小米红豆复合米粉酶解工艺

马丽媛，李杨，尚尔坤，张雅娜，郭丽

1. 绥化学院食品与制药工程学院（绥化 152061）；2. 绥化市食品药品检验检测所（绥化 152000）

小米，中国古称粟或稷，亦称作粱，发源于中国北方黄河流域，有“百谷之长”的美誉。小米品种繁多，俗云“粟有五彩”，有白、红、橙、黄、紫、黑等各种颜色，其中尤以黄小米的品质最佳[1]。黄小米营养丰富，据测定每百克黄小米含13.24 g蛋白质、4.0 g脂肪、74 g碳水化合物，并富含多种维生素和钙、磷、铁、硒等微量元素，所含蛋白质接近小麦全粉，而且氨基酸比例协调，特别是色氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、亮氨酸、苏氨酸为其他粮食所不及[2-3]。另外，由于小米蛋白的低过敏性，小米可作为安全性较高的食物供孕产妇和婴幼儿食用[4-5]。小米的果皮、种皮和糊粉层中存在酚类化合物，植物多酚具有较强的抗氧化作用，以及显著的抑菌、抗癌、抗老化功效和抑制胆固醇上升的功效[6-7]。小米中还含有肌醇、甾醇等，具有降低胆固醇、预防心血管疾病、抑制肿瘤、促进新陈代谢、调节激素水平的作用[8-9]。红豆别名小豆、赤豆、红小豆，具有高蛋白、高碳水化合物、低脂肪的特点，含有丰富的营养物质[10]。红豆中蛋白质含量达17.5%～23.3%，其中必需氨基酸赖氨酸含量较高，对人体生理代谢有重要作用[11]。红豆中多糖含量较高，其中膳食纤维可以预防癌症、心血管疾病、糖尿病等，对于通便、利尿和消肿有一定作用，而且还能解毒、解酒，预防肝硬化、结石等[12]。红豆中矿物质元素铁、钾含量较高，还富含维生素A、B族维生素等，具有较高营养保健价值。

发达国家关于米粉的研究起步较早，而且技术装备也比较先进，产品品质好，中国对于米粉的研究起步较晚，种类单一，且存在一些比较严重的质量问题，研究体系需进一步完善。婴幼儿米粉大多以大米为主要原料，而大米中蛋白质的含量相对于其他食品较低，无法满足婴幼儿成长所需的营养要求，以大米为原料制作米粉还需对其蛋白质进行强化[13]。试验以小米和红豆为主要原料，利用生物酶解技术生产小米红豆复合米粉，产品具有较高营养价值的同时，又能促进营养成分吸收，具有一定发展前景。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

黄小米、红小豆（市售）；α-淀粉酶（无锡雪梅酶制剂科技有限公司）；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）；次甲基蓝（天津开发区乐泰化工有限公司）；硫酸铜（河南中都化工有限公司）。

1.1.2 仪器与设备

WFJ-20超微粉碎机（江阴市双城药化机械设备有限公司）；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）；电热炉（长沙市秋龙仪器设备有限公司）；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）；DXDF30EZ包装机（北京清大天宏包装机械设备有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 单因素试验

分别选取酶解温度、α-淀粉酶添加量、底物浓度、酶解时间为单因素，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、α-淀粉酶的添加量、底物浓度、酶解时间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

根据小米红豆粉的外观色泽、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100分），小米红豆粉的感官评分标准见表2[14]。

表2 杂粮小米粉感官品质评分标准

1.3 小米红豆复合米粉制作工艺流程

小米、红豆除杂→超微粉碎机粉碎→过孔径0.180 mm筛网→小米粉与红豆粉混合→调浆→灭酶→冷却→调节pH→添加酶→酶解→灭酶→冷却→测定DE值→烘干→粉碎→成品

1.4 工艺要点

1.4.1 原料除杂

选择颗粒饱满、无虫蛀、无霉点的新鲜小米和红豆，剔除其中的沙粒、泥土、清理干净污物。

1.4.2 粉碎过筛

对物料进行粉碎，过孔径0.180 mm筛网备用，用密封袋保存，避免受潮。

1.4.3 混合调浆

将小米粉与红豆粉按照1∶1比例混合，按试验所需比例加水调制，进行搅拌，使得米粉与水均匀混合。

1.4.4 灭酶

于恒温水浴95 ℃灭酶10 min，冷却至一定温度，调节pH。

1.4.5 酶解

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

1.4.6 测定DE值

采用直接滴定法[15]测定水解液的DE值。

1.4.7 烘干

在电热炉中使水分进一步蒸发，放进电热恒温鼓风干燥箱中烘干，至水分＜10%即可。

1.4.8 粉碎

待米粉稍冷却后，用超微粉碎机粉碎后过孔径0.180 mm筛，用全自动包装机包装。

1.5 小米红豆粉冲调性检测

1.5.1 小米红豆粉溶解度的测定

利用正交试验得出最佳加工工艺，取此时获得的杂粮米粉，配制50 mL 5%杂粮米粉乳浊液，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，将所得干物质于105 ℃烘干，称得被溶解淀粉的质量M（g），计算出样品的溶解度[16]。溶解度（S）按式（1）计算。

式中：A为样品质量，g；M为烘干恒质量，g。

1.5.2 小米红豆粉结块率的测定

在250 mL烧杯中加入100 mL沸水，添加10 g干燥后的酶解红豆小米复合米粉，置于转速120 r/s自动搅拌器上搅拌20 s，将搅拌后料液通过孔径0.180 mm筛网，并将剩余未通过筛网的块状物质放入烘箱中烘干到恒重状态，称得其质量，为M（g）[17]。结块率（X）按式（2）计算。

式中：W为红豆米粉水分，%。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 底物浓度对米浆DE值与感官评分的影响

由图1可知，随着底物浓度的不断增加，DE值先增加后减少，制得的红豆小米复合米粉感官品质呈现先上升后下降趋势。底物浓度为5%时，测得的DE值最大，产品的感官品质最好。但随着底物浓度逐渐增加，米粉DE值有所下降。这是因为底物浓度较低时，反应速率增加较快，但随着底物浓度逐渐增加，底物与底物之间出现竞争关系，出现竞争性抑制，从而影响水解程度。而底物浓度为4%和6%时的DE值与顶峰底物浓度为5%时相接近，所以选择米浆底物浓度4%～6%进行后续正交试验。

图1 底物浓度对米浆DE值与感官评分的影响

2.1.2α-淀粉酶添加量对米浆DE值与感官评分的影响

α-淀粉酶有多种作用方式，既能作用于直链淀粉，也能作用于支链淀粉，淀粉通过水解作用，部分水解成葡萄糖、麦芽糖和低聚糖，水解程度可以通过测量米浆DE值反映。不同酶添加量米粉的DE值变化如图2所示。

由图2可知，随着α-淀粉酶添加量增加，DE值先增加后减少，制得的红豆小米复合米粉感官品质呈现先上升后下降趋势。酶添加量为1.0%时，测得的DE值最大，产生的感官评分达到最高。加酶量超过1.0%时，DE值呈降低趋势，并且感官评分逐渐下降。根据分子络合学说，酶分子与米浆在反应过程中，存在着某个平衡点，随着α-淀粉酶添加量持续增加，酶与米浆结合程度不断增加，反应达到平衡后，酶活性逐渐达到稳定，这时达到反应平衡点，达到最适酶用量。张春晓[18]的小米粉制备技术研究表明，随着加酶量增加，DE值呈现先逐渐增高，达到最高，后出现下降趋势。因此选择加酶量0.8%～1.2%进行后续正交试验。

2.1.3 酶解温度对米浆DE值与感官评分的影响

酶解温度过低或者过高，均会对酶活性构成影响，从而影响淀粉的最终酶解效果。由图3可以看出，温度从50 ℃提高至55 ℃时，DE值缓慢增加，温度继续升高到60 ℃时，DE值急剧增加达到最大值，随着温度升高，DE值又急剧下降。这是由于温度较低限制淀粉酶活性，DE值较正常值偏低，逐渐升高酶解温度，淀粉酶活性会随之不断提高。温度60 ℃时，此时酶解程度达到最高，此后随着酶解温度不断升高，酶活性反而受到抑制，DE值会转而降低，因此判定试验中α-淀粉酶最适酶解温度为60 ℃。而此时产品的感官评分也较高。因此温度控制在55～65 ℃之间能更好发挥酶活力。

2.1.4 酶解时间对米浆DE值与感官评分的影响

根据图4可知，DE值随着酶解时间增长呈现先上升后趋于平缓趋势，其中酶解60～90 min，DE值表现出明显上升，但酶解时间超过90 min，DE值开始缓慢上升甚至保持不变，这是因为酶解时间较长使得酶与淀粉分子之间发生充分作用，使得酶活力开始降低，从而导致DE值增加缓慢甚至不再增加。产品感官评分随着酶解时间延长呈现先上升后下降趋势，在酶解时间90 min时达到最高。因此，选择酶解时间90～120min较为适宜，此时水解程度较高，感官评分高。

图2 加酶量对米浆DE值与感官评分的影响

图3 酶解温度对米浆DE值与感官评分的影响

2.2 正交试验结果分析

以酶解温度、α-淀粉酶添加量、底物浓度、酶解时间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，2个观察指标的极差R值的大小均为A＞D＞B＞C。由此可得，影响红豆小米复合米粉DE值和感官评分的因素主次关系依次是酶解温度＞酶解时间＞α-淀粉酶添加量＞底物浓度。从DE值角度分析，试验最佳组合为A2B1C2D2，而试验处理组中DE值最高的组合为A2B1C2D3。从感官评分角度分析，试验最佳组合为A2B3C1D2，与试验处理组中感官评分最高者恰好相符。因在试验中2种指标同等重要，所以对3种组合进行验证试验，并对3种组合进行溶解度和结块率检测，采用SPSS软件对结果进行统计分析，结果见表4。

图4 酶解时间对米浆DE值与感官评分的影响

表3 正交试验结果表

表4 验证试验结果

由表4可知，从DE值角度分析，组合2和组合3结果优于组合1，且结果差异显著，组合2和组合3之间结果差异不显著；从感官评分角度分析，组合3结果优于组合1和组合2，且结果差异显著，而组合1和组合2之间差异不显著；从溶解度角度分析，组合3结果优于组合1和组合2，且结果差异显著，组合1和组合2之间差异不显著；从结块率角度分析，组合3结果优于组合2优于组合1，三者之间结果差异显著。因此，选择组合3为试验最佳组合，即A2B3C1D2，最佳酶解工艺条件为酶解温度60 ℃、α-淀粉酶添加量1.2%、底物浓度4%、酶解时间105 min，此时得出的红豆小米复合米粉各方面指标均较好，制品具有较好的小米色泽和香味，成品冲调时状态较好，结块率较低，并且分层现象不明显，无沉淀，质地较均匀稳定，细细品尝有稍甜滋味，口感柔滑且醇厚。

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，α-淀粉酶添加量1.2%、底物浓度4%、酶解温度60 ℃、酶解时间105 min时，米浆DE值为60.43%。此时水解程度高，红豆小米复合米粉口感细腻，含有丰富的营养，米粉冲调性好，利于人体吸收，为新型米粉开发提供理论基础。