酶解小米饮料的研制及其挥发性成分分析

董　艳，杨庆丽，张正海，郝世杰，姬妍茹，潘　静（.黑龙江省科学院大庆分院生物新技术研究所，黑龙江大庆6339；.黑龙江省绥芬河市出入境检验验疫局技术中心，黑龙江绥芬河57300）

酶解小米饮料的研制及其挥发性成分分析

董艳1，杨庆丽1，张正海1，郝世杰2，姬妍茹1，潘静1
（1.黑龙江省科学院大庆分院生物新技术研究所，黑龙江大庆163319；2.黑龙江省绥芬河市出入境检验验疫局技术中心，黑龙江绥芬河157300）

摘要：以小米破碎粒作为原料，利用复合酶法制备小米乳饮料。确定最佳的复合酶制剂配方和酶解工艺。结果表明：“复合酶400 P”-耐高温α-淀粉酶/蛋白酶复合酶制剂最终加酶量为0.10%，酶解时间为60 min；糖化酶和纤维素酶按质量比4∶1混合，加酶量为0.25%，相应的酶解时间为60 min。并对研制的酶解小米乳饮料进行气相色谱-质谱法（GC-MS）分析，确认了其中14种组分，其中醇类3种、烃类3种、脂肪酸类2种、酯类2种、吡嗪类2种、喹啉氮氧化物和角鲨烯各1种。这些结果和数据可为今后小米资源的有效利用提供数据参考。

关键词：破碎小米；复合酶；酶解；气相色谱-质谱法（GC-MS）

小米破碎粒是谷子加工过程中的主要副产品之一，营养成分与小米相近，但价格较低，约为小米价格的一半[1]。小米破碎粒多作为饲料原料使用附加值较低[2]。因此充分利用小米破碎粒资源，研制开发小米破碎粒深加工产品，既可以充分地利用小米的营养价值，又可提高小米的利用率。小米营养丰富，蛋白质含量和质量均优于大米和玉米B族维生素和铁、锌、镁、铜、硒等矿物质含量均高于其他谷物，色氨酸和蛋氨酸含量尤为丰富[3]。小米含相纤维较少，不会刺激肠壁，容易被消化，具有清热、消渴、利尿的功效。此外，小米还具有降血脂、抗肿瘤、解毒、抗菌抑菌等保健作用，小米各种营养素比例适宜，是良好的食品营养源，中医及民间素以小米制作滋补粥食，用来调养身体；以小米加工的食品也具有较高的营养价值[4-5]。鉴于小米有丰富的营养价值及保健功能，以小米破碎粒作为原料，利用新型复合酶法将小米破碎粒进行深加工。研制出美味可口、方便食用、营养丰富、吸收更容易的新型小米乳饮料，可以提高小米破碎粒的附加值，为小米破碎粒深加工开拓新途径。

1　材料与方法

1.1材料和设备

小米破碎粒：市售；蛋白酶和高温淀粉酶复合酶制剂（复合酶400P）：日本洛东化成工业株式会社；糖化酶的活力2 000 U/g，纤维素酶活力为1 000 U/g：日本洛东化成工业株式会社；花生油 符合GB2716-2005《食用油卫生标准》的规定；水 符合GB57495-2006《生活用水卫生标准》的规定；正已烷：99%（色谱纯）。

BS211S型电子天平：北京赛多利斯科学仪器有限公司；电热鼓风干燥箱：上海市博学仪器总厂；Agilent6890—5973型气相色谱—质谱联用仪：美国Agilent公司；磁力恒温搅拌器；高速离心机；冰箱等。

1.2方法

1.2.1小米饮料制作工艺

在米乳饮料生产过程中，分别用到了耐高温α-淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶、糖化酶，经过多次实验论证，使用复合酶的小米营养型饮料在制备过程中不再需要糊化，最终达到缩短生产时间、降低能耗的目的，具有工艺时间短、过程简单、原料利用充分、成本低、适合工业化生产的特点[6]。酶解小米饮料在调配中不加任何化学食品添加剂。且使用花生油作为乳化剂，使饮料中多了花生的清香，具有牛乳般的口感[7]。改良后的工艺流程：

小米破碎粒→粉碎→调浆→复合酶酶解→糖化→灭酶→过滤→调配→均质→灭菌→灌装

1.2.2酶解参数的确定

1.2.2.1“复合酶400 P”酶解参数的确定

基于小米成分特点，选择由日本洛东化成工业株式会社生产的外观呈淡黄色粉末状的“复合酶400 P”——耐高温α-淀粉酶/蛋白酶复合酶制剂，该复合酶的酶解温度为85℃～90℃、pH 5.0～8.0。

1.2.2.2糖化酶和纤维素酶酶解参数的确定

小米酶解液的pH是不变的，所以选择糖化酶和纤维素酶的酶解温度、酶解时间和加酶量进行单因素试验，分别考察这2种酶的3个因素对酶解液水解和度的影响。

糖化酶添加量0.2%纤维素酶添加量0.1%，糖化酶酶解温度（50℃～60℃），纤维素酶酶解温度（55℃～65℃），所以选择温度依次为50、55、60、65℃的条件下，糖化酶和纤维素酶解45 min，测定不同温度下酶解液的酶解程度，通过比较小米酶解得程度确定糖化酶和纤维素酶的最佳酶解温度；其他条件不变，糖化酶温度为55℃，纤维素酶温度为60℃时，酶解时间分别在30、45、60、75 min的条件下进行酶解试验，通过比较酶解液水解程度确定糖化酶和纤维酶的酶解时间；在糖化酶温度为55℃，纤维素酶温度为60℃条件下各酶解60 min，糖化酶添加量依次为0.1%、0.2%、0.3%，、0.4%，纤维素酶添加量依次为0.05%、0.1%、0.15%、0.2%，通过比较酶解液水解程度确定糖化酶和纤维酶的添加量。结果表明，最佳酶解温度糖化酶55℃，纤维素酶60℃；最佳添加量糖化酶0.2%，纤维素酶0.1%；2种酶最佳作用时间均为60 min。

在利用纤维素酶水解的同时，加入糖化酶有利于产品的感官和风味物质的形成。纤维素酶和糖化酶按比例配成复合酶，pH7.0条件下，进行生物酶解试验，在单因素试验的基础上以糖化酶用量、纤维素酶用量和酶解温度为试验水平进行L9（34）正交试验（表1），根据感官评分为指标，确定两种酶复合酶解的最佳工艺参数。

表1　正交试验因素水平表Table 1　Factors and levels of orthogonal test

1.2.2.3糖化酶和纤维素酶复合酶解液的感官品质评分标准

抽取10人对酶解液的色泽、口感、味道进行感官品评，对于不同工艺条件下所得酶解液进行评分，取平均值为最后得分，确定得分最高的处理为最佳条件。评分标准见表2。

表2　小米酶解液感官评定标准Table2　Sensoryevaluationcriteriaofmilletenzymatichydrolysate

1.2.3小米饮料的挥发性分析方法

1.2.3.1小米饮料挥发性成分萃取

取小米饮料样品10 mL放入样品瓶中，同时加入50 mL正已烷，于振荡仪上振荡5 min，超声萃取30 min后，4 000 r/min离心5 min，用移液枪小心移上清液，再加入25 mL的正已烷，振荡仪上振荡5 min，超声萃取30 min后，4 000 r/min离心5 min，移液枪小心移上清液，将两次上清液用旋转蒸发仪真空浓缩至5 mL最后用液氮吹扫萃取液至1 mL备用。

1.2.3.2GC-MS分析测定条件

气相条件：色谱柱为DB-5MS柱30 m×0.25 mm× 0.25 μm毛细管柱，柱温采用程序升温：100℃恒温5 min，以4℃/min程序升温到80℃，再以8℃/min升温到150℃，继续以15℃/min升温至250℃，继续恒温10 min；进样口温度250℃；接口温度250℃；分流比：自动无分流进样。

质谱条件：质谱离子源温度230℃，载气为高纯氦气，流速为1 mL/min，EI：70 eV，质谱接口温度：280℃，选择离子扫描（SIM）范围：29 amu～450 amu。

2　结果与分析

2.1小米饮料酶解条件的确定

2.1.1第一步酶解

“复合酶400 P”——耐高温α-淀粉酶/蛋白酶复合酶制剂用量和时间的确定，小米破碎粒中淀粉占70%左右。必须通过生物酶的分解，使反应液中的直链淀粉分子分解成许多短链糊精。α-淀粉酶又称液化酶，可随机地作用于淀粉中的α-1，4-糖苷键，生成葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖、糊精等还原糖，同时使淀粉的黏度降低[8-9]。小米中蛋白质含量丰富，在后续加工过程中易引起氧化褐变。试验中加入蛋白酶来酶解蛋白，蛋白质酶解中，达到同样液化程度所需时间大多数是随着酶添加量的增大而逐渐减小。蛋白质与双缩脲试剂反应呈现出紫色，紫色消失表明酶解完成。淀粉液化用碘液检测终点。试验分别对不同酶量和小米液化时间进行研究，结果见表3。

表3　复合酶400 P用量对小米酶解时间的影响Table 3　Effect of the 400 P amount on the hydrolysis time

为了提高生产效率，节约成本，需同时考虑酶的费用和液化时间，以求最佳效果。最终确定加酶量为0.1%，酶解时间为60 min。

2.1.2第二步酶解

糖化-纤维素复合酶酶解条件对感官品质的正交试验结果见表4、表5、表6。

糖化酶和纤维素酶用量对酶解液综合感官品质的影响存在交互作用，复合酶解条件对酶解液感官品质影响较大。由表5和表6可知，影响饮料质量的主次因子顺序为A＞B＞C。得出最佳配方组合为A2B1C2。表6的方差结果表明糖化酶添加量对小米酶解液的综合品质影响达到显著水平。通过正交试验确定糖化酶用量0.2%，纤维酶用量0.05%，糖化酶与纤维素酶的最佳质量配比为4∶1，复合酶添加量是糖化酶和纤维素酶之和为0.25%，适宜酶解温度55℃，酶解时间为60min。2.2小米饮料的挥发性成分分析

表4　不同酶解条件下米乳饮料的感官评定Table 4　The sensory evaluation of rice milk with different hydrolysis conditions

表5　L（933）水平正交试验结果Table 5　Result of L（93）3orthogonal experiment

表6　方差分析表Table 6　Variance analysis

按照1.3.2小米饮料挥发性分析方法，对小米饮料挥发性成分进行定性、定量分析。小米饮料中挥发性成分总离子流见图1。

离子图中有实验的名称，峰号显示的数字为对应的出峰时间。通过对出峰时间确定出峰个数，然后通过气相色谱-质谱谱库检索。

图1　小米饮料中挥发性成分总离子流Fig.1　Total ion flow of the volatile components of millet beverage

小米乳饮料的主要原料是小米破碎粒，主要挥发成分，分属烃、醛、醇、酯及杂环化合物。小米米乳饮料主要挥发性成分见表7。

表7　小米饮料主要挥发性成分Table 7　Main volatile components of millet beverage

小米乳饮料挥发性成分根据气相色谱-质谱谱库检索确认了其中14种组分，按峰面积归一法计算其相对含量。由表6可知，酶解小米饮料的挥发性成分中，主要的挥发性成分（匹配度≥94%）包括2种脂肪酸类（约占41.75%）、3种醇类（约占1.66%）、2种吡嗪类（约占8.38%）、烃类3种（约占0.30%）、2种酯类（约占0.60%）、1种喹啉氮氧化物（约占0.33%）和角鲨烯（约占3.83%），酶解小米乳饮料在配方中含有一定的花生油，实验使用溶剂提取法，所以棕榈酸和亚油酸这两种脂肪酸应是花生油的成分，吡嗪类化合物是花生味的挥发性香气成分[11]，文献中小米粥的挥发性成分主要为醛、醇、碳氢化合物和酮等物质[12]，小米乳使用的主要原料和小米粥一样，所以醇类、烃类化合物应酶解小米乳饮料中重要的挥发性成分，小米乳饮料和小米粥提取和加工方法所有不同，检测出的成分并不一样。本次试验确定到的小米乳饮料成分偏少，部分挥发性成分在本次试验中没有检测出，可能是由于在小米乳饮料挥发性成分提取时，采用的是溶剂提取法，损失较大。

3　结论

利用新型复合酶法将小米破碎粒进行深加工，开发出美味可口、方便食用、营养丰富、吸收更容易的新型小米饮料。确定最佳的复合酶制剂配方和最佳酶解工艺，并对其挥发性成分进行了分析，得出以下结论：通过试验确定“复合酶400 P”—耐高温α-淀粉酶/蛋白酶复合酶制剂最终加酶量为0.10%，酶解时间为60 min；糖化酶和纤维素酶按质量比4∶1混合，加酶量为0.25%，相应的酶解时间为60 min。对研制的酶解小米饮料进行GC-MS分析，确认了其中14种组分，2种脂肪酸类（约占41.75%）、3种醇类（约占1.66%）、2种吡嗪类（约占8.38%）、烃类3种（约占0.30%）、2种酯类（约占0.60%）、1种喹啉氮氧化物（约占0.33%）和角鲨烯（约占3.83%）。本试验以小米破碎粒为主要原料，采用先进的生物技术和加工工艺，通过合理的营养搭配研制出一种谷物饮品，具有广阔的市场前景。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.18.020

收稿日期：2014-06-06

基金项目：黑龙江省财政基本科研业务费专项（CZ11G02）

作者简介：董艳（1978—），女（汉），助理研究员，硕士研究生，研究方向：食品科学。

Development of Millet Beverage by Enzymatic Hydrolysis Method and Analysis of Its Volatile Components

DONG Yan1，YANG Qing-li1，ZHANG Zheng-hai1，HAO Shi-jie2，JI Yan-ru1，PAN Jing1
（1.Daqing Branch of Heilongjiang Academy of Sciences New Biotechnology Research Institute，Daqing 163319，Heilongjiang，China；2.Siufenhe Entry-exist Inspection and Quarantine Bureau，Suifenhe 157300，Heilongjiang，China）

Abstract：A type of millet beverage with the broken millets as material and the combined-enzyme method was developed in the study.Result showed that additive volume of“compound enzyme-400 P/mixture of heat resist α-amylase and proteinase”was 0.1%，and the optimum enzymatic hydrolysis time was 60 min.Glucoamylase and cellulase were mixed with the proportion of 4∶1 mass ratio，the additive volume of this compound enzyme was 0.25%and the optimum enzymatic hydrolysis time was 60 min.14 kinds of volatile components of the millet beverage are confirmed by Gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS），including 3 kinds of alcohols and hydrocarbons，2 kinds of fatty acids，esters and pyrazines，1 kind of quinoline nitrogen oxides and squalene.These data can provide supports for effective use of millet resources in the future.

Key words：broken millets；compound enzymatic；enzymatic hydrolysis；gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）