燕麦醪糟发酵前液化工艺的优化

刘红微 ，张美莉*，池富荣

1. 河套学院（巴彦淖尔 015000）；2. 内蒙古农业大学 食品科学与工程学院（呼和浩特 010018）；3. 内蒙古自治区巴彦淖尔市杭锦后旗委党校（巴彦淖尔 015000）

牧区醪糟是传统的低醇发酵饮料，具有地域特色。燕麦醪糟是以燕麦-黍米复合粉为原料，加水高温糊化后经玉米芽粉液化，而后经高温发酵得到的固液混合物[1-2]。燕麦醪糟的研制，既丰富了醪糟的种类，又开发了新型燕麦食品。燕麦醪糟含有丰富的营养成分及功能成分，有助于消化、提高免疫力、降血糖、预防癌症等[8]。迄今为止，醪糟的生产多为家庭或作坊式生产，存在产品品质不稳定等问题。

谷物发芽处理能够激活谷物中的酶活力，如α-淀粉酶、蛋白酶等。α-淀粉酶又称为液化酶，杨蕾[1]研究指出玉米发芽制粉后，玉米芽粉中α-淀粉酶活力可达50 U/g，所以玉米芽粉具有使淀粉液化的能力。液化是淀粉高温糊化后，在液化酶的作用下使糊化后的淀粉水解成小分子的可溶性糖，破坏胶体状态，从而使淀粉的黏度下降，流动性好，形成流动性醪液[3-5]，为下一步工艺创造条件。液化工艺为燕麦醪糟发酵前的关键环节，是后期糖化与发酵的基础。研究以燕麦-黍米复合粉为原料，进行燕麦醪糟发酵前液化工艺的优化，为燕麦醪糟发酵工艺的研究提供前期准备。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

燕麦面、黍米面、玉米芽粉（市售）；试剂均为分析纯（天津市科密欧化学试剂有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程玉米芽粉→燕麦→黍米复合粉→过筛→糊化→液化→燕麦→黍米液化液

1.2.2 分析方法

1.2.2.1 燕麦-黍米液化液相关指标的测定方法

还原糖（以葡萄糖计）测定：还原糖含量的测定采用菲林试剂滴定法。

总固形物的测定：采用105 ℃恒重法。

DE值[6]：葡萄糖当量值，是还原糖（以葡萄糖计）占溶液干物质的百分比，按式（1）计算[7-8]。

1.2.3 试验方法

1.2.3.1 单因素试验

将燕麦粉与黍米粉按3∶7（W/W）比例混合，按料水比1∶5（g/mL）蒸煮糊化40 min，然后降低温度，添加玉米芽粉进行液化。试验选取玉米芽粉添加量（100 g原料玉米芽粉用量）、温度、时间三个因素进行单因素试验[9-11]。在60 ℃，20 min的条件下，按玉米芽粉添加量5%，10%，15%和20%进行试验；在玉米芽粉添加量10%、时间20 min的条件下，按温度60，65，70和75 ℃进行试验；在温度60 ℃，玉米芽粉用量10%（占复合粉百分比）的条件下，按液化时间15，20，25和30 min进行试验。每组试验平行进行3次，确定最优单因素水平。

1.2.3.2 正交试验

在单因素试验基础上，选取玉米芽粉添加量、温度、时间3个因素，以DE值为考核指标，设计三因素三水平的正交试验，以确定燕麦-黍米复合粉最佳液化工艺参数。

1.3 数据处理

采用Excel对数据进行整理并作图，用SPSS 25.0分析软件进行正交设计及数据处理。

2 结果与分析

2.1 液化工艺单因素试验

DE值可作为燕麦-黍米醪糟发酵前液化工艺的考核指标。当DE＜10%时，淀粉颗粒会发生重结合现象；当DE＞20%时，影响催化效果，造成最终糖化DE值变低[12-13]。故燕麦-黍米复配谷物粉液化至DE值在20%左右为宜。

2.1.1 玉米芽粉添加量对燕麦-黍米粉液化的影响

由图1可知，随着玉米芽粉添加量的增加，燕麦-黍米液化液的DE值呈现升高的趋势，玉米芽粉添加量为10%及15%时，水解液的DE值上升趋势平缓。因为在底物浓度一定的情况下，当玉米芽粉添加量小于10%时，底物的浓度大于玉米芽粉中酶的浓度，反应速率主要受玉米芽粉中酶的浓度的影响，随着玉米芽粉中酶的浓度的增加，液化液的DE值迅速增大；当玉米芽粉添加量为10%及15%时，此时底物的浓度和玉米芽粉中酶浓度基本上达到动态平衡，燕麦-黍米液化液的DE值变化不大。玉米芽粉添加量10%时，燕麦-黍米液化液的DE值近于20%，因此，选10%为较优玉米芽粉添加量进行后续试验。

图1 玉米芽粉添加量对液化液DE值的影响

2.1.2 温度对燕麦-黍米粉液化的影响

由图2可知，随着温度的升高，燕麦-黍米液化液的DE值整体呈上升趋势，但是65 ℃时燕麦-黍米液化液DE值达到顶点后，上升趋势平缓，略有下降。65℃前温度升高，酶与底物反应速度加快；65 ℃之后温度继续升高，会使酶蛋白逐渐变性失活，使酶的作用下降。温度过高或过低都会降低酶的催化效率，影响酶促反应速度，甚至可导致酶失活而完全丧失催化作用[14]。因此，考虑能耗及玉米芽粉酶活性，选择65 ℃进行后续试验。

图2 液化温度对液化液DE值的影响

2.1.3 液化时间对燕麦-黍米粉液化的影响

因为酶解具有专一性，发生酶促反应前须识别底物并与之结合，短时内，酶促反应不完全，DE值较低；酶促反应一定时间后，反应相对完全，继续增加液化时间，酶分子出现钝化现象及底物浓度降低，液化效果下降[15-17]。由图3可知，随着液化时间的延长，燕麦-黍米液化液的DE值先升高后略有下降。液化15 min时，燕麦-黍米液化液DE值接近20%，考虑设备利用率，液化时间选15 min。

图3 液化时间对液化液DE值的影响

2.1.4 燕麦-黍米复合粉液化的正交试验结果

在单因素试验的基础上，进行三因素三水平的正交试验，结果见表1。由表1和表2可知，玉米芽粉添加量与液化温度显著影响燕麦-黍米复配粉的水解效果，影响燕麦-黍米粉DE值的主次因素为玉米芽粉添加量＞液化温度＞液化时间，DE值最为接近20的组合分别为A2B2C1与A1B3C2，即：玉米芽粉添加量10%、液化温度65 ℃、液化时间10 min，此时DE值为20.41%；玉米芽粉添加量8%、液化温度70 ℃、液化时间15min，此时DE值为20.42%。玉米芽粉添加量F值高于液化温度F值。玉米芽粉添加量对燕麦-黍米粉液化工艺的影响高于液化温度，综合考虑成本、设备利用率及安全等因素，液化工艺选择A2B2C1。

表1 液化正交试验结果

表2 液化正交试验结果方差分析

3 结论

研究以燕麦-黍米复合粉为原料，在单因素试验的基础上，采用正交试验确定了燕麦醪糟发酵前的最佳液化工艺：玉米芽粉添加量10%、液化温度65 ℃、液化时间10 min。在此条件下，燕麦-黍米液化液DE值为20.41%。研究确定了燕麦醪糟发酵前液化工艺，为后续燕麦醪糟的发酵提供数据基础。