒置30 min，准确称取沉淀质量，计算离心沉淀率（centrifugal sedimentation rate，SR）。每个样品进行3次平行测定，取其平均值，离心沉淀率越小则代表饮料的稳定性越好[18]。
SR/%=（M1/M2）×100
式中：M1为离心后沉淀物的质量，g；M2为离心前样品的质量，g。
1.2.4 单因素试验
1.2.4.1 复配酶添加量对燕麦浊汁离心沉淀率的影响
采用酶解温度50℃，酶解pH6.4，酶解时间60min，考察复配酶添加量为0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%条件下燕麦浊汁的离心沉淀率。
1.2.4.2 酶解时间对燕麦浊汁离心沉淀率的影响
采用复配酶添加量0.25%，酶解温度50℃，酶解pH 6.4，考察酶解时间为 40、60、80、100、120 min 条件下燕麦浊汁的离心沉淀率。
1.2.4.3 酶解温度对燕麦浊汁离心沉淀率的影响
采用复配酶添加量0.25%，酶解pH6.4，酶解时间60 min，考察酶解温度为 45、50、55、60、65 ℃条件下燕麦浊汁的离心沉淀率。
1.2.4.4 酶解pH值对燕麦浊汁离心沉淀率的影响
采用复配酶添加量0.25%，酶解温度50℃，酶解时间 60 min，考察酶解酶解 pH 值为 5.6、6.0、6.4、6.8、7.2条件下燕麦浊汁的离心沉淀率。
1.2.5 正交试验
根据单因素试验的结果，进行L9（34）正交试验，确定出利用复配酶制取燕麦浊汁的最佳工艺参数。因素水平见表1。
表1 正交试验因素水平设计Table 1 Factors and levels of orthogonal tests
1.3 数据处理
每个数据均为3次试验的平均值，使用EXCEL软件对数据进行统计分析并绘制图表。
2 结果与分析
2.1 复配酶添加量对燕麦浊汁离心沉淀率的影响
复配酶添加量对离心沉淀率的影响见图1。
图1 复配酶添加量对离心沉淀率的影响Fig.1 Effects of the amount of compound enzymes on SR
由图1可知，燕麦浊汁离心沉淀率随着复配酶添加量的增加而逐渐降低。由于复配酶中的支链淀粉酶能分解支链淀粉分支处的α-1，6糖苷键，形成直链淀粉和糊精，糖化复配酶可同时水解α-1，4糖苷键和α-1，6糖苷键，淀粉被水解后提高了其溶解性。当酶用量超过0.30%时，离心沉淀率的变化开始趋于平缓，再提高复配酶添加量对燕麦浊汁离心沉淀率影响并不大。因此，可选择复配酶用量3个较优水平0.25%、0.30%、0.35%进行正交试验。
2.2 酶解时间对燕麦浊汁离心沉淀率的影响
酶解时间对离心沉淀率的影响见图2。
图2 酶解时间对离心沉淀率的影响Fig.2 Effects of enzymolysis time on SR
由图2可知，复配酶酶解时间越长，燕麦浊汁离心沉淀率不断减小，且速度越来越慢，原因是燕麦中的淀粉被连续水解，当酶解时间大于80 min时，离心沉淀率变化不大，酶解时间过长，对增加燕麦淀粉水解程度没有太大的效果，反而会影响生产效率，综合生产时间成本因素，故可选择酶解时间3个较优水平60、80、100 min 进行正交试验。
2.3 酶解温度对燕麦浊汁离心沉淀率的影响
酶解温度对离心沉淀率的影响见图3。
图3 酶解温度对离心沉淀率的影响Fig.3 Effects of enzymolysis temperature on SR
由图3可知，随着温度的升高，离心沉淀率先降低后升高，离心沉淀率在55℃时最小，燕麦浊汁的稳定性最好。可能是因为该复配酶的最佳酶解温度约在55℃，此时酶活性可以达到最大化，淀粉的水解程度较高，当酶解温度超过55℃后，再提高温度反而会影响部分酶的活性，从而降低复配酶的酶解能力。由此可知，酶解温度可选择3个较优水平50、55、60℃进行正交试验。
2.4 酶解pH值对燕麦浊汁离心沉淀率的影响
酶解pH值对离心沉淀率的影响见图4。
图4 酶解pH值对离心沉淀率的影响Fig.4 Effects of enzymolysis pH on SR
由图4可知，酶解pH 5.6～6.4时，随pH值的增加燕麦浊汁离心沉淀率呈下降趋势，在pH 6.4时达到最小，酶解pH6.4～7.2阶段时，离心沉淀率又趋于上升，分析原因可能是因为该复配酶在pH6.4时活性最高，而偏酸或偏碱都会使复配酶的活性受到不同程度影响。所以，酶解pH值可选择3个较优水平6.0、6.4、6.8进行正交试验。
2.5 正交试验结果
在单因素试验的基础上，根据L9（34）的正交表设计，进行四因素三水平的正交试验，确定出最佳工艺参数。正交试验结果见表2。
表2 正交试验结果Table 2 Results of orthogonal tests
由表2中的极差分析可知，影响燕麦浊汁离心沉淀率的因素主次顺序为：复配酶添加量＞酶解温度＞酶解pH值＞酶解时间。最佳组合为A2B2C2D2，即复配酶添加量为0.30%，酶解pH值为6.4，酶解温度为55℃，酶解时间为80 min。采用A2B2C2D2工艺组合进行验证试验，重复3次，测得该组合离心沉淀率平均为17.6%。
3 结论
通过单因素试验初步考察了复配酶添加量、酶解pH值、酶解温度、酶解时间对燕麦浊汁稳定性的影响水平，再进行正交试验，确定了影响燕麦浊汁离心沉淀率的主次顺序：复配酶添加量＞酶解温度＞酶解pH值＞酶解时间。最佳酶解工艺参数：复配酶添加量0.3%，酶解pH 6.4，酶解温度55℃，酶解时间80 min，此条件下，燕麦浊汁离心沉淀率为17.6%，稳定性最好。
