复合酶对方便米饭抗回生的研究

舒 奕，赵 迪，刘美艳，赵国华，2，*

(1.西南大学食品科学学院，重庆400716; 2.西南大学国家实验教学示范中心，重庆400716)

复合酶对方便米饭抗回生的研究

舒 奕1，赵 迪1，刘美艳1，赵国华1，2，*

(1.西南大学食品科学学院，重庆400716; 2.西南大学国家实验教学示范中心，重庆400716)

淀粉回生是影响方便米饭品质的主要原因。在单因素实验的基础上，通过响应面分析方法优化了复合酶(β－淀粉酶/α－淀粉酶)处理方便米饭抑制其回生的条件。结果表明，当复合酶溶液用量为10mL/20g大米，β－淀粉酶/α－淀粉酶使用比例为9∶1(U/U)、作用温度为44℃和作用时间为50min时，方便米饭成品的糊化度达96.20%。与对照组(未加酶的产品)相比，产品糊化度提高了28.22%。因此，采用复合淀粉酶法可有效地改善方便米饭的品质。

方便米饭，复合酶，抗回生，响应面

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

东北大米 市售;α－淀粉酶(食品级，酶活力3000U/g)、β－淀粉酶(食品级，酶活力2000U/g)河南亿特化工产品有限公司。

Sarorius型电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司;HWS－26电热恒温水浴锅、DHG－9140电热恒温鼓风干燥箱 上海齐欣科学仪器有限公司; SYQ－DSX－280B手提式不锈钢电热蒸汽灭菌锅 上海申安医疗器械厂;MIR－553恒温培养箱 上海金鹏分析仪器有限公司;DSC 200F3 Maia差示扫描量热仪 德国耐弛仪器制造有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 酶法方便米饭生产工艺 本工艺在参照以往文献［11－15］的基础上，并进行了适当的修改，流程如下:

洗米(两次)→浸泡(50℃，30min)→高温蒸煮(116℃，12min)→喷洒酶液(条件优化)→高温灭酶(121℃，5min)→冷水离散(2min)→热风干燥(100℃，90min)→成品

1.2.2 糊化度的测定 将干燥成品经粉碎，过80目筛后采用DSC(差示扫描量热分析)测定。用分析天平称取10mg样品置于铝制坩埚中，按m样品∶m蒸馏水= 1∶1的比例加入蒸馏水，密封后静置2h，用DSC进行测定［16－18］:扫描温度从20℃上升到150℃，升温速度为10℃/min，样品升温过程中产生的热焓值为样品的老化焓(ΔH2)，而原料大米经DSC扫描加热糊化产生的热焓值为糊化焓(ΔH1)。本实验以未加酶的方便米饭制作工艺作为对照组。糊化度(α度)的计算公式如下:

1.2.3 酶优化的单因素实验 采用上述工艺流程，为了选择对方便米饭糊化度影响较大的因素，本研究对酶浓度、酶作用时间、温度等影响因子进行了单因素实验。根据实验结果，选择3个重要因素进行响应面分析以优化该工艺。

1.2.4 响应面法实验设计及统计分析 响应面分析法是一种重要的实验分析方法，本实验选取该分析方法中的Box－Behnken design(BBD)设计方法进行实验优化。根据BBD设计原理，综合单因素实验结果，选取β－淀粉酶与α－淀粉酶复配的浓度比、酶作用温度、酶作用时间对方便米饭糊化度影响较显著的3个因素，采用三因素三水平响应面分析方法，选取的因素与水平设计见表1。

表1 响应面实验因素水平编码表Table 1 Factors and levels in the response surface analysis

响应面结果建立二次多项式回归模型，其回归方程式为:

式中，X1、X2、X3分别代表酶的浓度比、作用温度以及作用时间;C0为常数项;Ci(i=1，2，3)为一次项回归系数;C12、C13、C23为交互作用系数;Cii(i=1，2，3)是二次项回归系数。采用Design Expert 7.0软件对实验结果进行响应面分析和统计学分析，模型的置信水平为95%。

2 结果与分析

2.1 β－淀粉酶与α－淀粉酶复配比例对方便米饭糊化度的影响

图1表明，当β－淀粉酶与α－淀粉酶溶液的总用量为10mL/20g大米，浓度比值(β－淀粉酶/α－淀粉酶)在1∶9到1∶1时，方便米饭的糊化度呈下降趋势。浓度比值在1∶1～5∶1范围内时，随着该比值的不断增大，糊化度也开始增大。当浓度比值为9∶1时，糊化度达到最大值，为94.84%。淀粉酶浓度比值范围为9∶1～15∶1时，糊化度基本保持不变。这可能是由于β－淀粉酶对淀粉的糊化度的影响更大。

图1 β－淀粉酶与α－淀粉酶复配浓度比对方便米饭糊化度的影响Fig.1 Effect of the ratio of β－amylase to α－amylase on the degree of gelatinization of ready－to－eat rice

2.2 β－淀粉酶与α－淀粉酶复配作用温度对方便米饭糊化度的影响

从图2可以看出，当β－淀粉酶与α－淀粉酶溶液的总用量为10mL/20g大米，浓度比值(β－淀粉酶/ α－淀粉酶)为9∶1，酶作用时间为36min，温度从30℃上升到50℃时，方便米饭的糊化度值呈现小幅度的波动。而在50～70℃范围内，随着温度的升高，糊化度值急剧下降，与对照组接近。这可能是因为复配酶在50℃温度以后活力下降致使酶作用受影响，方便米饭糊化度降低。因此，确定该复合酶作用于方便米饭的最适温度为30～50℃。

图2 β－淀粉酶与α－淀粉酶复配作用温度对方便米饭糊化度的影响Fig.2 Effect of reaction temperature on the degree of gelatinization of ready－to－eat rice

2.3 β－淀粉酶与α－淀粉酶复配作用时间对方便米饭糊化度的影响

由图3可见，当β－淀粉酶与α－淀粉酶溶液的总用量为10mL/20g大米，浓度比值(β－淀粉酶/α－淀粉酶)为9∶1，酶作用温度为50℃，在短时间内(0～36min)，随着时间的延长，方便米饭的糊化度呈显著增大趋势。而36min后，糊化度无明显变化。为节约成本，该单因素实验确定时间范围18～54min为复合淀粉酶的最适作用时间范围。

2.4 响应面优化实验设计

2.4.1 响应面分析实验设计方案及结果 以复合酶浓度比、酶作用时间、温度为自变量，方便米饭的糊化度为响应值(Y)，进行响应面实验设计，设计方案见表2。

2.4.2 响应面回归模型的分析 通过Design Expert软件对实验结果进行二次多元回归分析，获得方便米饭的糊化度对复合淀粉酶浓度比、酶作用温度、时间的二次多元回归模型为:

图3 β－淀粉酶与α－淀粉酶复配作用时间对方便米饭糊化度的影响Fig.3 Effect of reaction time on the degree of gelatinization of ready－to－eat rice

表2 响应面实验设计结果Table 2 Experimental results of Box－Behnken experimental

表3 响应面回归方程的方差分析Table 3 Analysis of variance(ANOVA)for the response surface quadratic polynomial model

由表3可知，该模型是极显著的(p＜0.01)。失拟项不显著(p=0.0864＞0.05)，表明本实验在回归区域内拟合良好。方程复相关系数的平方(R2)为0.9778，表明模型拟合程度很好。X1、X3、X1X2、对方便米饭的糊化度影响极显著(p＜0.01)，对方便米饭的糊化度影响显著(p＜0.05)，其余项X2、X1X3、X2X3对产品方便米饭的影响不显著。

2.4.3 各因素间的交互作用 根据回归方程，绘制响应面分析图，见图4～图6，响应面代表两个独立变量的交互作用。淀粉酶作用时间和温度的交互作用显著，表现为曲线较陡。由图4可知，当淀粉酶浓度比值一定时，糊化度值随酶作用时间变化呈增大趋势;作用时间一定时，淀粉酶浓度比对糊化度值的影响不大。从图5可以看出，当固定酶浓度比在某一值时，随着酶作用温度的升高(30～44℃)，糊化度值增大，45℃后糊化度值变化缓慢。糊化度值的变化速率显示温度的主效应大于酶浓度比。由图6可见，当固定两个变量中的其中某一值时，糊化度值都呈现先增大后减小的趋势。

图4 酶浓度比与作用时间对方便米饭糊化度的影响Fig.4 Effect of the ratio of complex enzymes to time on the degree of gelatinization of ready－to－eat rice

图5 酶浓度比与作用温度对方便米饭糊化度的影响Fig.5 Effect of the ratio of complex enzymes to temperature on the degree of gelatinization of ready－to－eat rice

2.5 验证实验

通过Design Expert软件得出，在复合酶浓度比值为9∶1(U/U)、酶作用温度43.67℃和时间为50.12min时的条件下，最大糊化度预测值为96.54%。为验证回归模型的准确性，采用上述最佳工艺条件进行了验证实验，复合酶浓度比值9∶1(U/U)、酶作用温度为44℃和作用时间为50min，得到真实值为96.20%，与预测值吻合良好。这说明采用响应面分析方法优化得到的参数是可靠的，具有实用价值。

3 结论

实验表明，复合淀粉酶处理熟化的米饭有利于提高方便米饭成品的糊化度，抑制回生。这与复合淀粉酶对大米中淀粉的水解作用有关，从而消弱了淀粉分子的回生。通过BBD设计和Design Expert软件分析处理数据，得到各因素影响方便米饭糊化度的回归方程能较好地预测实验体系结果，优化出的最佳条件为:复合酶浓度比值(β－淀粉酶/α－淀粉酶)9∶1(U/U)、酶作用温度为44℃和作用时间为50min，在此条件下方便米饭的糊化度达96.20%，与对照组(其值为75.03%)相比，提高了28.22%。该研究为改善方便米饭的生产工艺提供了重要的技术基础。但由于米饭具有黏性，在喷洒酶液过程中不可能使其完全均匀分布于米饭中，因此，在此基础上探讨和研究更高品质的方便米饭将是今后的工作重点。

图6 酶作用时间与温度对方便米饭糊化度的影响Fig.6 Effect of time to temperature on the degree of gelatinization of ready－to－eat rice

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Study on the anti－retrogradation of ready－to－eat rice by complex enzymes

SHU Yi1，ZHAO Di1，LIU Mei－yan1，ZHAO Guo－hua1，2，*
(1.College of Food Science，Southwest University，Chongqing 400716，China; (2.The Demonstration Center of National Experimental Teaching，Southwest University，Chongqing 400716，China)

It is a safe way to produce ready－to－eat rice with enzymatic methods in order to keep it from retrogradation.Based on the result from single factor experiments，response surface methodology was used to optimize the process.The optimal conditions was the total volume of complex enzyme 10mL/20g rice，the ratio of β－amylase to α－amylase of 9∶1(U/U)，the reaction temperature of 44℃，and the reaction time of 50min.Under the optimal condition，the degree of gelatinization of ready－to－eat rice was 96.20%.The degree of gelatinization was increased by 28.22%compared with the normal method.The results indicated that the complex enzymes could be used in the preparation of ready－to－eat rice with better quality.

ready－to－eat rice;complex enzymes;anti－retrogradation;response surface methodology

TS217

A

1002－0306(2012)08－0277－04

米饭作为最重要的主食之一，得到人们的普遍偏爱。为方便人们在任何时候都能品尝到米饭，中国食品工业协会决定在全国范围内推广方便米饭制品。方便米饭既能达到方便食品方便快捷的要求，又能满足人们的营养要求及传统习惯，可作为家庭化主食［1－2］。在方便米饭生产加工过程中由于米饭中淀粉的老化回生使得食品的质构与消化性变差。因此，提高方便米饭的糊化度防止或延缓淀粉回生，可以提高方便米饭的速食性能和抗回生性能［3－5］。已有研究发现，淀粉酶、蛋白酶等可以改善方便米饭的复水特性、老化回生等现象［6－8］，目前研究基本集中在浸泡过程中添加不同的酶制剂以提高方便米饭品质［9－10］方面，但是蒸煮后运用复配型食品酶制剂来改善方便米饭的抗回生性能及其品质的报道目前仍很少。本实验研究了α－淀粉酶和β－淀粉酶复配后改善方便米饭品质的最佳条件，并采用响应面优化得到两种酶复配最佳条件。为改善方便米饭的生产工艺，提高产品品质提供理论依据。

2011－07－14 *通讯联系人

舒奕(1989－)，女，大学本科，研究方向:食品科学与工程。

国家大学生创新性实验计划项目(01063533)。