复合酶水解杂粮小米粉加工的工艺

马丽媛，李杨，张雅娜，张晟，郭丽

绥化学院食品与制药工程学院（绥化 152061）

中国食用谷物杂粮米的历史在5 000年以上，五谷主要指稻（俗称水稻、大米）、黍（俗称黄米）、稷（又称粟，俗称小米）、麦（俗称小麦）、菽（俗称大豆），在日常生活中占据着重要地位。其中，小米素以“罕见佳肴、上乘珍品”蜚声海内外，自古就是产妇、婴幼儿、老年人、病弱者的首选补品，具有较高营养价值[1]。小米中含有多种维生素、蛋白质、脂肪、糖类，以及钙、铁等人体所必需的营养物质，极易消化吸收，属于中等热量食物；小米中蛋白质过敏性极低，消化率及生物价高于小麦和大米；碳水化合物含量低于稻米、小麦和玉米，且主要成分是淀粉，含量为63%～70%，其中水溶性多糖主要以阿拉伯糖和木糖为主，葡萄糖含量较少是糖尿病人理想食物；粗脂肪含量介于玉米和水稻之间，为2.8%～8.0%，虽含量不高，但却都是优质脂肪酸，其不饱和脂肪酸占84%以上；矿物质含量相对少但含量丰富，黄小米中含有较多人体可利用的有机硒，且钙、磷、铁的含量明显高于小麦和玉米，钾含量更是高居五谷之首[2]。红豆富含蛋白质，碳水化合物，钙、磷，还含有较多的B族维生素、维生素A等成分，其中独有的成分使得红豆具有消热解毒、利水消肿、健脾止泻等功能，可治小腹胀满，小便不利，烦热口渴诸症。绿豆性甘凉，有清热解毒、消暑、利水等功效，《本草纲目》中记载绿豆还可明目[3]。黑豆中含有丰富的B族维生素和维生素E，对于女性来说具有美容养颜功效；黑豆皮中含有花青素，能清除体内自由基，尤其在胃的酸性环境下，抗氧化效果好，养颜美容，促进肠胃蠕动。燕麦是一种低糖、高营养、高能量食品，具有补脾益气、止虚汗的功效，长期使用具有减肥的效果；此外燕麦中含有丰富的维生素B1、B2，叶酸等，可以促进血液循环、缓解生活中的压力；富含钙、磷、锌等矿物质可以预防骨质疏松、促进伤口愈合等功效[4]。

中国是杂粮谷物的生产大国，同时也是消费大国，消费以食用为主，占杂粮消费量的76%，少量用于工业生产、饲料生产，其中工业生产占12%，饲料生产占8%。中国杂粮的深加工处于初级阶段，仅占21%，远低于发达国家[5]，杂粮加工的产品结构单一，副产品综合利用水平较低，了解其加工生产现状，分析和预测未来技术需求及产业发展方向，利用杂粮谷物资源，研究优化多种加工技术和开发产品显得十分必要。

由于养生和食品营养受到日益关注，杂粮米粉因含有丰富的营养和较低的热量深受市场和消费者的欢迎，以谷物杂粮为主原料的营养冲调粉制品生产有着广阔的应用前景。谷物冲调粉营养全面丰富、粉剂均匀、口感好、水溶性好、食用方便快捷，冲调粉产业迅速发展，但是谷物杂粮粉的感官品质参差不齐，制作工艺和成品质量急需改善。谷物杂粮粉的加工主要集中在粉碎、糊化、干燥等工艺研究上，但这些生产工艺存在能耗大、设备复杂、营养破坏损失大、产品冲调性不好、长期食用容易上火等缺点，而自然温和的生物酶水解技术可以保留谷物杂粮的天然营养成分，促进营养成分的消化吸收，具有很好的冲调性和保健功能。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设备

1.1.1 材料

小米、红小豆、绿豆、黑豆、燕麦，市售；糖化酶、α-淀粉酶，无锡雪梅酶制剂科技有限公司；淀粉葡萄糖苷酶，博立生物制品有限公司；中温淀粉酶，南宁东恒华道生物科技有限公司；氢氧化钠，广州市刺水科技有限公司；浓盐酸，河南圣斯德实业有限公司；酒石酸钾钠，郑州德旺化工产品实业有限公司；亚铁氰化钾，上海诺泰化工产品有限公司；乙酸锌，湖北帝鑫化工制造有限公司；葡萄糖，天津市基准化学试剂有限公司；斐林试剂，厦门海标科技有限公司。

1.1.2 设备与仪器

CF-100KS万能粉碎机（广州市旭朗机械设备有限公司）；DH-6数显恒温水浴锅（上海岛析实业有限公司）；FA124C电子天平（力辰科技有限公司）；DZF-6250电热恒温干燥箱（北京中科博达有限公司）；PHS-25 pH计（上海越平设备有限公司）；WIGGENS数字式搅拌器（澳大利亚新港科学仪器公司）。

1.2 方法

1.2.1 单因素试验

分别选取不同水解酶、酶解温度、复配酶比例、酶解时间、小米与杂粮配比为单因素，以还原糖含量（DE值）和感官品质为指标，进行试验，从中选取适宜的条件，进行后续正交试验。

1.2.2 正交试验

根据单因素试验结果，选取酶解温度、复配酶比例、酶解时间、小米与杂粮配比4个因素的适宜水平进行四因素三水平L9(34)正交试验，确定杂粮小米粉的最佳工艺。正交试验设计的因素水平表如表1所示。

表1 正交试验因素水平表

1.2.3 感官品质评定

根据杂粮小米粉的外观色泽、溶解度、口感、气味、滋味等方面，对其进行感官分析，并邀请10名有经验的感官分析员进行感官评定（总分为100分），杂粮小米粉的感官评分标准见表2。

表2 杂粮小米粉感官品质评分标准

1.3 杂粮小米粉制作工艺流程

杂粮米除杂→超微粉碎机粉碎→80目筛网过筛→小米粉与杂粮粉混合→调浆→灭酶→冷却→调节pH→添加酶→酶解→灭酶→冷却→测定DE值

1.4 工艺要点

1.4.1 原料的选择

选择颗粒饱满，无虫蛀，无霉点的新鲜杂粮，挑除其中的沙粒，泥土，清理干净污物。

1.4.2 粉碎

对物料进行粉碎，过80目筛网备用，用密封袋保存，避免受潮。

1.4.3 磨粉和过筛

沥水后的米和红豆用粉碎机粉碎，通过100目筛，备用。

1.4.4 混合调浆

将小米粉与杂粮粉按照一定比例混合，按底物浓度5%调浆。

1.4.5 灭酶

放入恒温水浴95 ℃灭酶10 min，冷却至一定温度，调节pH。

1.4.6 酶解

按照工艺要求，添加一定量的水解酶，搅拌均匀，使浆料与酶充分接触。置于恒温水浴锅中，并控制温度、时间等条件进行水解。水解结束后95 ℃灭酶10 min。

1.4.7 测定DE值

采用直接滴定法测定水解液的DE值[6]。

1.5 杂粮小米粉冲调性检测

1.5.1 杂粮米粉溶解性能的测定

利用正交试验得出最佳加工工艺，获得的杂粮米粉配置成5%的杂粮米粉乳浊液50 mL，在95 ℃水浴条件下边加热边搅拌30 min，在3 000 r/min条件下离心25 min，取上清液蒸干，将干物质于105 ℃烘干称质量得到被溶解淀粉的质量M（g），计算出样品的溶解度[7]。计算如式（1）。

式中：A为样品质量，g；M为烘干恒质量，g。

1.5.2 杂粮米粉结块率的测定

通过测定杂粮米粉的结块率，反映出杂粮米粉的分散性。结块率越小，表明杂粮米粉的分散性能越好。参照吴阳[5]方法进行检测。将10 g优化工艺后制得的杂粮米粉加入250 mL烧杯中，再加入100 mL沸水。手动搅拌30 s后过筛，将筛网中结块干燥至恒质量，质量计为M（g），计算公式如式（2）。

式中：W为杂粮米粉水分，%；M为烘干恒质量，g。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 不同种类的酶对DE值影响

选取糖化酶（A）、α-淀粉酶（B）、淀粉葡萄糖苷酶（C）、中温淀粉酶（D），在酶解温度50℃、酶解时间90 min、小米与杂粮配比5∶1，其中黑豆、绿豆、红豆和燕麦比例1∶1∶1∶1条件下，研究不同酶对杂粮米粉DE值的影响。筛选出最适的2种酶进行1∶1复配（E），并对产品进行感官评价，结果如图1所示。

结果表明，α-淀粉酶对杂粮米粉DE值的影响与其他3种酶相比较高，其次是糖化酶，且二者水解后的米粉感官评分也较高。因此，这2种酶进行1∶1复配，研究其对杂粮米粉DE值的影响。结果表明，两者进行1∶1复配后，DE显著提高。结合感官评价，得出复合酶酶解时比单一酶酶解效果发生明显提高，复配后的DE值为42.24%，试验结果比季慧等[8]将α-淀粉酶和β-淀粉酶进行1∶1复配后的DE值41.29%稍高。因此，将糖化酶和α-淀粉酶进行复配后杂粮米粉水解程度有所提高，后续试验可研究二者复配比例的变化对DE值的影响。

2.1.2 复配酶比例对DE值影响

由图2可知，糖化酶和α-淀粉酶进行不同比例复配后，DE值有所变化，且差异较大。比例在5∶1～1∶1时，随着α-淀粉酶增加，DE值呈现缓慢上升趋势，这可能是由于α-淀粉酶比例过高时，糖化酶活性受到抑制，会影响酶解效率，从而导致DE值较低。比例在1∶1～1∶3时，DE值上升明显，比例在1∶3条件下达到最大，且感官评分也较高。试验结果与吴阳[5]研究中老年米粉冲调性的加工工艺中α-淀粉酶与β-淀粉酶比例1∶3相同。

图2 复合酶配比对杂粮米粉DE值的影响

2.1.3 酶解温度对DE值影响

由图3可以看出，随着酶解温度升高，DE值呈现先增加后趋于平缓下降趋势，酶解温度55 ℃时，DE值最大。这是由于糖化酶和α-淀粉酶都属于中温性的酶类，酶解温度55 ℃时，酶表现出较强活力。因此，在该酶解温度下，复合酶水解杂粮米粉反应速率最大，此时水解程度适中，感官评分也较高。酶解温度过高或过低，均会影响复合酶的结构及活性，进而影响淀粉的水解程度。因此温度控制在50～60 ℃之间能更好发挥酶的活力。

图3 酶解温度对杂粮米粉DE值的影响

2.1.4 酶解时间对DE值的影响

根据图4可知，随着酶解时间增长，DE值呈现先上升后下降趋势，在酶解时间90～105 min，DE值表现出明显上升，但酶解时间超过105 min时，DE值开始逐渐下降，这是因为酶解时间较长使得复合酶与淀粉分子之间发生充分作用，使得复合酶的活力开始降低，从而导致DE值开始下降。因此，选择酶解时间105 min较为适宜，此时水解程度较高，感官评分高。季慧等[8]研究α-淀粉酶和β-淀粉酶复配时得到最佳酶解时间为150 min，这是由于α-淀粉酶和β-淀粉酶的活力可以持续150 min，超过150 min，酶的活力才开始下降。相比较下利用糖化酶与α-淀粉酶进行复配可以在相对较短时间内得到较好的水解效果，可以缩短加工时间。

图4 酶解时间对杂粮米粉DE值的影响

2.1.5 小米与杂粮配比对DE值影响

由图5可知，随着小米添加量增加，DE值表现出持续下降趋势。小米与杂粮配比3∶1～4∶1时，DE值下降趋势平缓，配比4∶1～7∶1时，DE值下降趋势更加显著。这是由于小米添加量的增加导致浆料中淀粉含量增多，从而导致浆料黏度增大，分子与分子之间作用不够充分，影响杂粮米粉中淀粉的水解效率。此时，水解不够充分，使得米粉口感粗糙，感官评分低。吉雪[9]在对婴幼儿米粉酶解工艺参数的优化中研究提出，米浆处于低浓度时，分散效果好，因此杂粮米粉要在营养均衡的条件下控制小米添加量。试验数据表明，小米与杂粮配比3∶1时，DE值最大值达到60.13%，水解程度最大，综合感官评分，此时杂粮米粉口感最佳。考虑到降低生产成本，故选择小米与杂粮复配比例3∶1。

图5 小米与杂粮配比对杂粮米粉DE值的影响

2.2 正交试验结果分析

以酶解温度、复合酶配比、酶解时间、小米与杂粮配比为单因素进行四因素三水平正交试验，正交优化试验结果见表3。

由正交试验结果可知，极差R值的大小为D＞A＞C＞B，由此可以得出对杂粮小米粉DE值影响大小顺序为：小米与杂粮的配比＞酶解温度＞酶解时间＞糖化酶和α-淀粉酶复配比例。其中最佳组合是A2B3C3D1，即酶解温度55 ℃，复配酶复配比例1∶5，酶解时间105 min，小米与杂粮复配比例3∶1。但与最大DE值试验组A2B2C3D1不符，因此要进行验证试验。正交试验验证结果见表4。

由于组合A2B3C3D1优于A2B2C3D1，故酶解温度55℃、复合酶比例1∶5、酶解时间105 min、小米与杂粮配比3∶1为杂粮小米粉最佳酶解工艺，此时得出杂粮小米粉感官品质最佳。在此最佳工艺条件下对杂粮小米粉进行冲调性检验，结果表明，杂粮小米粉的溶解度为69%，结块率为0.3%，说明其具有良好的冲调性。

表3 正交试验结果表

表4 验证试验结果

3 结论

对复合酶水解杂粮小米粉加工工艺进行研究，结果表明，当复合酶（糖化酶和α-淀粉酶）配比1∶5、小米与杂粮配比3∶1、酶解温度55 ℃、酶解时间105 min时，水解液DE值为61.78%。此时水解程度高，冲调性好，杂粮米粉口感细滑，含有丰富营养，利于人体吸收，符合当代人们的饮食需求，具有广阔的市场前景。