制麥過程中添加肌醇六磷酸酯酶對麥芽的影響

戚 月 秀, 王 小 萬, 張 銘 振, 聶 妤, 趙 長 新

( 大連工業大學 生物工程學院, 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

肌醇六磷酸酯亦稱植酸,是大麥中磷元素的主要儲藏形式,大約有70%的磷儲藏在植酸中[1]。大麥中植酸以植酸鹽螯合物形式存在,植酸在大麥干種子中含量約為1%[2]。作為衡量麥芽質量的重要參數麥芽浸出率,與植酸含量成高度負相關,高含量的植酸不利于麥芽制造[3]。

大麥中的植酸酶分解植酸鹽得到的磷離子、蛋白、肌醇等制約著細胞的合成、大麥內部pH、能量供應等,這些因素會進一步影響大麥發芽過程中的其他酶活力,從而影響麥芽的品質[4]。但由于植酸酶在大麥中酶活力較低,不能充分分解植酸,使大麥中累積過多植酸,影響大麥水解酶的活力,制約麥芽浸出率,進而影響麥芽的質量。本研究目的在于在制麥過程中外源添加植酸酶,以期降低植酸含量,提高水解酶活力最終提高麥芽的浸出率。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

包衣型植酸酶,沈陽華星生物；大麥,Baudin,中糧麥芽大連股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 添加植酸酶的浸麥方法

取200 g大麥清洗3次放進燒杯,與水以1∶3的比例混合。采用浸5、斷10.5、浸5.5、斷3,16 ℃發芽96 h的浸麥發芽工藝。在第一次濕浸階段添加0.83 U/g的包衣型植酸酶,調溶液pH至中性,稱為樣品。以同樣浸麥工藝制麥,不添加植酸酶的正常大麥為對照樣。

1.2.2 植酸含量的測定

稱取粉碎大麥2 g,加入20 mL 1.2%HCl-10%Na2SO4溶液于室溫下攪拌浸提2 h,4 000 r/min離心30 min,取上清液于4 ℃冰箱備用。取植酸浸提液2 mL,加入15%TCA(三氯乙酸)2 mL,于10 mL硬質玻璃管中混勻,于4 ℃冰箱中靜置2 h后,4 000 r/min離心30 min。吸取上清液2 mL,用0.75 mol/L NaOH調節pH至6.0～6.5。取稀釋液2 mL加1 mL 0.5%磺基水楊酸混勻后于500 nm處比色,測OD值。

1.2.3 酶液制備

稱取200 g大麥,放入250 mL燒杯中,用水沖洗3遍,然后加水,置于培養箱內,溫度設置在16 ℃,采用浸水4 h后斷水8 h的工藝培養24 h后,稱取10 g濕麥芽,用去離子水反復沖洗5遍,置入研缽內搗碎,將搗碎的麥芽放入糖化杯內,加去離子水90 mL,0.2 mol/L的醋酸-醋酸鈉緩沖液10 mL,于40 ℃水浴保溫攪拌1 h過濾,最初的20 mL濾液棄掉。最后得到的濾液用來測定植酸酶活性。另取10 g濕麥芽搗碎后烘干,計算麥芽水分。在此過程中,所有容器均用去離子水沖洗3遍。

1.2.4 水解酶活力的測定

α-淀粉酶活力測定、蛋白酶活力測定見參考文獻[4],植酸酶活力測定見參考文獻[1],β-葡聚糖酶活力測定見參考文獻[5]。

1.2.5 麥汁得率測定

測定方法見參考文獻[2]。

2 結果與討論

2.1 大麥發芽過程中植酸質量濃度的變化

由圖1可見,0～24 h,由于植酸酶被激活,植酸質量濃度迅速降低；24～48 h,由于植酸分解釋放出大量磷離子,植酸酶活力下降,使植酸質量濃度降低減慢；48～72 h,磷離子參與細胞合成等被大量消耗,使植酸酶再次大量分解植酸,使植酸質量濃度又大幅下降；72～96 h,植酸酶活力降低,大麥中剩余植酸較少,所以植酸質量濃度有微小降低。由于外源添加的植酸酶在浸麥期間隨水溶液從珠孔進入大麥中,開始大量分解糊粉層中的植酸,所以整體上樣品比對照樣的植酸質量濃度低。

圖1 植酸質量濃度的變化

2.2 外源植酸酶對大麥中水解酶活力的影響

2.2.1 對植酸酶活力的影響

由圖2可見,樣品比對照樣的植酸酶活力高,原因是外源添加的植酸酶在浸麥期間隨水溶液從珠孔進入大麥中,開始大量分解糊粉層中的植酸,釋放出金屬離子等,導致赤霉酸等植物生長激素大量生成,進而促使大麥內源植酸酶迅速激活。其中釋放出的磷離子又迅速參與細胞以及各種ATP的合成,酶原的激活,因此磷離子消耗較大,促使植酸酶大量合成進而分解更多植酸,在24 h處達到峰值2.66 U/g；24～48 h,植酸濃度降低緩慢,大麥內部累積較大濃度的磷離子,植酸酶活力又在48 h降到最低。當磷離子再次消耗時,植酸酶活力再次增加,并在72 h處再次達到峰值2.34 U/g。而對照樣本身植酸酶活力較低,不足以分解大麥中植酸,所以其中植酸質量濃度較高。分析原因可能是外源植酸酶大量分解大麥中植酸,促進赤霉素等生長激素的合成,進而促進內源植酸酶活力的提高。

圖2 植酸酶活力的變化

2.2.2 對α-淀粉酶活力的影響

由圖3可見,由于樣品中植酸酶活力較大,分解植酸釋放出Ca、Mg等金屬離子以及無機磷酸。在大麥的發芽初期,大麥的胚產生了大量赤霉素,赤霉素刺激大麥中的糊粉層,提高了α-淀粉酶合成量。而添加外源植酸酶分解植酸產生的無機磷離子為合成大量的mRMA提供了足夠的原料,從而使α-淀粉酶合成量增加,活力增大。樣品中α-淀粉酶活力最大值比對照樣提高了25.78%。

圖3 α-淀粉酶活力變化

2.2.3 對蛋白酶活力的影響

由圖2可知,植酸酶在72 h活力較大,此時分解植酸釋放出大量金屬離子,其中Mg離子對蛋白酶的激活有一定地促進作用,由圖4可知,樣品中蛋白酶活力在96 h達到最大值1 028 U/g,比對照樣中蛋白酶活力提高了42.77%。

圖4 蛋白酶活力變化

2.2.4 對β-葡聚糖酶活力的影響

由圖5可見,樣品的β-葡聚糖酶活力比對照樣高,說明外源添加植酸酶促進糊粉層產生赤霉素,在此作用下,分泌出溶解細胞壁的半纖維素酶(β-葡聚糖酶)。開始發芽時,β-葡聚糖酶分解細胞壁,糊粉層中合成的各種水解酶進入淀粉層,即打開了酶的作用通道,因此在24 h酶活力達到最大值。之后β-葡聚糖酶活力下降,在48 h有最小值；當可溶性的分解產物迅速地向正在生長的胚中軸轉移時,又需要β-葡聚糖酶大量合成再次分解細胞壁,因此在72 h處酶活力又達到峰值。

圖5 β-葡聚糖酶活力變化

2.3 外源植酸酶對麥汁浸出率的影響

添加植酸酶浸麥的麥汁得率達到81.00%,而正常麥芽的麥汁得率為80.15%,說明浸麥中添加植酸酶可以使麥汁浸出率提高近1%。大麥內源植酸酶活力較低,使植酸包裹的部分淀粉、蛋白、金屬復合物等不能完全分解,是造成目前麥汁浸出率較低的部分因素。由實驗分析可知,外源添加植酸酶可以加速大麥的發芽,提高麥汁的浸出率。

3 結 論

大麥中植酸濃度是影響大麥水解酶活力和麥芽浸出率的主要因素之一。原大麥中植酸酶活力較低,大麥自然發芽過程中植酸酶活力雖有一定提高,但由于植酸含量較高，內源植酸酶不能完全分解植酸,使植酸結合的淀粉、蛋白質等溶解降低,影響水解酶的催化及麥汁得率。結果表明,在制麥過程中第一次濕浸階段添加外源包衣型植酸酶分解植酸鹽螯合物,降低了大麥中植酸濃度,提高了大麥發芽過程中α-淀粉酶、植酸酶、蛋白酶、β-葡聚糖酶的活力，并使結合的淀粉及蛋白質溶解,麥汁浸出率提高了近1%。

[1] 郭建華,趙長新,董亮,等. 植酸酶和無機磷的相關性以及與大麥發芽之間關系的初步研究[J]. 作物雜志, 2006(1):70-72.

[2] LIU Zhenghui, CHENG Fangmin, ZHANG Guoping. Grain phytic acid content in japonica rice as affected by cultivar and environment and its relation to protein content[J]. Food Chemistry, 2005, 89(1):49-52.

[3] DAI Fei, WANG Junmei, ZHANG Saihua, et al. Genotypic and environmental variation in phytic acid content and its relation to protein content and malt quality in barley[J]. Food Chemistry, 2007, 105:606-611.

[4] 郭建華,趙長新,孫麗華,等. 大麥萌發時植酸酶酶學特性及形成機理的初步研究[J]. 河南工業大學學報, 2006, 27(1):15-17.

[5] 李旺軍,李胤. 制麥對大麥中β-葡聚糖酶和植酸酶活力的影響[J]. 釀酒科技, 2005(3):50-56.