双酶法玉米汁饮料的研制

李长见

（山东农业大学食品科学与工程学院，山东泰安 271000）

玉米是目前品种选育研究最多的谷物之一。随着谷物深加工的发展，采用现代生物技术加工而成的玉米饮料，不仅保留了玉米较高的营养价值，而且具有玉米的特色香气等特点，成为谷物深加工产业的一个亮点。在谷物饮料的研发及市场开发方面，欧美及日本、韩国等国家发展极为迅速，技术也比较成熟[1]，目前韩国已经有很多使用玻璃瓶、铁罐及PET瓶等包装的产品，在我国一些大型超市和商店进行销售。如果能将我国丰富的玉米资源进行研究和开发，生产合适的饮料产品，不仅可以丰富饮料市场，还可以带动农民增收。玉米中不仅含有丰富的维生素和磷、铁、钙等多种微量元素，还具有丰富的膳食纤维和必需氨基酸等，是一种营养比较均衡的食物。目前，玉米饮料的加工已经达到了工业化生产的程度，但是在生产过程中还存在一些问题。例如，将玉米破碎、磨粉过筛之后进行高温糊化时，容易结块产生沉淀；而且玉米饮料在存放过程中也容易产生沉淀[2]。为了改善这种现象，试验采用双酶法加工玉米汁饮料，经过高温α-淀粉酶和糖化酶酶解后的玉米汁，淀粉等大分子物质被酶解成糊精、单糖等小分子物质，不仅使营养物质充分释放，而且也改善了饮料的品质。

1 材料与设备

1.1 材料与试剂

应季新鲜玉米，产于泰安，购于当地批发市场，将玉米进行清洗后除去杂须，随后剥粒、磨粉，粉碎后的玉米过50目筛，初步获得试验原料；高温α -淀粉酶 （6×104U/g）、糖化酶 （10×104U/g），由上海源叶生物有限公司提供；CMC、黄原胶，由上海申光食用化学品有限公司提供。

1.2 仪器与设备

Dwlta320型pH计，梅特勒-托利多仪器有限公司产品；TDZ5-WS型台式低速离心机，湘仪离心机仪器有限公司产品；TP-214型分析天平，丹佛仪器北京有限公司产品；HH-6型恒温水浴锅，国华电器有限公司产品。

2 试验方法

2.1 玉米汁饮料初产品加工工艺流程

清洗除杂→剥粒粉碎过筛→糊化→淀粉酶液化→调节pH值→糖化酶糖化→均质→调配。

将玉米粒粉碎后过50目筛，40 g玉米粉末与400 mL水充分混合，温度80℃，时间40 min，调节pH值（使pH值稳定在5.0～5.6），加入高温α-淀粉酶酶解1 h，液化后升高温度至100℃，高温致使淀粉酶失活。将样品自然冷却至60℃，调节pH值（使pH值稳定在4.0～4.6），加入糖化酶，酶解时间5 h。糖化结束后升高温度至100℃，进行糖化酶灭酶处理10 min。将酶解后的玉米汁在40 MPa压力下均质10 min，添加蔗糖、稳定剂等对玉米汁饮料进行进一步的调配。

2.2 DE值的测定方法

DE值的测定方法参考姜文侠等人[3]还原糖和DE值的测定方法。

2.3 高温α-淀粉酶酶解工艺条件的研究

加入高温α-淀粉酶酶解，分别进行加酶量、酶解时间、酶解温度的研究，确定高温α-淀粉酶酶解条件。

2.4 糖化酶酶解条件的研究

将糖化酶加入经过高温α-淀粉酶作用后的玉米汁中，分别进行加酶量、酶解时间、酶解温度的研究，确定糖化酶酶解条件。

2.5 玉米汁饮料的调配

2.5.1 蔗糖添加量的研究

通过感官评定的方法确定最适蔗糖添加量，以获得最佳口感。

2.5.2 添加黄原胶、羧甲基纤维素（CMC） 稳定性研究

选取黄原胶、羧甲基纤维素（CMC）2种稳定剂进行复合饮料的稳定性和流动性的影响，通过感官评定，进一步确定最适添加量，以保证饮料的最佳稳定效果。

3 结果与分析

3.1 高温α-淀粉酶酶解条件的研究

3.1.1 高温α-淀粉酶添加量对玉米汁品质的影响

将玉米汁在pH值为5.0～5.6条件下分为6组，分别添加0，5，10，15，20，25 U/g的高温α-淀粉酶。在80℃条件下酶解1 h，测定DE值。

高温α-淀粉酶添加量对玉米汁DE值的影响见图1。

图1 高温α-淀粉酶添加量对玉米汁DE值的影响

由图1可知，玉米汁的DE值随加酶量的增加呈现上升的趋势，在加酶量达到20 U/g之前呈现上升趋势，在大于20 U/g之后呈现下降趋势。因此，可以得出试验中高温α-淀粉酶添加量选择20 U/g较好。

3.1.2 酶解时间对于玉米汁品质的影响

将玉米汁在pH值为5.0～5.6条件下分为6组，添加20 U/g高温α-淀粉酶，于80℃条件下分别恒温20，30，40，50，60，70 min，测定DE值。

高温α-淀粉酶酶解时间对玉米汁DE值的影响见图2。

图2 高温α-淀粉酶酶解时间对玉米汁DE值的影响

由图2可知，酶解时间越长，DE值越大，在前60 min时DE值呈增长趋势，60 min之后DE值不再增长，由此得出，试验中酶解时间应在60 min左右较为适宜。

3.1.3 酶解温度对玉米汁品质的影响

将玉米汁在pH值5.0～5.6条件下分为6组，添加20 U/g高温α-淀粉酶，分别在 40，50，60，70，80，90℃的条件下酶解60 min，测定DE值。

高温α-淀粉酶酶解温度对玉米汁DE值的影响见图3。

由图3可知，酶解温度低于80℃时随温度升高DE值逐渐上升，高于80℃后DE值趋于平稳，因此可以得出，最佳酶解温度为80℃。

3.1.4 高温α-淀粉酶最佳工艺参数的确定

图3 高温α-淀粉酶酶解温度对玉米汁DE值的影响

根据单因素试验结果，选择加酶量、酶解时间、酶解温度进行三因素三水平正交试验，确定最佳的工艺参数。在单因素试验的基础上，选择加酶量、酶解时间、酶解温度3个因素进行正交试验，确定高温α-淀粉酶的最佳工艺参数。

高温α-淀粉酶正交试验因素与水平设计见表1，高温α-淀粉酶酶解正交试验结果见表2。

表1 高温α-淀粉酶正交试验因素与水平设计

由极差R值的大小可知，对于玉米汁高温α-淀粉酶酶解效果的影响因素从大到小依次为酶解时间＞加酶量＞酶解温度，由均值K可得出最优组合为A2B2C2，即加酶量20 U/g，酶解时间60 min，酶解温度80℃。

3.1.5 验证试验

按照上述最佳工艺条件组合下进行玉米汁酶解，测定DE值，测得该组合优于其他组合，最终确定高温α-淀粉酶最佳工艺参数为加酶量20 U/g，酶解时间60 min，酶解温度80℃。

3.2 糖化酶酶解条件的研究

经过高温α-淀粉酶作用后的玉米汁，淀粉降解为低聚糖、糊精和单糖等物质，其中仍然会有一些大分子物质，不利于玉米汁饮料的稳定性，因此还需要进一步水解。糖化酶可以将大分子的糊精和多糖水解成单糖，达到改善饮料的目的。

3.2.1 糖化酶添加量对酶解效果的影响

分别取经过高温α-淀粉酶作用后的玉米汁6组，按照糖化酶 120，140，160，180，200，220 U/g，在酶解温度60℃，pH值4.5条件下酶解5 h，测定DE值。

糖化酶添加量对玉米汁DE值的影响见图4。

由图4可知，当糖化酶添加量为200 U/g时，玉米汁的葡萄糖值达到最高，当酶的添加量继续增加，玉米汁的DE值不再增加，所以糖化酶的适宜添加量为200 U/g。

表2 高温α-淀粉酶酶解正交试验结果

图4 糖化酶添加量对玉米汁DE值的影响

3.2.2 糖化酶酶解温度对酶解效果的影响

分别取经过高温α-淀粉酶作用后的玉米汁6组，按照糖化酶200 U/g，在酶解温度40，45，50，55，60，65℃；pH值4.5条件下酶解5 h，测定DE值。

糖化酶酶解温度对玉米汁DE值的影响见图5。

图5 糖化酶酶解温度对玉米汁DE值的影响

由图5可知，当酶解温度在低于60℃时，玉米汁的DE值呈上升趋势，当温度继续升高，玉米汁的DE值不再增加，反而有所下降，所以糖化酶的适宜酶解温度为60℃。

3.2.3 糖化酶酶解时间对酶解效果的影响

分别取经过高温α-淀粉酶作用后的玉米汁7组，按照糖化酶200 U/g，在酶解温度60℃，pH值4.5条件下分别测定酶解时间2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0 h的DE值。

图5 糖化酶糖化温度对玉米饮料DE值的影响

糖化酶酶解时间对玉米汁DE值的影响见图6。

图6 糖化酶酶解时间对玉米汁DE值的影响

由图6可知，当酶解时间低于4.5 h时，玉米汁的葡萄糖值呈现上升趋势，随着酶解时间的延长，玉米汁的DE值不再增加，反而有所下降，所以糖化酶的适宜酶解时间为4.5～5.0 h。

3.2.4 糖化酶最佳工艺参数的确定

根据单因素试验结果，选择加酶量、酶解时间、酶解温度进行三因素三水平正交试验，确定最佳的工艺参数。在单因素试验的基础上，选择加酶量、酶解时间、酶解温度3个因素进行正交试验，来确定糖化酶的最佳工艺参数。

糖化酶正交试验因素与水平设计见表3，糖化酶酶解正交试验结果见表4。

表3 糖化酶正交试验因素与水平设计

由极差R值的大小可知，对于玉米汁糖化酶酶解效果的影响因素从大到小依次为酶解温度＞加酶量＞酶解时间；由均值K可得出最优组合为A2B2C3，即加酶量200 U/g，酶解时间5 h，酶解温度60℃。

3.2.5 验证试验

按照上述最佳工艺条件组合下进行玉米汁酶解，测定DE值，取得平均值为81.234，该组合优于其他组合，最终确定糖化酶最佳工艺参数为加酶量200 U/g，酶解时间5 h，酶解温度60℃。

3.3 玉米汁饮料的调配

表4 糖化酶酶解正交试验结果

3.3.1 蔗糖添加量对复合饮料感官的影响结果

蔗糖添加量调配感官评定结果见表5。

表5 蔗糖添加量调配感官评定结果

由表5可知，蔗糖添加量为1.0 g/100 mL的试样最受欢迎，为5人，其次是蔗糖添加量为1.2 g/100 mL，所以初步确定蔗糖添加量为1.0 g/100 mL。

3.3.2 复合饮料稳定性的研究

试验选取黄原胶、羧甲基纤维素（CMC）和2种稳定剂进行复合饮料的稳定性研究。

不同稳定剂添加量见表6。

表6 不同稳定剂添加量

由表6可以看出，随着添加量的增加，2种稳定剂的悬浮稳定性增大，但是随着稳定剂的增多，复合饮料的流动性变差，饮料变得黏稠，所以为了使复合饮料具有更好的稳定性，以下试验选用复合稳定剂对复合饮料的稳定性进行研究。工艺选用黄原胶添加量0.2%和CMC添加量0.1%达到合适稳定效果。

4 结论

通过试验数据表明，采用两步酶解法酶解玉米汁，高温α-淀粉酶酶解玉米汁的工艺参数为加酶量20 U/g，酶解时间60 min，酶解温度80℃。经过高温α-淀粉酶酶解的玉米汁再经过糖化酶酶解，糖化酶的酶解工艺参数为加酶量200 U/g，酶解时间5 h，酶解温度60℃。选择蔗糖添加量1.0 g/100 mL和玉米汁饮料甜度适宜、口感清爽。选择黄原胶和CMC作为稳定剂，其中黄原胶添加量0.2%和CMC添加量0.1%达到合适稳定效果。

参考文献：

[1]Blandino A，Al-Aseeri M E，Pandiella S S，et al．Cereal-based fermented foods and beverages[J].Food Research International，2003，36 （6）：527－543．

[2]韩晓娜，黄国清，肖军霞.玉米汁加工工艺研究 [J].粮油食品科技，2013（3）：18-21，76.

[3]姜文侠，孙武岳.还原糖和DE值的测定方法 [J].食品研究与开发，1997（2）：58-61.◇