预糊化-复合酶解法制备婴幼儿留胚米粉及其理化性质研究

王子妍，刘 颖，贾健辉,2，窦博鑫, ，张 娜,

（1.哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江哈尔滨 150028；2.牡丹江师范学院生命科学与技术学院，黑龙江牡丹江 157011）

全球每天新生儿的数量约为20 万，这使得婴幼儿辅助食品具有了极大的市场潜力。为满足婴儿辅食的营养需求，营养价值高、易消化、不易过敏的大米成为婴儿辅食的主流原料。研究表明留胚米与普通的精制大米相比，由于其包含相对完整的糊粉层、珠心层和胚，使留胚米粉具有更丰富的天然营养。留胚米中含有的膳食纤维，有助于改善婴幼儿肠道菌群结构，益于婴幼儿健康。相比于大米，留胚米是更为理想的婴幼儿米粉原料，但是目前市场上销售的婴幼儿留胚米粉却是凤毛麟角。

目前国内外生产婴幼儿米粉的技术主要有滚筒干燥技术（湿法）和挤压膨化技术（干法）两种。滚筒干燥和挤压膨化加工过程米浆均直接与加热金属器件接触，物料局部受热过高，部分米浆受到高温影响（约200～240 ℃），使得蛋白和油脂氧化产生过氧化产物，因此用上述工艺生产的米粉存在冲调性差、不易消化等问题。研究表明稻米中淀粉糖含量和淀粉颗粒的理化特性与消化特性直接相关，加工过程会影响米粉的糊精、淀粉、膳食纤维的特性，从而影响婴幼儿对米粉的消化与吸收。适度酶解可改变谷物基质的婴幼儿米粉的糊化与部分凝胶特性。控制水解程度可将高分子淀粉降解，部分淀粉转化为具有3～10 个糖分子的低聚糖混合物，难消化淀粉也有一定程度的分解，因而适度酶解可以增加婴幼儿对米粉的消化与吸收功能，改善适口性，提高婴幼儿米粉的溶解和复水能力。刘梅森等通过对婴幼儿米粉进行酶解工艺的研究，证明复合酶解技术可以显著地改善米粉冲调性和消化性，提高婴幼儿米粉的品质。

本研究拟以留胚米为原料，采用预糊化-复合酶解法，即采用-淀粉酶和-淀粉酶水解淀粉分子，使之部分水解为小分子质量的低聚异麦芽糖、糊精等，将难消化淀粉分解，以期改善产品的冲调性能和消化吸收性，减少婴儿断奶期间食物变化产生的不适，达到克服传统工艺生产婴幼儿米粉溶解性差、黏度大等弊端。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

留胚米 哈尔滨工程北米科技有限公司；淀粉酶（10 万U）、淀粉酶（10 万U） 上海源叶生物有限公司；酒石酸钾钠、乙酸锌、亚铁氰化钾、甲醇、乙醇等试剂 均为分析纯。

DSE-25 双螺杆挤压膨化机 德国本布拉德公司；ESJ180-4 型电子天平 上海恒平科学仪器有限公司；SIGMA-500 蔡司场发射扫描电镜 苏州沃弗本精密仪器有限公司；Q150TES 型粒子溅射镀膜仪英国Quorum；DF-101S 集热式恒温油浴锅 河南胜博仪器有限公司；Tec-Master 型快速黏度分析仪（RVA） 瑞典Perten 仪器公司。

1.2 实验方法

1.2.1 未经处理留胚米粉的制备 取留胚米直接粉碎过80 目筛备用。

1.2.2 焙炒-挤压膨化米粉的制备 取留胚米200 g置于恒温油浴锅中200 ℃下焙炒18 min，通风处冷却后粉碎至50～60 目，调节水分含量至30%，再送入双螺杆挤压膨化机进行挤压膨化，挤压膨化机温度设置140 ℃，螺杆转数100 r/min，待挤压膨化机稳定后收集挤出料。挤出物料置于45 ℃烘箱24 h 稳定水分，再经粉碎过80 目筛，即得到焙炒-挤压膨化的米粉，以下称为预糊化留胚米粉。

1.2.3 复配酶比例的确定 采用-淀粉酶与-淀粉酶，在固定酶总添加量1500 U/g、酶解温度50 ℃、酶解时间150 min 条件下，设定11 个不同水平的酶复配比例：-淀粉酶:-淀粉酶为0:10、1:9、2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、7:3、8:2、9:1、10:0，研究两种酶制剂共同作用对预糊化后米粉的作用效果，选择DE 值（以还原糖含量计）最高的为最佳复配比例。

1.2.4 复配酶水解单因素实验 参考陆东和等的方法，在确定复合酶解的最佳比例之后，酶解温度60 ℃、酶解时间120 min 条件下，改变酶总添加量（1000、1250、1500、1750、2000 U/g）分别测定水解度（DE 值）和水溶性指数（WSI）；酶添加量1500 U/g、酶解温度60 ℃条件下，-淀粉酶与-淀粉酶的比例为3:7，改变酶解时间（60、90、120、150、180 min）研究酶解时间对水解度（DE 值）和水溶性指数（WSI）的影响；酶添加量1500 U/g、酶解时间150 min 条件下，-淀粉酶与-淀粉酶的比例为3:7，改变酶水解温度（40、45、50、55、60 ℃）研究酶水解温度对水解度（DE 值）和水溶性指数（WSI）的影响。

1.2.5 正交试验设计 根据单因素的实验结果，以水解度（DE 值）和水溶性指数（WSI）为指标，选取酶总添加量、酶解时间、酶解温度3 个影响因素，进行三因素三水平的正交试验，优化酶解工艺，试验因素与水平设计见表1。

表1 正交试验因素水平和编码Table 1 Factor level and coding of orthogonal test

1.2.6 婴幼儿留胚米粉表层形貌观察 取适量样品（未经处理留胚米粉、预糊化留胚米粉、预糊化-酶解留胚米粉），过80 目筛后分别均匀粘在扫描电镜观察台，用粒子溅射镀膜仪给样品镀金，厚度约为15 nm。使用电镜扫描仪观测米粒表层结构。

1.2.7 水溶性指数（WSI）和吸水性指数（WAI） 参考戴晓慧等的方法。准确称取2.50 g 米粉置于离心管中，注入30 mL 去离子水，先进行振荡，后离心。振荡条件为230 r/min，时间为30 min；离心条件为4000 r/min，15 min。离心过后分离上清液和沉淀物。上清液倾倒于恒重过的称量瓶中，105 ℃恒温烘箱蒸发至恒重。WSI 和WAI 按照公式（1）和（2）计算。

1.2.8 还原糖含量测定 参考GB 5009.7-2016还原糖的测定。

1.2.9 综合评分的计算 测定米粉的DE 值和WSI。将这两个指标全部转换成它们的隶属度，根据二者对米粉品质的影响效果，将权重分别设置为DE 值为60%，WSI 值为40%。以正交试验中综合得分最高的方案进行下一步验证实验，隶属度与综合评分计算公式如下。

1.2.10 分散时间测定 参考马丽媛等方法并略作修改，准确称取不同种方法制备的米粉2.50 g，加入温度保持在70 ℃的100 mL 水中，用恒温磁力搅拌器以30 r/min 的速率搅拌，记录从开始加入粉体到完全分散所需的时间，每个样品重复测定5 次。

1.2.11 溶解度测定 参照标准GB 5413.29-2010进行测定。

1.2.12 糊化特性分析 参考边鑫等的方法测定淀粉的糊化特性，以快速粘度分析仪测量样品的峰值粘度（peak viscosity，PV）、谷值粘度（trough viscosity，TV）、最终粘度（final viscosity，FV）、回生值（FV-PV）和衰减值（PV-TV）。

1.3 数据处理

所有实验均重复三次，分析数据并以平均值±标准偏差表示。其中曲线图使用Origin 2021 和Microsoft Office Excel 进行绘制，统计学分析使用SPSS 25 进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 酶复配比例的确定

以地衣芽孢杆菌来源的-淀粉酶和多黏芽孢杆菌来源的-淀粉酶制备不同比例的复合酶对米粉进行酶解，以DE 值为指标，得出较好的复配比例。如表2 所示，4 号复配实验酶解效果最佳，DE 值为21.54%，因此后续试验采用的复配酶比例为3:7，即-淀粉酶:-淀粉酶为3:7。

表2 不同复配酶比例水解对米粉的酶解效果影响Table 2 Effects of different complex enzyme ratios on enzymatic hydrolysis of rice flour

2.2 单因素实验结果

2.2.1 酶总添加量 实验结果如图1 所示。酶总添加量被视为酶解实验中影响酶解的重要因素之一。当控制其他影响因素且底物充足情况下，在一定程度下增加酶的使用量可以使反应速率加快。而当底物不断被酶分解后，底物浓度降低，酶解速率增长较慢。由图1 可见当复配酶总添加量为1000～1750 U/g 时，米粉浆中的DE 值随着酶总添加量的增多而不断增加，当酶总添加量超过1750 U/g 后，米粉浆中的DE 值增加趋势不明显，继续增大酶的总添加量对米粉浆中淀粉分解的效果作用不大；且随着酶总添加量的增加，水溶性指数也不断升高，在酶总添加量1250～1750 U/g 之间明显提高，可能原因在于水溶性指数主要反应淀粉的降解程度，与淀粉释放的可溶性小分子的数量有关，当底物分解程度逐渐升高，WSI 值也随之增加。为了考虑生产成本，酶添加量为1500 U/g 时WSI 变化曲线的斜率最大，故选择复配酶总添加量为1500 U/g 为宜。

图1 不同酶总添加量对DE 值和WSI 的影响Fig.1 Effects of different total enzyme supplemental levels on DE value and WSI

2.2.2 酶解时间 由图2 可知，当固定酶解温度、酶总添加量时，随着酶解时间的持续增长，DE 值呈现先升高后降低的趋势。酶解持续时间达到150 min时，DE 值达到了最大的水平。主要原因可能是酶在的水解过程中，酶具有专一性，并且在酶促水解的早期阶段，底物能够被准确地识别出来。而随着酶解的进行，底物在逐渐减少，底物与酶之间的相互作用逐渐减弱；另一方面可能因为随着酶解过程持续时间的推移，酶的活力在逐渐减弱，而产物的累积会逐渐对酶解反应起到抑制作用，故DE 值呈现平缓的趋势。水溶性指数也随酶解时间的延长呈现先升高后降低的规律。因此，150 min 是酶解的最佳时间。

图2 不同酶解时间对DE 值和WSI 的影响Fig.2 Influence of different enzymatic hydrolysis time on DE value and WSI

2.2.3 酶解温度 温度是影响酶活性的主要因素之一，也会影响酶反应的促进速度。在一定范围内，逐渐上升温度，这个过程中反应能量增加，单位时间内的有效碰撞数就会增加，反应速度从而提高；由于酶的本质是蛋白质，当温度上升到超过某一限值时酶蛋白变性失去活性，导致酶促反应速率下降，由图3可知，当温度低时，淀粉酶的活性有限，淀粉酶的分解速率较低；随着温度的缓慢升高，淀粉酶的活性逐渐提高，酶的分解速率逐渐加快，DE 值逐渐升高。在55 ℃中以DE 值达到峰值，随后随着温度的升高酶活性受到限制，DE 值下降。

图3 不同酶解温度对DE 值和WSI 的影响Fig.3 Effects of different enzymolysis temperatures on DE value and WSI

2.3 正交试验结果

在单因素实验结果的基础上，选取酶总添加量（A）、酶解时间（B）和酶解温度（C）作为因素，采用三因素三水平的正交试验，正交试验方案和结果如表3 所示。

表3 复合酶解婴幼儿米粉正交试验分析方案和结果Table 3 Analysis scheme and results of orthogonal test of compound enzymatic hydrolysis of infant rice flour

由表4 极差值R 可知，R＞R＞R，因此影响复合酶解婴幼儿留胚米粉综合评价的因素主次关系为：酶解温度＞酶总添加量＞酶解时间，ABC为最佳组合，即酶总添加量为1250 U/g，酶解时间为150 min，酶解温度为58 ℃，试验结果为：DE 值：33.08%±0.33%，WSI：0.823%±0.07%，综合评分：1.012。验证试验显示，该工艺重现性、稳定性较好。

表4 正交试验方差分析Table 4 Analysis of variance of orthogonal test

2.4 婴幼儿留胚米粉表观形态结构分析

由图4 可见，未处理米粉样品的米粉颗粒主要为球形，较为完整且表面粗糙；经焙炒-挤压膨化加工处理过的米粉颗粒的形态与原淀粉颗粒的相近，表面稍显光滑，含有大量的碎屑；预糊化-酶解处理后的样品形状不规则，表面粗糙，呈鳞状，这种现象产生的主要原因可能是在预预糊化-酶解过程中，米粉原有颗粒破碎，表面碎片增加，表面粗糙度提高。米粉颗粒外观形状的不同应该与其加工方式有关，预糊化-酶解米粉样品由于经过挤压处理和酶的作用破坏了淀粉分子的结构，使得米粉颗粒呈现不规则的形状。

图4 米粉扫描电镜图（15000×）Fig.4 SEM of rice flour (15000×)

2.5 水溶性指数（WSI）与吸水性指数（WAI）

水溶性指数用于衡量淀粉的降解程度，与淀粉释放的可溶性小分子的数量有直接关系。吸水性指数主要是反映淀粉吸水膨胀形成凝胶的能力，这两个指标可以用来衡量米粉的冲调性质。如表5 所示，WSI 与WAI 呈负相关，预糊化-复合酶解留胚米粉的WSI 达到72.20%，远远高于其他组别。而预糊化-复合酶解留胚米粉的WAI 为1.82±0.13 g·g，低于其它组别，总体来讲与未经处理的留胚米粉比较WSI 上升50%，WAI 下降的主要原因在于在预糊化-酶解的过程中，-淀粉酶和-淀粉酶复合作用于淀粉，淀粉结构遭到破坏，使得留胚米粉的持水能力和吸水能力下降。Xu 等研究发现挤压膨化时加入高温-淀粉酶处理后，精米和糙米粉的WAI 均有所下降，WSI 均有所升高，与本研究结果一致。

表5 预糊化-复合酶解对婴幼儿米粉WSI 与WAI 的影响Table 5 Effects of pregelatinization and compound enzymatic hydrolysis on WSI and WAI of infant rice flour

2.6 分散时间

分散时间能直接表明米粉溶于水的速度的快慢。分散时间越短代表米粉自身的分散性越好。预糊化后留胚米粉的分散性相较于未处理的米粉有所改善，其主要原因是米粉中的大分子物质在高温高压强剪切力作用下被剪切成小分子物质，小分子更易溶于水。酶解后的米粉分散性更佳原因在于，物料经挤出后，再经过酶解，淀粉结构变得疏松，随着小分子物质含量的增加，分散时间变短。

表6 预糊化-复合酶解对婴幼儿米粉分散时间的影响Table 6 Effects of pregelatinization and compound enzymatic hydrolysis on dispersion time of infant rice flour

2.7 溶解度

将经过预糊化处理过的米粉和经预糊化-复合酶解加工处理过后的留胚米粉几种产品进行溶解度对比，结果如表7 所示。由数值关系上推断，经预糊化-复合酶解制备的米粉在溶解度上与未经处理米粉相比显著上升（＜0.05）。原因可能在于在留胚米粉在酶解过程中，部分淀粉被水解，从而形成了短链的低聚糖和葡萄糖，这两种物质的生成使得米粉的溶解性增大。在一定程度上，酶水解程度越高，其含有的短链糖越多，淀粉的溶解度就会越大。预糊化后的米粉相较于未处理的米粉溶解度也有较大程度的提升，证明高温高压高剪切力的条件可以破坏淀粉分子结构，使得米粉的溶解性增大。

表7 预糊化-复合酶解对婴幼儿米粉溶解度的影响Table 7 Effects of pregelatinization and compound enzymatic hydrolysis on solubility of infant rice flour

2.8 糊化特性

根据RVA 糊化仪测定产品的糊化特性，结果如表8 所示。经预糊化-酶解加工制备的米粉的峰值黏度、谷值黏度、崩解值、终值黏度和回生值均低于预糊化加工处理的米粉，尤其是峰值黏度显著降低了（＜0.05）。峰值粘度低可能是因为留胚米经过挤压膨化和复合酶解，促进了部分淀粉膨胀和直链淀粉的溶出；谷值黏度、崩解值和回升值小说明经预糊化-酶解的口感更好，老化速度慢。总体上，预糊化-复合酶解婴幼儿米粉的糊化特性较预糊化的米粉高，粘度较低，口感更好，更适合婴儿消化吸收。

表8 预糊化-复合酶解对婴幼儿米粉黏度的影响Table 8 Effects of pregelatinization and compound enzymatic hydrolysis on viscosity of infant rice flour

3 结论

本研究以经焙炒-挤压膨化留胚米粉为原料分别研究了酶总添加量、酶解温度、酶解时间3 个因素对婴幼儿留胚米粉DE 值和WSI 的影响，正交试验表明对DE 值的影响顺序为酶解温度＞酶总添加量＞酶解时间；最佳酶解条件为：复合酶总添加量为1250 U/g，酶解时间150 min，酶解温度58 ℃，在此条件下，DE 值：33.08%±0.33%，WSI：0.823%±0.07%，综合评分：1.012。预糊化-复合酶解留胚米粉DE 值增加使得淀粉分子降解更易消化，同时与未经处理的留胚米粉比较，预糊化-复合酶解留胚米粉的水溶性指数上升，吸水性指数和溶解度上升了，黏度降低。

由上述结果可知，留胚米粉经过预糊化-酶解后，具有更好的溶解度和糊化特性，可以有效改善传统加工婴幼儿米粉的溶解度差、消化性差、黏度大等问题。