李同剛，楊帆仔，龔雪梅，蔡福帶，林小秋

（1.惠爾康集團有限公司，福建廈門361004；2.廈門惠爾康食品有限公司，福建廈門361004）

谷物雜糧是21世紀最具開發(fā)潛力的食品資源，大量而有效地利用谷物雜糧所具有的健康、營養(yǎng)成分有利于膳食結構的改善和人類的健康[1]。目前谷物雜糧加工方向由傳統(tǒng)的食用谷物雜糧向現(xiàn)代的方便化谷物雜糧食品方向發(fā)展[2]。然而現(xiàn)有谷物雜糧產(chǎn)品多為一種或幾種谷物的復配，或以簡單的物理處理達到顆粒細化，不能充分細化營養(yǎng)分子[3]。在很多谷物研究中需去除谷殼谷皮，不僅浪費原料、污染環(huán)境，而且設備工藝復雜，產(chǎn)業(yè)化難度大。針對上述問題，本項目通過谷物復配、液化酶解、糖化酶解以及微波干燥等技術研制出蛋白質、脂肪、碳水化合物、維生素等含量與奶粉極為相似的谷物乳粉（即預制粉），旨在為谷物雜糧加工研究提供一定的理論依據(jù)。本文主要探討了預制粉制備中的關鍵環(huán)節(jié)——液化酶解及其工藝優(yōu)化，通過將淀粉轉化為糖使后續(xù)研究無需加糖，同時將粗纖維轉化為可溶性纖維以增加產(chǎn)品中的膳食纖維含量，從而達到簡化生產(chǎn)工藝、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品附加值的目的。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

燕麥、大豆、小米、大米、玉米、小麥、大麥、核桃、松仁、榛子、芝麻、豌豆、白蕓豆 由河北省農(nóng)林科學院谷子研究所提供；淀粉酶、纖維素酶 邢臺萬達生物工程有限公司；酚酞試劑、菲林試劑、葡萄糖、氫氧化鈉、碘液、鹽酸等 分析純。

DK-98-1電熱恒溫水浴鍋 常州菲普實驗儀器廠；EMS-4B磁力攪拌器 天津市歐諾儀器儀表有限公司；pH測定儀 上海虹益儀器儀表有限公司；電子天平 上海精密儀器儀表有限公司；PK-WB-6GS微波干燥爐 南京三樂微波技術發(fā)展有限公司。

1.2 預制粉生產(chǎn)工藝流程

在前期實驗的基礎上，對原料進行液化酶解，該酶解過程既影響后續(xù)糖化酶解，又對整個預制粉的制備過程起著至關重要作用，具體生產(chǎn)工藝流程如下。

1.3 谷物原料復配實驗

[4]的方法，為提高預制粉的蛋白質含量、膳食纖維含量，選用特色谷物按一定比例復配成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組，比例分配如表1所示。

表1 各復配組合中谷物含量（%）Table 1 The content of compound cereal of each group（%）

1.4 最佳酶解條件的確定

選擇最佳谷物復配組，選用淀粉酶與纖維素酶（復合比1∶1），以DE值為指標，分別考察底物濃度、加酶量、酶解溫度以及酶解時間對復配谷物酶解效果的影響，在此基礎上進行響應面優(yōu)化實驗，確定最適酶解條件。

1.4.1 酶解單因素實驗

1.4.1.1 底物濃度對復配谷物水解度的影響 固定加酶量0.30%、溫度50℃、時間60min、自然pH，分別選取2.00%、4.00%、6.00%、8.00%、10.00%、12.00%、14.00%、16.00%不同的底物濃度進行實驗，確定最佳底物濃度。

1.4.1.2 加酶量對復配谷物水解度的影響 固定底物6.00%、溫度50℃、時間60min、自然pH，加酶量分別設置為0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%、0.60%、0.70%，確定最適加酶量。

1.4.1.3 溫度對復配谷物水解度的影響 固定底物6.00%、加酶量0.40%、時間60min、自然pH，分別選取20、30、40、50、60、70、80℃不同溫度進行單因素實驗，選擇最適溫度。

1.4.1.4 時間對復配谷物水解度的影響 固定底物6.00%、加酶量4.0%、溫度60℃、自然pH，分別選取15、30、45、60、75、90、105min不同時間進行單因素實驗，選取最佳酶解時間。

1.4.2 響應面優(yōu)化實驗 在酶解單因素實驗結果的基礎上，以復配谷物水解度（DE值）為指標，利用響應面設計實驗，優(yōu)化酶法制備復配谷物飲品專用預制粉的最佳工藝。實驗設計如表2。實驗均平行3次。

表2 因素水平編碼表Table 2 The code list of factors level

1.5 指標測定

還原糖含量的測定采用菲林試劑滴定法[5]；總固形物的測定采用105℃恒重法。

DE值的計算公式：DE（%）=[還原糖的含量（mg/mL）/總固形物的含量（mg/mL）]×100。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用微軟辦公軟件Office2007，Design-Expert8.0軟件處理數(shù)據(jù)。本實驗均做了三次平行，結果為三次實驗的平均值。

2 結果與分析

2.1 谷物復配實驗結果

各組谷物復配主要以燕麥、大豆為主，為達到制備谷物飲品專用、易用、有營養(yǎng)等效果，添加少量芝麻、核桃、松仁、榛子、白蕓豆、小米、大米、玉米、小麥、大麥、豌豆。經(jīng)復配后的谷物組中蛋白質、脂肪和膳食纖維含量見表3。

表3 各組合中主要成分比較（%）Table 3 The comparison of the major components（%）

由表3可知，大豆含量（40%）一定的情況下，通過主調燕麥、微調芝麻、核桃、松仁、榛子、白蕓豆、小米、大米以及玉米比例，其中組合Ⅲ與組合Ⅳ中蛋白質和膳食纖維含量相當，但組合Ⅲ中的脂肪明顯低于組合Ⅳ，綜合考慮產(chǎn)品營養(yǎng)以及生產(chǎn)成本，選擇復配谷物組合Ⅲ為實驗原料，進行后續(xù)酶解實驗。

2.2 單因素實驗結果

2.2.1 底物濃度對復配谷物水解度的影響 底物濃度高低是影響酶解的參數(shù)[5]。由圖1可知，隨著底物濃度的增加，DE值呈現(xiàn)明顯的先增后降，當?shù)孜餄舛葹?.00%時，DE值最大達43.40%。在加酶量一定的情況下，酶與底物充分絡合，隨著底物繼續(xù)增加，底物與底物之間出現(xiàn)競爭性抑制從而影響酶解效果[6]，所以在固定酶解條件下，最適底物濃度為6.00%。

圖1 底物濃度對酶解效果的影響Fig.1 Effect of the substrate concentration on ability of hydrolysis

2.2.2 加酶量對復配谷物水解度的影響 酶解實驗中，加酶量是影響酶解重要參數(shù)。由圖2可知，加酶量在0.10% ～0.40%之間，DE值逐漸增高，當加酶量達到0.40%時，DE值達到拐點，繼續(xù)增大加酶量，DE值增加不明顯。這是因為底物近乎完全被酶絡合，酶解進行較為徹底[7]，所以結合生產(chǎn)成本因素，選用0.40%為最適加酶量。

圖2 加酶量對酶解效果的影響Fig.2 Effect of the enzyme concentration on ability of hydrolysis

2.2.3 溫度對復配谷物水解度的影響 溫度影響酶的活性，對酶解有重要影響。由圖3可知，不斷提高溫度，DE值呈現(xiàn)明顯的先增后降，當溫度為60℃時，DE值達到最高點，為46.88%。這是由于低溫度時酶的活性不高影響了酶解效果，當溫度過高時又抑制了酶活。本實驗選用雙酶酶解，需要二者均適宜的酶解溫度，所以最適溫度選為60℃。

圖3 溫度對酶解效果的影響Fig.3 Effect of the temperature on ability of hydrolysis

2.2.4 時間對復配谷物水解度的影響 時間是酶解實驗的又一重要參數(shù)。由圖4可知，15 ～75min之間，DE值隨著時間的延長明顯提高；75min后，DE值開始降低，在75min時達到最高值49.40%。這是因為酶解具有專一性[7]，酶解前期需識別底物并與之結合，后期隨著底物減少，酶解效果減弱。因此，本實驗酶解時間選擇75min。

圖4 時間對酶解效果的影響Fig.4 Effect of the time on ability of hydrolysis

2.3 響應面實驗結果

2.3.1 經(jīng)驗數(shù)學模型 根據(jù)表2因素水平，采用Box-Behnken實驗設計，結果見表4，其中1 ～24為析因實驗，25 ～29為中心點重復實驗。

中心組合實驗結果見表4，經(jīng)Design Expert軟件處理，得到如下回歸方程：Y=49.91-1.12X1+3.33X2+1.45X3+2.07X4+1.30X1X2+0.59X1X3-3.86X1X4+1.37X2X3+1.26X2X4+1.06X3X4-3.36X12-1.36X22-4.83X32-2.74X42。

2.3.2 回歸模型的顯著性檢驗 為檢驗回歸方程的有效性，按F1=失擬均方/誤差均方，F(xiàn)2=回歸均方/剩余均方的程序進行檢驗，結果見表5。

由表5可知，在0.01水平上失擬項F1不顯著、F2極顯著，這表明方程與實驗數(shù)據(jù)的配合是可行的。經(jīng)顯著性比較，剔除不顯著項后，簡化后得回歸方程：Y=49.91-1.12X1+3.33X2+1.45X3+2.07X4-3.86X1X4-3.36X12-1.36X22-4.83X32-2.74X42，該方程R2=0.9539，R2adj=0.9079，說明回歸方程對實際實驗擬合情況較好[8-9]，可以用來建立模型。在本實驗中各因素影響大小順序為：X2＞X4＞X3＞X1，即加酶量＞時間＞溫度＞底物濃度。

綜合考慮，在實驗所設定的參數(shù)范圍內，獲得復配谷物液化酶解工藝條件為：X1=0.60、X2=1.00、X3=0.29、X4=1.00，即底物濃度6.60%、加酶量0.40%、溫度61.45℃、時間90.00min，此時預測DE值為54.15%。

2.3.3 驗證性實驗 按照最佳酶解條件（底物濃度6.60%、加酶量0.40%、溫度61.45℃、時間90.00min）進行驗證實驗，重復三次，所得結果如表6所示。

由表6可知，回歸方程所得的預測值54.15%與驗證實驗的平均值54.88%的誤差為0.73%，證明該酶解條件參數(shù)可靠，該方程能較好反映液化酶解過程中水解度變化情況[10]。

3 結論

實驗通過谷物復配，獲得適合制備谷物飲品專用預制粉的復配組合Ⅲ，以此為原料在單因素基礎上，采用響應面優(yōu)化，Design-Expert8.0軟件分析得到最佳酶解組合為：底物濃度6.60%、加酶量0.40%、溫度61.45℃、時間90.00min，此時DE值可達54.88%，其中各因素的影響大小順序：加酶量＞時間＞溫度＞底物濃度。此液化酶解條件為后續(xù)的糖化酶解，以及大規(guī)模生產(chǎn)復配谷物制備飲品專用預制粉奠定了基礎。

表4 中心組合實驗設計及結果Table 4 The results of Box-Behnken

表5 實驗結果方差分析表Table 5 The results of ANOVA

表6 結果驗證Table 6 The testing results

參考文獻

[1]預拌粉或將成為行業(yè)未來發(fā)展趨勢[EB/OL].http：//www.chinacir.com.cn/2013_hyzx/357614.shtml，2013-06-04.

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