南瓜鹰嘴豆营养粉酶解工艺研究

张雅娜，狄冰倩，王 欣，张 晟，马丽媛，郭 丽

（绥化学院食品与制药工程学院，黑龙江 绥化 152061）

0 引言

南瓜富含蛋白质，脂肪含量较低，还有丰富的维生素（维A、维B、维C、维E）、矿物质、纤维素、碳水化合物等营养成分，并含有多种游离氨基酸及生物碱类等生物活性成分，其营养丰富且全面，有“蔬菜之王”的美誉[1]。在生活水平提高和科技水平进步的同时，人类对于自身的健康也愈发重视。南瓜粉以碳水化合物为主、脂肪含量极低（每100 g南瓜粉含脂肪4.09 g）、膳食纤维丰富（每100 g 南瓜粉含膳食纤维21.06 g），此外，南瓜粉富含铁（16.95 mg/100 g）、钙（301.57 mg/100 g） 和 磷（223.95 mg/100 g），所以南瓜粉作为一种低脂、高钙、高纤维的理想保健食品[2]，可开发适合中老年人食用的食品。然而，新鲜南瓜因水分含量高而不耐贮藏、易腐烂，又因产量高、销售量小给农民带来经济损失[3]，在南瓜加工方面大部分用于取籽，仅有不足10%的果肉用于食用和加工，造成资源的浪费[4]。因此，为提高南瓜产品附加值，将南瓜加工成南瓜粉不仅可以延长保质期，保留南瓜独特风味，还能满足市场需求、提高经济效益。

鹰嘴豆起源于中东地区和亚洲西部，是世界上种植面积较广的豆类，因形如鹰嘴而得名。鹰嘴豆中植物蛋白含量丰富，脂肪少且多为对人体有益的不饱和脂肪酸，氨基酸和微量元素的含量高、组成均衡，可作为营养强化剂添加在食品中，除此之外，鹰嘴豆中还含有维生素、粗纤维、钙、镁、铁等营养成分[5]。与其他豆类相比，鹰嘴豆是膳食纤维、蛋白质和维生素的极佳营养来源[6]。且鹰嘴豆蛋白在消化吸收、功效比值及生物利用价值方面远远高于大豆及其他豆类[7]，被人们誉为“豆中之王”。鹰嘴豆作为一种药食两用的作物不仅含有丰富的营养成分，还能对疾病起到预防和保健功能。目前，我国对于鹰嘴豆产品的开发仍处于粗加工阶段，高技术含量少[5]，所生产的产品主要是保健营养粉，具有调节血糖、增强免疫力、降低胆固醇、降脂、降压、降糖等多种功效[7]。用维吾尔传统工艺生产的鹰嘴豆营养粉结块率高、易沉淀、稳定性差，产品不易保存且口感较差[8]。将鹰嘴豆粉中的淀粉进行酶解处理后，可以使结块率降低，更易冲调。

中老年人的胰岛素分泌少，对血糖的调节作用减弱。可溶性多糖是南瓜中一种重要的有效成分，可以促进胰岛素的分泌，有效控制和辅助治疗因糖尿病引起的各种疾病（如心脏病、高血压、高血脂、肾病和视力等），使血糖在餐后上升缓慢，有利于糖尿病的控制和治疗，减轻了糖尿病人的负担[9]。南瓜中的可溶性多糖和鹰嘴豆中的微量元素铬能起到调节血糖的作用，进而减轻了胰岛素的负担。随着年龄的增加，人到了中年以后，消化和代谢功能逐渐衰退。将南瓜和鹰嘴豆制成粉后混合成为复合营养粉，采用淀粉酶对淀粉进行一定程度的酶促降解，将大分子转化为小分子，改变链长，降低南瓜鹰嘴豆营养粉溶解的稠度，有利于人体吸收。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

糖化酶，北京奥博星生物技术有限责任公司提供；中温淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶，上海金穗生物科技有限公司提供；南瓜、鹰嘴豆，均为市售。

1.2 仪器与设备

ESJ205-4型普利赛斯电子分析天平，普利赛斯国际贸易有限公司产品；ZH-25B-B11型多功能食品加工机产品；河南新飞电器集团有限公司电器有限公司产品；BCD-160TMPQ型冰箱，青岛海尔股份有限公司产品；HZS-H型水浴振荡器，哈尔滨市东联电子开发有限公司产品；PHS-3C型pH计，杭州齐威仪器有限公司产品；2WAJ阿贝折射仪，广州力赛计量检测有限公司产品；DGX-9143B-1型电热鼓风干燥箱，上海福玛实验设备有限公司产品；DK-98-Ⅱ型电子万用炉，天津天泰仪器有限公司产品；HH-6型数显恒温水浴锅，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司产品；SKD-20S3型消化炉，上海沛欧分析仪器有限公司产品；K1302型凯氏定氮仪，上海晟声自动化分析仪器有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

①鹰嘴豆→挑选→清洗；

②南瓜→去皮、籽、瓤→切片、护色；

①+②→干燥→粉碎→调浆→酶解→干燥→成品。

1.3.2 操作要点

（1）南瓜和鹰嘴豆的干燥与粉碎。挑选成熟的南瓜，去掉皮、籽、瓤，切片后采用热水、质量分数为0.1%的柠檬酸溶液和质量分数为0.1%的抗坏血酸为漂烫介质，漂烫温度为95℃，漂烫时间3 min[10]，放入70℃烘箱中干燥8 h，烘至可以进行粉碎的状态。挑选无虫蛀、无发霉的鹰嘴豆，清洗后放入70℃烘箱中干燥8 h，烘至可以进行粉碎的状态。利用多功能食品加工机将干燥的南瓜和鹰嘴豆进行粉碎得到南瓜粉和鹰嘴豆粉，再用80目筛对南瓜粉和鹰嘴豆粉进行筛选，得到细腻均匀的南瓜粉和鹰嘴豆粉。

（2）酶解。首先将南瓜粉和鹰嘴豆粉按质量比7∶3的比例复配，再按料液比1∶4（g∶mL）进行调制，加入0.5%的酶，使酶与料液混合均匀，在水浴振荡器中酶解1.5 h。

（3）灭酶。将酶解后的料液用盐酸溶液调至pH值为2，静置10 min进行灭酶，再用氢氧化钠溶液将浆料pH值调至中性[11]。

1.3.3 酶制剂的选择

选择南瓜粉与鹰嘴豆粉质量比例7∶3（以总量10 g为基准），料液比为1∶5（g∶mL），酶添加量为0.4%，分别加入中温淀粉酶（最适温度60℃，最适pH值6.0）、淀粉葡萄糖苷酶（最适温度60℃，最适pH值4.0）和糖化酶（最适温度60℃，最适pH值4.0），酶解时间1.5 h，以水解程度（DE值）为评价指标，最终确定出最佳的酶制剂。

1.3.4 单因素试验

南瓜粉和鹰嘴豆粉的质量比（7∶1，7∶2，7∶3，7∶4，7∶5）、料液比（1∶3，1∶4，1∶5，1∶6，1∶7）、酶添加量（0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%）、酶解时间（0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 h）为单因素，考查各因素对水解程度（DE值）的影响。

1.3.5 正交试验

进行酶解工艺研究时存在不同的影响因素，各因素相互交织在一起，对试验结果造成影响，因此为了探究各个因素间的最优条件，找到最佳配方，采用正交试验四因素三水平法。通过单因素试验确定南瓜粉和鹰嘴豆粉的质量比、料液比、酶添加量及酶解时间的取值范围，从而确定南瓜鹰嘴豆营养粉酶解工艺因素水平表。

南瓜鹰嘴豆营养粉酶解工艺因素与水平设计见表1。

表1 南瓜鹰嘴豆营养粉酶解工艺因素与水平设计

1.4 理化性质分析

1.4.1 基本成分测定

参考GB 5009.3—2016食品安全国家标准 食品中水分的测定[12]。

参考GB 5009.4—2016食品安全国家标准 食品中灰分的测定[13]。

参考GB 5009.5—2016食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定[14]。

参考GB 5009.6—2016食品安全国家标准 食品中脂肪的测定[15]。

1.4.2 DE值的测定

参考GB 5009.3—2016食品安全国家标准 食品中还原糖的测定——直接滴定法[16]。

干物质含量选择折射法[17]。

1.4.3 结块率测定

结块率按照以下公式计算。

1.5 数据统计与分析

所有试验进行3次，应用Origin Pro 8.5作图。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 酶种类对水解程度（DE值）的影响

酶种类对水解程度（DE值）的影响见图1。

图1 酶种类对水解程度（DE值）的影响

由图1可知，中温淀粉酶对南瓜鹰嘴豆营养粉的水解程度最好，DE值为30.08%，淀粉葡萄糖苷酶次之，糖化酶的水解程度最差。因此，选择中温淀粉酶作为南瓜鹰嘴豆营养粉酶解工艺的最佳酶制剂。

2.1.2 南瓜粉和鹰嘴豆粉的质量比对水解程度（DE值）的影响

南瓜粉和鹰嘴豆粉的质量比对水解程度（DE值）的影响见图2。

图2 南瓜粉和鹰嘴豆粉的质量比对水解程度（DE值）的影响

由图2可知，随着南瓜粉添加量减少，鹰嘴豆粉添加量增多，南瓜鹰嘴豆营养粉的水解程度（DE值）不断降低，在南瓜粉和鹰嘴豆粉的质量比为7∶1时，DE值最大，由7∶3变为7∶4时，DE值下降最明显，在7∶5时，DE值降到最低。其原因可能是鹰嘴豆粉中淀粉含量较多（约占50%）[5]，随着鹰嘴豆粉质量比逐渐增大，淀粉酶与底物反应不彻底，导致DE值降低。因此，南瓜粉和鹰嘴豆粉的最佳质量比为7∶1。

2.1.3 料液比对水解程度（DE值）的影响

料液比对水解程度（DE值）的影响见图3。

图3 料液比对水解程度（DE值）的影响

由图3可知，随着水添加量增多，底物浓度逐渐降低，浆料黏度逐渐降低，南瓜鹰嘴豆营养粉的水解程度（DE值）先增大后减小，在料液比为1∶6（g∶mL）时，DE值达到最大值，料液比为1∶6~1∶7时呈下降趋势。其原因可能是在料液比较小时，水分活度较低，酶的活性被抑制，导致DE值较小；随着料液比的增大，水分活度相应增大，酶活性提高，DE值也增大；在料液比为1∶6以后，水分活度过大，酶活性达到极限，DE值降低。因此，南瓜鹰嘴豆营养粉酶解的最佳料液比为1∶6（g∶mL）。

2.1.4 酶添加量对水解程度（DE值）的影响

酶添加量对水解程度（DE值）的影响见图4。

由图4可知，在南瓜粉和鹰嘴豆粉的添加比例、料液比和酶解时间固定时，随着酶添加量的逐渐增加，南瓜鹰嘴豆营养粉的水解程度（DE值）呈现先上升后缓慢下降的趋势，酶添加量为0.5%时，酶解效果最好。当酶添加量继续增加时，DE值开始降低。其原因可能是开始时底物与酶充分反应，反应速度越来越快，随着酶添加量逐渐增多，酶的浓度已经达到饱和状态，使底物与酶不能完全反应，导致酶的利用率降低。因此，南瓜鹰嘴豆营养粉酶解的最佳酶添加量为0.5%。

图4 酶添加量对水解程度（DE值）的影响

2.1.5 酶解时间对水解程度（DE值）的影响

酶解时间对水解程度（DE值）的影响见图5。

图5 酶解时间对水解程度（DE值）的影响

由图5可知，在南瓜粉和鹰嘴豆粉的质量比、料液比和酶添加量一定时，随着酶解时间的增加，南瓜鹰嘴豆营养粉的水解程度（DE值）先增大后趋于平缓。在酶解时间为1.0 h时，斜率最大，DE值上升最快，2.0 h时DE值达到最大值，酶与底物充分接触，使淀粉分子细胞壁基本崩解，酶解基本完成[18]；在2.0~2.5 h，DE值变化不明显。其原因可能是前期底物含量与酶含量固定，刚接触时充分反应，反应速率加快，随着时间延长，底物逐渐减少，反应速率变慢，而且随着反应时间的推移，酶的相对活力下降，反应产物对酶解反应有一定的抑制作用[19-20]。考虑到酶解时间2.0 h与2.5 h的DE值变化不明显，因此，南瓜鹰嘴豆营养粉酶解的最佳酶解时间为2.0 h。

2.2 正交试验结果与分析

选取4个对南瓜鹰嘴豆营养粉水解程度（DE值）有影响的试验因素，即南瓜粉和鹰嘴豆粉的质量比、料液比、酶添加量、酶解时间，设定3个水平，采用L9（34）正交试验设计，以水解程度（DE值）为评价指标。

正交试验见表2。

由表2可知，影响南瓜鹰嘴豆营养粉水解程度（DE值）因素的主次顺序为B＞D＞A＞C，即料液?比对南瓜鹰嘴豆营养粉水解程度（DE值）的影响最大，酶解时间是主要因素，南瓜粉和鹰嘴豆粉的添加比例是次要因素，酶添加量影响较小。正交试验得到水解程度（DE值）最佳组合为第4组，即A2B1C2D3，而根据值分析得到的最佳组合为A3B1C2D3未出现在9组试验中，因此需要增加验证试验。

表2 正交试验

验证试验见表3。

表3 验证试验

由表3可知，A2B1C2D3组合更加优于A3B1C2D3组合，因此得到南瓜鹰嘴豆营养粉最佳酶解工艺为南瓜粉和鹰嘴豆粉的质量比7∶2，料液比1∶5（g∶mL），酶添加量0.5%，酶解时间2.5 h。此时水解程度（DE值）可达到32.28%。

2.3 理化性质分析

2.3.1 基本成分测定

主要化学成分见表4。

表4 主要化学成分/%

由表4可知，试验中南瓜鹰嘴豆营养粉的主要成分及含量：水分含量为6.02%，灰分含量为3.39%，粗蛋白含量为10.06%，粗脂肪含量为3.04%。

2.3.2 结块率测定

南瓜鹰嘴豆营养粉酶解前后的结块率见图6。

由图6可知，酶解前的结块率为39%，酶解后的结块率为18%，经过中温淀粉酶酶解后，南瓜鹰嘴豆营养粉的结块率明显降低，说明了经过酶解后的南瓜鹰嘴豆营养粉不易结块，溶解速度更快。

图6 南瓜鹰嘴豆营养粉酶解前后的结块率

3 结论

通过正交试验确定酶解最佳工艺条件为南瓜粉和鹰嘴豆粉的添加比例7∶2，料液比1∶5（g∶mL），酶添加量0.5%，酶解时间2.5 h，在此条件下南瓜鹰嘴豆营养粉的DE值最高，为32.28%。将酶解前后的南瓜鹰嘴豆营养粉进行结块率的测定，酶解处理后的南瓜鹰嘴豆营养粉结块率降低，更易于溶解。