龔雪梅，蔡福帶，李同剛，楊帆仔，林小秋

(惠爾康集團(tuán)有限公司，福建廈門361004;廈門惠爾康食品有限公司，福建廈門361004)

亞健康狀態(tài)在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、社會競爭激烈的國家和地區(qū)中普遍存在，人數(shù)呈逐年增加的趨勢。世界衛(wèi)生組織(WHO)章程序言中提到:全世界屬于健康狀態(tài)者僅占5%，診病者約占20%，剩下的75%就屬于亞健康狀態(tài)者。世衛(wèi)組織在《迎接21世紀(jì)挑戰(zhàn)》中指出:21世紀(jì)的醫(yī)學(xué)不應(yīng)該繼續(xù)以疾病為主要研究領(lǐng)域，應(yīng)該以人類和人群的健康為主要研究方向［1］。谷物雜糧含有人體必需營養(yǎng)元素，一是維生素B1的含量高，二是含有較多膳食纖維，三是可以增強(qiáng)身體的免疫能力。作為21世紀(jì)最具開發(fā)潛力的食品資源，谷物雜糧具有健康的營養(yǎng)成分，有利于膳食結(jié)構(gòu)的改善，有利于人類的健康［2］。但現(xiàn)有谷物雜糧復(fù)配產(chǎn)品少，或以簡單的物理處理達(dá)到顆粒細(xì)化，不能充分細(xì)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(fèi)原料、污染環(huán)境，而且設(shè)備工藝復(fù)雜，產(chǎn)業(yè)化以及復(fù)制難度大。

本實(shí)驗(yàn)在復(fù)配谷物液化酶解實(shí)驗(yàn)［4］研究中，直接將谷殼谷皮酶解，提高產(chǎn)品膳食纖維的同時，也解決了生產(chǎn)上遇到的部分難題。但制備的可復(fù)制預(yù)制粉(PBP)顆粒、色澤以及溶解性均不理想，故進(jìn)一步對復(fù)配谷物液化酶解液開展糖化酶解工藝研究，制備溶解性好、色澤呈乳黃色，飲品調(diào)配中不會出現(xiàn)pH變化，易于生產(chǎn)復(fù)制，且其蛋白質(zhì)、脂肪以及可溶性膳食纖維含量達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)等生產(chǎn)要求的PBP，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)工藝優(yōu)化，簡化實(shí)驗(yàn)步驟，最終達(dá)到谷物雜糧規(guī)?；a(chǎn)成本降低、產(chǎn)品附加值提高的目的。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

復(fù)配谷物液化酶解液(DE值54．88%) 廈門惠爾康食品有限公司;葡萄糖淀粉酶 邢臺萬達(dá)生物工程有限公司;糖化酶解;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(shí)驗(yàn)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;XB120A電子天平 上海精密儀器儀表有限公司;DHG9055A鼓風(fēng)干燥箱 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(shù)發(fā)展有限公司。

1.2 預(yù)制粉生產(chǎn)工藝流程

在對原料進(jìn)行液化酶解(淀粉酶和纖維素酶)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行后續(xù)糖化酶酶解，液化酶解與糖化酶解對整個預(yù)制粉的制備過程起著至關(guān)重要作用，具體生產(chǎn)工藝流程如下。

1.3 最佳酶解條件的確定

選擇最佳復(fù)配谷物液化酶解液，選用葡萄糖淀粉酶，以DE值為指標(biāo)，分別考察加酶量、酶解溫度以及酶解時間對原料液化酶解效果的影響，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計，確定最適酶解條件［5-7］。

1．3．1 酶解單因素實(shí)驗(yàn)

1．3．1．1 加酶量對底物水解度的影響 固定溫度50℃、時間 60min、自然 pH，分別選取 100、150、200、250和300U/mL不同的加酶量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定最適加酶量。

1．3．1．2 溫度對底物水解度的影響 固定加酶量200U/mL、時間60min、自然pH，溫度分別設(shè)置為40、50、60、70、80 和 90℃，確定最適溫度。

1．3．1．3 時間對底物水解度的影響 固定加酶量200U/mL、溫度60℃、自然 pH，分別選取 20、40、60、80、100和120min不同時間進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，選擇最適酶解時間。

1．3．2 正交設(shè)計優(yōu)化實(shí)驗(yàn) 在酶解單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，以底物水解度(DE值)為指標(biāo)，利用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計，優(yōu)化酶法制備復(fù)配谷物飲品專用預(yù)制粉的最佳工藝。實(shí)驗(yàn)設(shè)計如表1。

表1 因素水平編碼表Table 1 The code list of factors level

1.4 指標(biāo)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值計算公式:

DE(%)=還原糖的含量(mg/mL)/總固形物的含量(mg/mL)×100

復(fù)配谷物預(yù)制粉組分檢測方法:蛋白質(zhì)參照國家標(biāo)準(zhǔn) GB 5009．5-2010;脂肪參照 GB/T 5009．6-2003;膳食纖維參照GB/T 22224-2008。

其他成分檢測方法:黃曲霉毒素B1參照GB/T 5009．22-2003;總砷(以 As 計)參照 GB/T 5009．11-2003;鉛(Pb)參照 GB 5009．12-2010，試樣經(jīng)灰化后，在一定濃度范圍內(nèi)，注入原子吸收分光光度計石墨爐中，其吸收值與鉛含量成正比，與標(biāo)準(zhǔn)系列比較定量。

溶解性測定［8］:在溶質(zhì)還沒有完全溶解于溶劑中時，這時在溶液中取出的液體是不一定飽和。但如果溶質(zhì)已經(jīng)完全溶解于溶劑中并有溶質(zhì)析出時，這時在溶液中提取的液體是飽和的。在恒溫水浴條件下，取一定量谷物預(yù)制粉加入500mL去離子水中，配制成飽和溶液，取100mL的飽和溶液傾入蒸發(fā)皿，再將蒸發(fā)皿放入烘箱中烘干，放入干燥器內(nèi)冷卻后稱量并記錄m2(mg)，重復(fù)上述操作(兩次相差不超過2mg)，稱量并記錄蒸發(fā)皿的質(zhì)量m1(mg)，計算PBP溶解性S(mg/100mL)，溶解性測算公式:

1.5 感官評定

抽取10名有食品感官鑒定經(jīng)驗(yàn)的人員，對復(fù)配谷物經(jīng)液化和糖化兩步酶解后，微波干燥所得粉劑進(jìn)行顆粒大小與色澤評定。評定等級標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 感官評定參考標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The reference standard of sensory evaluation

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用微軟辦公軟件Office2007?，Spss19．0軟件處理數(shù)據(jù)。本實(shí)驗(yàn)均做了三次平行，結(jié)果為三次實(shí)驗(yàn)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 加酶量對糖化酶解的影響

加酶量對酶解效果影響明顯，且關(guān)乎生產(chǎn)成本的規(guī)劃，是實(shí)驗(yàn)中重要參數(shù)。由圖1可知，加酶量由100U/mL提升到200U/mL時，DE值增高迅速，當(dāng)加酶量達(dá)到200U/mL繼續(xù)提高加酶量至300U/mL，DE值增加緩慢。這是因?yàn)榈孜锝跬耆幻附j(luò)合，酶解進(jìn)行較為徹底［9-10］，所以結(jié)合生產(chǎn)成本因素，選用200U/mL為最適糖化酶解加酶量。

2.2 酶解溫度對糖化酶解的影響

溫度是影響酶活性的重要因素，由圖2可知，不斷提高溫度，DE值呈現(xiàn)明顯的先增后降，當(dāng)溫度為60℃時，DE值達(dá)到86．12%。這是由于低溫度時酶的活性不高影響了酶解效果，當(dāng)溫度過高時又抑制了酶活。本實(shí)驗(yàn)選用溫度為60℃，進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

2.3 酶解時間對糖化酶解的影響

圖1 加酶量對糖化酶解的影響Fig．1 Effect of the enzyme concentration on ability of saccharifying hydrolysis

圖2 溫度對糖化酶解的影響Fig．2 Effect of the temperature on ability of saccharifying hydrolysis

時間是影響酶解效果又一重要參數(shù)，由圖3可知，糖化時間由20min增加到60min時，DE值快速增加;60min至80min，DE值緩慢增加;80min后DE值趨于平緩，繼續(xù)增加酶解時間，酶解效果已不明顯。這是因?yàn)槊附饩哂袑Ｒ恍裕?0］，酶解前期需識別底物并與之結(jié)合，后期隨著底物減少，酶解效果減弱。綜合考慮，本實(shí)驗(yàn)選擇60min作為后續(xù)的酶解優(yōu)化時間。

圖3 酶解時間對糖化酶解的影響Fig．3 Effect of the time on ability of saccharifying hydrolysis

2.4 糖化酶解正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由單因素實(shí)驗(yàn)可知，糖化酶加酶量、反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度都會對酶解反應(yīng)產(chǎn)生影響，采用正交實(shí)驗(yàn)來確定糖化酶解的最佳實(shí)驗(yàn)條件。在復(fù)配谷物液化酶解的研究基礎(chǔ)上，以DE值為考察指標(biāo)，以反應(yīng)溫度、加酶量、反應(yīng)時間為因素設(shè)計L9(34)正交實(shí)驗(yàn)。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計結(jié)果與分析Table 3 The results and analyase of orthogonal experimental design

由表3可知，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，各因素的作用大小順序?yàn)榧用噶扛哂跍囟?，溫度高于時間，即A＞B＞C。實(shí)驗(yàn)最佳組合為A3B2C2，即加酶量250U/mL、溫度60℃、時間60min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在此條件下，PBP的DE值達(dá)到88．96%。

2.5 不同水解度的PBP感官與溶解性比較

PBP的感官與溶解性是其作為生產(chǎn)飲品原料的重要參考因素，感官中的顆粒大小、色澤等影響飲品的顏色和口感，而溶解性直接關(guān)系到飲品中固形物的含量以及產(chǎn)品的整體效果。

由表4可知，隨著酶解的進(jìn)行，即DE值的提高，PBP顆粒逐漸細(xì)化，色澤由橘黃色變成乳黃色(接近開發(fā)乳品理想的顏色)，當(dāng) DE值達(dá)到88．96%時，感官評分得92分。同時，其溶解性緩慢提高，適宜開發(fā)飲品。綜合實(shí)驗(yàn)需求、生產(chǎn)成本等因素考慮，故選擇DE值為88．96%的PBP為后續(xù)研究開發(fā)原料。

表4 不同水解度的PBP感官與溶解性Table 4 The PBP sensory and solubility of different DE(%)

2.6 PBP的溶解性研究

物質(zhì)溶解性決定其是否適合生產(chǎn)應(yīng)用，溶解能力的大小，一方面決定于物質(zhì)的本性;另一方面也與外界條件如溫度、溶劑種類等有關(guān)。在相同條件下，有些物質(zhì)易于溶解，而有些物質(zhì)則難于溶解，即不同物質(zhì)在同一溶劑里溶解能力不同。通常把某一物質(zhì)溶解在另一物質(zhì)里的能力稱為溶解性。在20℃、100mL水中，物質(zhì)溶解大于等于10g則易溶;大于等于1g小于10g為可溶;大于等于0．01g小于1g為微溶;小于0．01g則表示難溶或者不溶［8］。上述實(shí)驗(yàn)得出，高DE值的PBP不僅色澤、顆粒適合開發(fā)乳品，同時溶解性較高。進(jìn)一步研究不同條件下，DE值88．96%的PBP的溶解性，以期為后續(xù)的生產(chǎn)研究提供理論參考。

2．6．1 PBP在不同溫度條件下溶解性的變化 由圖4可知，在自然pH、不同溫度條件下，PBP的溶解能力變化明顯，溫度在0℃時，PBP 溶解不到 2．80g/100mL，繼續(xù)提高溫度到50℃時，可達(dá)到5．25g/100mL，繼續(xù)加熱溶劑到100℃，溶解效果可以達(dá)到8．13g/100mL。所以，本實(shí)驗(yàn)制備的PBP屬于可溶物質(zhì)。

圖4 在不同溫度條件下溶解性變化Fig．4 The changement of Solubility under different temperature

2．6．2 PBP在不同pH條件下溶解度的變化 由圖5可見，在常溫條件下，PBP隨著pH的提高，溶解性先增大后減小，即強(qiáng)酸條件下溶解性較低，降低酸度至pH 為 5．5 時，溶解性達(dá)到最大值的 7．58g/100mL，繼續(xù)提高pH到6．5左右時，PBP的溶解能力下降明顯，但 pH 為 7．5 時，溶解能力為 4．98g/100mL，仍屬于可溶物質(zhì)。

圖5 在不同pH條件下溶解性變化Fig．5 The changement of Solubility under different pH

2.7 PBP的營養(yǎng)組分分析

由表5可知，PBP中蛋白質(zhì)和脂肪含量分別為28．00、31．10g/100g(約7%為不飽和脂肪酸)，可溶性膳食纖維達(dá)到1．10g/100g，為飲品開發(fā)提供營養(yǎng)原料。其他物質(zhì)中，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量［11］，雜糧中無機(jī)砷限量 0．2mg/kg、乳粉中 0．25mg/kg、果汁及果漿中總砷不超過 0．2mg/kg，PBP 砷含量 0．10mg/kg，符合要求;鉛的含量不到0．10mg/kg，低于國家標(biāo)準(zhǔn)谷類、豆類、薯類中鉛限量0．2mg/kg。所以，本實(shí)驗(yàn)制備的PBP營養(yǎng)組分較為豐富，有害物質(zhì)符合國家要求限量標(biāo)準(zhǔn)。

表5 預(yù)制粉基本成分Table 5 The basic components of PBP

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在前期液化酶解工藝的基礎(chǔ)上，開展糖化酶解的工藝優(yōu)化。采用葡萄糖淀粉酶對液化酶解液二次酶解，通過單因素實(shí)驗(yàn)與正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，得到最佳糖化酶解工藝條件為:加酶量250U/mL、溫度60℃、時間60min、自然pH，此時酶解液DE值達(dá)到88．96%。該酶解液進(jìn)行干燥得到谷物飲品預(yù)制粉(PBP)，對其性質(zhì)測量得，其中蛋白質(zhì)和脂肪含量分別為 28．00、31．10g/100g，膳食纖維達(dá)到 1．10g/100g，營養(yǎng)組分較為豐富，且色澤、顆粒大小較適合開發(fā)飲品;砷含量 0．10mg/kg，鉛的含量不到 0．10mg/kg，有害物質(zhì)符合國家要求限量標(biāo)準(zhǔn)。溶解性測量表明PBP為可溶物質(zhì)。

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