復合酶對方便米飯抗回生的研究

舒 奕，趙 迪，劉美艷，趙國華，2，*

(1.西南大學食品科學學院，重慶400716; 2.西南大學國家實驗教學示范中心，重慶400716)

復合酶對方便米飯抗回生的研究

舒 奕1，趙 迪1，劉美艷1，趙國華1，2，*

(1.西南大學食品科學學院，重慶400716; 2.西南大學國家實驗教學示范中心，重慶400716)

淀粉回生是影響方便米飯品質的主要原因。在單因素實驗的基礎上，通過響應面分析方法優化了復合酶(β－淀粉酶/α－淀粉酶)處理方便米飯抑制其回生的條件。結果表明，當復合酶溶液用量為10mL/20g大米，β－淀粉酶/α－淀粉酶使用比例為9∶1(U/U)、作用溫度為44℃和作用時間為50min時，方便米飯成品的糊化度達96.20%。與對照組(未加酶的產品)相比，產品糊化度提高了28.22%。因此，采用復合淀粉酶法可有效地改善方便米飯的品質。

方便米飯，復合酶，抗回生，響應面

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

東北大米 市售;α－淀粉酶(食品級，酶活力3000U/g)、β－淀粉酶(食品級，酶活力2000U/g)河南億特化工產品有限公司。

Sarorius型電子天平 北京賽多利斯儀器系統有限公司;HWS－26電熱恒溫水浴鍋、DHG－9140電熱恒溫鼓風干燥箱 上海齊欣科學儀器有限公司; SYQ－DSX－280B手提式不銹鋼電熱蒸汽滅菌鍋 上海申安醫療器械廠;MIR－553恒溫培養箱 上海金鵬分析儀器有限公司;DSC 200F3 Maia差示掃描量熱儀 德國耐弛儀器制造有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 酶法方便米飯生產工藝 本工藝在參照以往文獻［11－15］的基礎上，并進行了適當的修改，流程如下:

洗米(兩次)→浸泡(50℃，30min)→高溫蒸煮(116℃，12min)→噴灑酶液(條件優化)→高溫滅酶(121℃，5min)→冷水離散(2min)→熱風干燥(100℃，90min)→成品

1.2.2 糊化度的測定 將干燥成品經粉碎，過80目篩后采用DSC(差示掃描量熱分析)測定。用分析天平稱取10mg樣品置于鋁制坩堝中，按m樣品∶m蒸餾水= 1∶1的比例加入蒸餾水，密封后靜置2h，用DSC進行測定［16－18］:掃描溫度從20℃上升到150℃，升溫速度為10℃/min，樣品升溫過程中產生的熱焓值為樣品的老化焓(ΔH2)，而原料大米經DSC掃描加熱糊化產生的熱焓值為糊化焓(ΔH1)。本實驗以未加酶的方便米飯制作工藝作為對照組。糊化度(α度)的計算公式如下:

1.2.3 酶優化的單因素實驗 采用上述工藝流程，為了選擇對方便米飯糊化度影響較大的因素，本研究對酶濃度、酶作用時間、溫度等影響因子進行了單因素實驗。根據實驗結果，選擇3個重要因素進行響應面分析以優化該工藝。

1.2.4 響應面法實驗設計及統計分析 響應面分析法是一種重要的實驗分析方法，本實驗選取該分析方法中的Box－Behnken design(BBD)設計方法進行實驗優化。根據BBD設計原理，綜合單因素實驗結果，選取β－淀粉酶與α－淀粉酶復配的濃度比、酶作用溫度、酶作用時間對方便米飯糊化度影響較顯著的3個因素，采用三因素三水平響應面分析方法，選取的因素與水平設計見表1。

表1 響應面實驗因素水平編碼表Table 1 Factors and levels in the response surface analysis

響應面結果建立二次多項式回歸模型，其回歸方程式為:

式中，X1、X2、X3分別代表酶的濃度比、作用溫度以及作用時間;C0為常數項;Ci(i=1，2，3)為一次項回歸系數;C12、C13、C23為交互作用系數;Cii(i=1，2，3)是二次項回歸系數。采用Design Expert 7.0軟件對實驗結果進行響應面分析和統計學分析，模型的置信水平為95%。

2 結果與分析

2.1 β－淀粉酶與α－淀粉酶復配比例對方便米飯糊化度的影響

圖1表明，當β－淀粉酶與α－淀粉酶溶液的總用量為10mL/20g大米，濃度比值(β－淀粉酶/α－淀粉酶)在1∶9到1∶1時，方便米飯的糊化度呈下降趨勢。濃度比值在1∶1～5∶1范圍內時，隨著該比值的不斷增大，糊化度也開始增大。當濃度比值為9∶1時，糊化度達到最大值，為94.84%。淀粉酶濃度比值范圍為9∶1～15∶1時，糊化度基本保持不變。這可能是由于β－淀粉酶對淀粉的糊化度的影響更大。

圖1 β－淀粉酶與α－淀粉酶復配濃度比對方便米飯糊化度的影響Fig.1 Effect of the ratio of β－amylase to α－amylase on the degree of gelatinization of ready－to－eat rice

2.2 β－淀粉酶與α－淀粉酶復配作用溫度對方便米飯糊化度的影響

從圖2可以看出，當β－淀粉酶與α－淀粉酶溶液的總用量為10mL/20g大米，濃度比值(β－淀粉酶/ α－淀粉酶)為9∶1，酶作用時間為36min，溫度從30℃上升到50℃時，方便米飯的糊化度值呈現小幅度的波動。而在50～70℃范圍內，隨著溫度的升高，糊化度值急劇下降，與對照組接近。這可能是因為復配酶在50℃溫度以后活力下降致使酶作用受影響，方便米飯糊化度降低。因此，確定該復合酶作用于方便米飯的最適溫度為30～50℃。

圖2 β－淀粉酶與α－淀粉酶復配作用溫度對方便米飯糊化度的影響Fig.2 Effect of reaction temperature on the degree of gelatinization of ready－to－eat rice

2.3 β－淀粉酶與α－淀粉酶復配作用時間對方便米飯糊化度的影響

由圖3可見，當β－淀粉酶與α－淀粉酶溶液的總用量為10mL/20g大米，濃度比值(β－淀粉酶/α－淀粉酶)為9∶1，酶作用溫度為50℃，在短時間內(0～36min)，隨著時間的延長，方便米飯的糊化度呈顯著增大趨勢。而36min后，糊化度無明顯變化。為節約成本，該單因素實驗確定時間范圍18～54min為復合淀粉酶的最適作用時間范圍。

2.4 響應面優化實驗設計

2.4.1 響應面分析實驗設計方案及結果 以復合酶濃度比、酶作用時間、溫度為自變量，方便米飯的糊化度為響應值(Y)，進行響應面實驗設計，設計方案見表2。

2.4.2 響應面回歸模型的分析 通過Design Expert軟件對實驗結果進行二次多元回歸分析，獲得方便米飯的糊化度對復合淀粉酶濃度比、酶作用溫度、時間的二次多元回歸模型為:

圖3 β－淀粉酶與α－淀粉酶復配作用時間對方便米飯糊化度的影響Fig.3 Effect of reaction time on the degree of gelatinization of ready－to－eat rice

表2 響應面實驗設計結果Table 2 Experimental results of Box－Behnken experimental

表3 響應面回歸方程的方差分析Table 3 Analysis of variance(ANOVA)for the response surface quadratic polynomial model

由表3可知，該模型是極顯著的(p＜0.01)。失擬項不顯著(p=0.0864＞0.05)，表明本實驗在回歸區域內擬合良好。方程復相關系數的平方(R2)為0.9778，表明模型擬合程度很好。X1、X3、X1X2、對方便米飯的糊化度影響極顯著(p＜0.01)，對方便米飯的糊化度影響顯著(p＜0.05)，其余項X2、X1X3、X2X3對產品方便米飯的影響不顯著。

2.4.3 各因素間的交互作用 根據回歸方程，繪制響應面分析圖，見圖4～圖6，響應面代表兩個獨立變量的交互作用。淀粉酶作用時間和溫度的交互作用顯著，表現為曲線較陡。由圖4可知，當淀粉酶濃度比值一定時，糊化度值隨酶作用時間變化呈增大趨勢;作用時間一定時，淀粉酶濃度比對糊化度值的影響不大。從圖5可以看出，當固定酶濃度比在某一值時，隨著酶作用溫度的升高(30～44℃)，糊化度值增大，45℃后糊化度值變化緩慢。糊化度值的變化速率顯示溫度的主效應大于酶濃度比。由圖6可見，當固定兩個變量中的其中某一值時，糊化度值都呈現先增大后減小的趨勢。

圖4 酶濃度比與作用時間對方便米飯糊化度的影響Fig.4 Effect of the ratio of complex enzymes to time on the degree of gelatinization of ready－to－eat rice

圖5 酶濃度比與作用溫度對方便米飯糊化度的影響Fig.5 Effect of the ratio of complex enzymes to temperature on the degree of gelatinization of ready－to－eat rice

2.5 驗證實驗

通過Design Expert軟件得出，在復合酶濃度比值為9∶1(U/U)、酶作用溫度43.67℃和時間為50.12min時的條件下，最大糊化度預測值為96.54%。為驗證回歸模型的準確性，采用上述最佳工藝條件進行了驗證實驗，復合酶濃度比值9∶1(U/U)、酶作用溫度為44℃和作用時間為50min，得到真實值為96.20%，與預測值吻合良好。這說明采用響應面分析方法優化得到的參數是可靠的，具有實用價值。

3 結論

實驗表明，復合淀粉酶處理熟化的米飯有利于提高方便米飯成品的糊化度，抑制回生。這與復合淀粉酶對大米中淀粉的水解作用有關，從而消弱了淀粉分子的回生。通過BBD設計和Design Expert軟件分析處理數據，得到各因素影響方便米飯糊化度的回歸方程能較好地預測實驗體系結果，優化出的最佳條件為:復合酶濃度比值(β－淀粉酶/α－淀粉酶)9∶1(U/U)、酶作用溫度為44℃和作用時間為50min，在此條件下方便米飯的糊化度達96.20%，與對照組(其值為75.03%)相比，提高了28.22%。該研究為改善方便米飯的生產工藝提供了重要的技術基礎。但由于米飯具有黏性，在噴灑酶液過程中不可能使其完全均勻分布于米飯中，因此，在此基礎上探討和研究更高品質的方便米飯將是今后的工作重點。

圖6 酶作用時間與溫度對方便米飯糊化度的影響Fig.6 Effect of time to temperature on the degree of gelatinization of ready－to－eat rice

［1］劉瑋，孫愛景.方便米飯市場現狀與發展趨勢的糊化度［J］.糧食與食品工業，2008，15(3):3－5.

［2］徐樹來，劉曉東，劉瑋.我國方便米飯的發展現狀及存在的主要問題［J］.農機化研究，2008(10):250－252.

［3］熊善柏，趙思明，張聲華.方便米飯老化特性研究［J］.食品科學，2006，27(12):498－500.

［4］譚薇，李珂，盧曉黎.大米糊化特性及回生機理研究［J］.食品科學，2008，29(3):167－171.

［5］姚嶺柏，龐彰，王新亮，等.燕麥米飯抗老化的研究［J］.中國糧油學報，2009，24(1):1－4.

［6］王睿，馬曉軍.幾種淀粉酶對即食米飯老化影響的研究［J］.中國糧油學報，2007，22(4):114－116.

［7］張暉，毛錦生.酶法改善方便米飯復水性的研究［J］.西部糧油科技，2000，25(1):30－32.

［8］吳雪輝，楊公明，李麗.淀粉酶對方便米飯品質的改良［J］.中國糧油學報，2009，10(24):1－5.

［9］鄭志，張原箕，羅水忠，等.添加劑對方便米飯特性的影響［J］.食品科學，2010，31(24):120－123.

［10］楊穎.酶法浸泡及微波熱風干燥對方便米飯復水時間影響的研究［J］.食品科學，2006，27(12):498－500.

［11］李瑾，李汴生.α－方便米飯加工工藝及產品品質研究［J］.食品工業科技，2008，29(11):305－308.

［12］鄭志，張原箕，周會喜，等.蒸煮溫度對方便米飯特性的影響［J］.食品科學，2010，31(3):120－123.

［13］WARAPORN P，PRISANA S.Optimization of instant jasmine rice process and its physicochemical properties［J］.Journal of Food Engineering，2009，95:54－61.

［14］OKAMOTO T，WAKABAYASHI H，NIO N，et al.Method of improving properties of starch－containing food and propertyimproving agent［P］.US 2007/0110847 A1，May 17，2007.

［15］LUANGMALAWATP，PRACHAYAWARAKORNS，NATHKARANAKULE A，et al.Effect of temperature on drying characteristics and quality of cooked rice［J］.Food Science and Technology，2008，41(4):716－723.

［16］WU Yue，CHEN Zhengxing，LI Xiaoxuan，et al.Effect of tea polyphenols on the retrogradation of rice starch［J］.Food Research International，2009，42:221－225.

［17］VANDERPUTTE G E，VERMEYLEN R，GEEROMS J，et al.Rice starches.Ⅲ .Structural aspects provide insight in amylopectin retrogradation properties and gel texture［J］.Journal of Cereal Science，2003，38:61－68.

［18］ITURRIAGA L B，MISHIMA B L，ANON M C.A study of the retrogradation process in five argentine rice starches［J］.Food Science and Technology，2010，43:670－674.

Study on the anti－retrogradation of ready－to－eat rice by complex enzymes

SHU Yi1，ZHAO Di1，LIU Mei－yan1，ZHAO Guo－hua1，2，*
(1.College of Food Science，Southwest University，Chongqing 400716，China; (2.The Demonstration Center of National Experimental Teaching，Southwest University，Chongqing 400716，China)

It is a safe way to produce ready－to－eat rice with enzymatic methods in order to keep it from retrogradation.Based on the result from single factor experiments，response surface methodology was used to optimize the process.The optimal conditions was the total volume of complex enzyme 10mL/20g rice，the ratio of β－amylase to α－amylase of 9∶1(U/U)，the reaction temperature of 44℃，and the reaction time of 50min.Under the optimal condition，the degree of gelatinization of ready－to－eat rice was 96.20%.The degree of gelatinization was increased by 28.22%compared with the normal method.The results indicated that the complex enzymes could be used in the preparation of ready－to－eat rice with better quality.

ready－to－eat rice;complex enzymes;anti－retrogradation;response surface methodology

TS217

A

1002－0306(2012)08－0277－04

米飯作為最重要的主食之一，得到人們的普遍偏愛。為方便人們在任何時候都能品嘗到米飯，中國食品工業協會決定在全國范圍內推廣方便米飯制品。方便米飯既能達到方便食品方便快捷的要求，又能滿足人們的營養要求及傳統習慣，可作為家庭化主食［1－2］。在方便米飯生產加工過程中由于米飯中淀粉的老化回生使得食品的質構與消化性變差。因此，提高方便米飯的糊化度防止或延緩淀粉回生，可以提高方便米飯的速食性能和抗回生性能［3－5］。已有研究發現，淀粉酶、蛋白酶等可以改善方便米飯的復水特性、老化回生等現象［6－8］，目前研究基本集中在浸泡過程中添加不同的酶制劑以提高方便米飯品質［9－10］方面，但是蒸煮后運用復配型食品酶制劑來改善方便米飯的抗回生性能及其品質的報道目前仍很少。本實驗研究了α－淀粉酶和β－淀粉酶復配后改善方便米飯品質的最佳條件，并采用響應面優化得到兩種酶復配最佳條件。為改善方便米飯的生產工藝，提高產品品質提供理論依據。

2011－07－14 *通訊聯系人

舒奕(1989－)，女，大學本科，研究方向:食品科學與工程。

國家大學生創新性實驗計劃項目(01063533)。