燕麥濁汁酶解工藝及其水溶性β-葡聚糖含量變化研究

朱　轉，楊金芹，沈　群，陳燕卉，*（.中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京00083；.山煙臺工貿技師學院，山東煙臺64003）

燕麥濁汁酶解工藝及其水溶性β-葡聚糖含量變化研究

朱轉1，楊金芹2，沈群1，陳燕卉1，*
（1.中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京100083；2.山煙臺工貿技師學院，山東煙臺264003）

以穩定性為評價指標研究了α-淀粉酶生產燕麥濁汁的酶解工藝，并用剛果紅法探究了水溶性β-葡聚糖含量在飲料加工過程中的變化。結果表明，酶解的最佳工藝條件為：10%的燕麥溶液，溫度55℃、pH6.4、酶用量為91.7U/100g溶液、時間180min，燕麥濁汁穩定性值為93.3%；燕麥原料中的水溶性β-葡聚糖含量為12.8mg/g，浸泡過程中會造成水溶性β-葡聚糖的流失，蒸煮、打漿能提高水溶性β-葡聚糖的含量，酶解、滅菌對水溶性β-葡聚糖含量沒有明顯影響。

燕麥濁汁，α-淀粉酶，穩定性，水溶性β-葡聚糖

燕麥是禾谷類作物中營養價值最高的作物之一，在世界谷物生產中位于小麥、玉米、稻米、大麥及高粱之后居于第六位［1］。我國燕麥加工企業總加工能力約為50萬噸/年，總產值為60億元，但燕麥粉及面制品等初加工產品占總量的70%［2］，新型燕麥食品及深加工產品只占到燕麥加工總量的5%［3-4］。我國近年來開始重視對燕麥的深加工利用，其中以燕麥為原料的谷物飲料是研究熱點之一［5-8］。燕麥中富含淀粉，其糊化后形成的凝膠狀結構以及老化，是影響飲料穩定性的關鍵因素之一。徐康［7］、張明等［8］在研究燕麥飲料的工藝時，通過添加淀粉酶等，提高飲料的穩定性。

燕麥中的可溶性膳食纖維是其具有降低血清膽固醇、改善腸道等保健作用的主要原因［9-12］，而β-葡聚糖是燕麥可溶性膳食纖維的主要成分。燕麥的β-葡聚糖主要存在于麩皮中，含量在3.20%～6.80%之間，其中35%～50%為可溶性β-葡聚糖［13］。β-葡聚糖分子量的不同會導致其溶液流變學行為的不同［14］，而其生理功能與溶液流變性能有密切關系。燕麥加工中常用的工藝均有可能對β-葡聚糖分子產生影響。劉文勝等［15］探究了不同滅酶方式對燕麥β-葡聚糖含量的影響，發現蒸制滅酶（100℃下20min）組含量比空白組（未經處理的燕麥）高0.64%，而炒制滅酶組（2.5kg燕麥在炭火炒鍋中炒制30min）比空白組高0.88%。Altan等［16］的研究認為擠壓過程中的高溫和剪切力能夠降低β-葡聚糖分子量。Moura等［17］用H2O2溶液對燕麥麩進行氧化處理，發現β-葡聚糖發生降解，且分子中羧基和羰基增加。Kivela等［18］研究發現β-葡聚糖溶液均質后，粘度明顯降低，β-葡聚糖的構象更接近于球形，同時溶解性提高。

燕麥飲料加工中的浸泡、蒸煮、打漿、殺菌等工藝可能對β-葡聚糖分子造成不同程度的影響；此外，燕麥麩皮由于難易達到理想的粒度，由于在飲料成品中影響感官品質，通常在過濾等操作中被除去，也會影響飲料中β-葡聚糖的含量。本文所研究的燕麥濁汁飲料通過添加α-淀粉酶水解淀粉，提高飲料的穩定性，并探究了加工過程對飲料中水溶性β-葡聚糖含量的影響。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

燕麥壩莜3號；α-淀粉酶丹尼斯克公司；β-葡聚糖標品Sigma公司；剛果紅Fluka公司；麥芽糖、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉等均為分析純。

DK-S24型電熱恒溫水浴鍋上海精宏實驗設備有限公司；VORTEX QL-902型渦旋混合器海門市其林貝爾儀器制造有限公司；WFZ UV-2102C型紫外可見分光光度計尤尼柯（上海）儀器有限公司；HITACHI CF16RXⅡ型離心機立工機有限公司；SHA-BA型水浴恒溫振蕩器金壇市榮華儀器制造有限公司；FD115型熱鼓風循環干燥箱德國Binder公司；AR5120型電子精密天平奧豪斯國際貿易（上海）有限公司；ALC-110.4型電子天平德國賽多利斯集團；打漿機九陽公司；LS-B35L型立式自動電熱壓力蒸汽滅菌器北京美科美生物技術開發有限公司。

1.2α-淀粉酶活力測定

酶活力定義為單位時間內（1min）每毫升酶催化反應所得1mg麥芽糖為一個活力單位（U）。采用3，5-二硝基水楊酸法（DNS）測定酶活力，DNS試劑的配制參照馬晶晶等的方法［19］，具體操作參照邢楠楠等的方法［20］。

1.3燕麥濁汁工藝及具體操作

具體工藝：原料→清洗→浸泡→蒸煮→打漿→酶解→滅酶→過濾→調配→灌裝→殺菌。

浸泡：按照每克燕麥加1.25mL水的比例，將清洗后的燕麥于40℃下浸泡1h。

蒸煮：燕麥和浸泡液再加入適量水，于常壓沸水浴中蒸煮1h，使燕麥充分糊化。

打漿：蒸煮后的燕麥迅速冷卻后，加入水使得燕麥-水為1∶9，在打漿機中先低速打漿2次，再高速打漿2次，得到10%的燕麥濃漿。

酶解條件：探究溫度、pH、加酶量、酶解時間對燕麥濁汁穩定性的影響。溫度單因素時，固定pH6.4、酶用量65.5U/100g溶液、時間60min，探究溫度40、45、50、55、60、65℃對穩定性的影響。pH單因素時，固定溫度55℃、酶用量65.5U/100g溶液、時間60min，探究pH5.6、6.0、6.4、6.8、7.2、7.6對穩定性的影響。酶用量單因素時，固定溫度55℃、pH6.4、時間60min，探究加酶量26.2、39.3、52.4、65.5、78.6、91.7U/100g溶液對穩定性的影響。時間單因素時，固定溫度55℃、pH6.4、加酶量78.6U/100g溶液，探究30、60、90、120、150、180min對穩定性的影響。單因素實驗結束后，采用適宜水平進行四因素三水平的正交實驗。正交實驗因素水平表見表1。

表1　正交實驗因素水平表Table 1　Factors and levels of orthogonal experiment

滅酶、過濾：酶解后的燕麥濁汁立即放入沸水浴中加熱10min滅酶，再用200目篩網過濾大顆粒物質。

殺菌：采用高溫殺菌，將調配好的燕麥濁汁加入預先滅菌的玻璃瓶中，用立式電熱殺菌器在121℃條件下殺菌20min。

1.4穩定性的測定

參考楊海紅等的方法［21］。酶解后的燕麥濁汁轉入50mL離心管中，5000r/min下離心20min，倒出上清液后，將裝有沉淀的離心管倒置0.5h，測定離心沉淀率SR（Centrifugal Sedimentation Rate）。SR值越大表示穩定性越差。

式中：M1—燕麥濁汁離心、倒置后沉淀物的重量（g）；M2—燕麥濁汁離心前的重量（g）。

1.5燕麥中β-葡聚糖的提取

燕麥磨粉后過50目篩，按照1∶9的比例加入75%的酒精在80℃下回流2～4h，混合物冷卻至30℃后倒出上清液，加入無水乙醇浸泡15min后過濾，在35℃下干燥脫除溶劑。稱取500mg干燥粉末，加入20mL水溶液，用20%Na2CO3溶液調節pH10，在40℃下浸提4h后，冷卻，于4000r/min下離心10min，收集上清液，將沉淀再次加入10mL水后，用20%Na2CO3溶液調節至pH10，于室溫下放置10h，離心后合并上清液。上清液經過淀粉酶除淀粉、等電點法除蛋白（用20%的HCl溶液調pH為4.5），于4000r/min下離心10min得上清液，定容后測定β-葡聚糖含量。燕麥濁汁經除去淀粉、蛋白質后進行測定［13，22］。

1.6剛果紅法測β-葡聚糖

1.6.1β-葡聚糖標準溶液準確稱取0.0500g β-葡聚糖標品，加入少量去離子水于70℃下水浴溶解，冷卻后定容至50mL，配成1mg/mL β-葡聚糖標準母液，使用前稀釋10倍。

1.6.2剛果紅溶液準確稱取0.1000g剛果紅溶于0.2mol/L pH8.0的磷酸緩沖溶液中，用pH8.0的磷酸緩沖溶液定容至1000mL。

1.6.3檢測波長的確定用2mL蒸餾水+4mL剛果紅溶液（空白組）、1mL蒸餾水+1mLβ-葡聚糖溶液+4mL剛果紅溶液（實驗組）在25℃下反應20min后，用酶標儀掃描兩者的最大吸收光譜和差譜，測得空白組的最大吸收光譜在489nm處，反應液的最大吸收光譜在500nm處，在544nm處有最大差譜，故選擇544nm為測定波長。

1.6.4具體測定方法分別吸取0.1mg/mL的β-葡聚糖標準溶液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mL于試管中，補充蒸餾水至2mL，加入4mL剛果紅溶液，在25℃下顯色20min后，在544nm處測定吸光值。每組3個平行，根據標準曲線算出β-葡聚糖含量［13，23］。

2　結果與討論

2.1α-淀粉酶活力

根據吸光值結果，繪制麥芽糖標準曲線，得到計算公式為y=0.5451x-0.0416（R2=0.9982），其中，x為麥芽糖含量（mg），y為吸光值。

準確吸取0.05mL酶溶液于100mL容量瓶中加蒸餾水定容后，吸取0.02mL酶溶液稀釋液于25mL具塞刻度管中，加入0.8mL pH6.0的磷酸鹽緩沖溶液（0.2mol/L），于60℃下保溫10min后，加入1mL的1%可溶性淀粉，保溫5min，加入2mL DNS，在沸水浴中加熱5min，迅速冷卻，加蒸餾水定容至20mL，于540nm處測定吸光值。空白組的設置，以第一次保溫前加入DNS試劑作為對照平行3次。根據公式計算，得到酶活力為1048U/mL。

2.2燕麥濁汁酶解工藝條件

2.2.1酶解工藝單因素實驗

2.2.1.1溫度單因素溫度影響結果見圖1，隨著溫度的升高，飲料穩定性先增加后減小，55℃時穩定性最大，原因是該淀粉酶在55℃時活性最大，對淀粉的水解效率最高，離心過程中沉淀下來的大分子淀粉最少。由此可知，55℃為最佳溫度。

圖1　酶解溫度對燕麥濁汁穩定性的影響Fig.1　Effect of temperature on stability of turbid oats beverage

2.2.1.2pH單因素pH影響結果見圖2，pH為6.4時，SR值最小，飲料穩定性最佳，原因是α-淀粉酶在pH6.4時活性最高，對淀粉的水解效率最高。選取pH6.4為后續單因素實驗的pH。

圖2　酶解pH對燕麥濁汁穩定性的影響Fig.2　Effect of pH on stability of turbid oats beverage

2.2.1.3酶用量單因素加酶量影響結果見圖3，隨著酶用量的增加，飲料穩定性增加，當酶用量超過78.6U/100g燕麥溶液時，穩定性變化趨勢平緩。選擇加酶量78.6U/100g燕麥溶液，既能使飲料達到較好的穩定性，同時又節約生產成本、防止酶本身不良氣味給飲料風味帶來破壞作用。

圖3　加酶量對燕麥濁汁穩定性的影響Fig.3　Effect of enzyme dosage on stability of turbid oats beverage

2.2.1.4時間單因素時間影響結果見圖4。隨著時間的延長，飲料穩定性增加，原因是淀粉分子不斷被水解，當時間為150min時，溶液中淀粉的濃度很小，與酶接觸的幾率大大減少，從而穩定性不再發生明顯變化。酶解時間過長，不但對飲料穩定性沒有貢獻，反而會影響生產效率，故選擇酶解時間150min。

圖4　酶解時間對燕麥濁汁穩定性的影響Fig.4　Effect of hydrolyzing time on stability of turbid oats beverage

2.2.2最佳酶解條件的確定單因素實驗表明，當酶解溫度為55℃、pH6.4、酶用量78.6U/100g燕麥溶液或者酶解時間150min時燕麥濁汁可獲得最佳穩定性。但酶解的最佳條件并非各個單因素實驗的最佳結果的簡單疊加，需正交實驗考察多因素的疊加效果。正交實驗設計及結果見表2。

從表2可以看出：影響因素為溫度（A）＞酶用量（C）＞酶解時間（D）＞pH（B），燕麥濁汁的最佳懸浮穩定下的酶解工藝為A2B2C3D3，即溫度55℃，pH6.4，酶用量為91.7U/100g燕麥溶液，時間180min。驗證實驗中，在最佳懸浮穩定酶解工藝條件下，燕麥溶液經過酶解后，過40目網篩，所得燕麥濁汁離心沉淀率為6.7%，即懸浮穩定性值為93.3%；結果優于表2中其他組合。

表2　α-淀粉酶解L9（34）正交實驗結果Table 2　The results of L9（34）orthogonal experiment for α-amylase enzymation

2.3剛果紅法測水溶性β-葡聚糖含量

2.3.1β-葡聚糖標準曲線根據β-葡聚糖含量（mg）與對應吸光值，繪制標準曲線，得計算公式y=2.3900x+ 0.0130（R2=0.9978），其中，y表示吸光值，x表示β-葡聚糖。

2.3.2燕麥濁汁加工過程中β-葡聚糖含量變化β-葡聚糖是燕麥中重要的功能性成分，尤其水溶性β-葡聚糖的作用效果更顯著。燕麥原料中水溶性β-葡聚糖的含量為12.80mg/g，相對偏低，可能是由于貯存時間過長，被燕麥中所含的內源β-葡聚糖酶分解或者脂肪氧化而降解。燕麥經過浸泡、蒸煮、打漿、酶解過濾、滅菌等工藝處理后，測定燕麥固體或者溶液中的β-葡聚糖的含量（分析前對溶液進行定容，根據溶液的體積計算出總量），結果用β-葡聚糖相對含量（即與原料中β-葡聚糖含量的比例）來表示，見圖5。

浸泡后燕麥籽粒中β-葡聚糖的相對含量為78.68%，由于燕麥中的β-葡聚糖主要存在于麩皮中，麩皮位于燕麥的外層，水溶性的β-葡聚糖浸泡過程中溶解于水，而使燕麥籽粒中含量減少，鄧萬和［13］、張娟等［24］用水提法提取麩皮或燕麥粉中的β-葡聚糖原理即為此。因此，燕麥在浸泡時應控制合適的溫度和時間，防止水溶性β-葡聚糖大量流失，或者將浸泡液加入后續加工中。

蒸煮時，將浸泡液倒入容器中，再加入適量蒸餾水。蒸煮后燕麥籽粒中β-葡聚糖相對含量為105.87%，相比原料提高5.87%，但與原料中的β-葡聚糖含量不存在顯著差異。可能原因是高溫長時間的蒸煮，促使部分非水溶性β-葡聚糖分子斷裂，轉變為水溶性β-葡聚糖；原料中β-葡聚糖測定時，燕麥未經過蒸煮，使得浸提過程中存在于胚乳里面的少量β-葡聚糖難以溶出，而蒸煮過程使得胚乳細胞破裂，內部的β-葡聚糖更加容易釋放。研究結果與劉文勝等［15］的研究相同，他們采用100℃下蒸制20min的方法對燕麥進行滅酶處理，發現其中β-葡聚糖含量相對于未經處理的燕麥含量提高0.64%。Johansson等［25］的研究也表明水煮能夠提高燕麥可溶性β-葡聚糖的含量。

打漿后，燕麥中β-葡聚糖相對含量為109.76%，與原料中β-葡聚糖含量有顯著差別（p＜0.05），較蒸煮后含量有所上升，但兩者無顯著差別，可能是打漿過程中的剪切力使得部分非水溶性β-葡聚糖分子斷裂。Kivel?等［26］研究表明，均質能夠使大分子的β-葡聚糖降解，Tosh等［27］發現，擠壓能夠顯著增加β-葡聚糖的溶解性，即部分不溶性的大分子β-葡聚糖轉變為水溶性的β-葡聚糖，打漿與擠壓和均質均不同，但是工作過程中均產生剪切力，尤其是燕麥溶液在打漿時粘度很大，高速打漿產生的剪切力可能使部分不溶于水的β-葡聚糖分子被切割成可溶性小分子片段。

圖5　不同加工過程對β-葡聚糖相對含量的影響Fig.5　β-glucan relative content of turbid oats beverage influenced by different processing stages

酶解過濾后燕麥濁汁中β-葡聚糖的相對含量為66.03%，相對于“打漿”等含量顯著降低，原因是在該實驗條件下溶液體系不是很利于β-葡聚糖的溶出，且燕麥麩皮相對于其余結構來講，其中含有大量的纖維素不被水解，且打漿過程中不易被破碎，故過濾后被除去，存在麩皮中未溶出的β-葡聚糖可能會因此損失。

為了探究飲料中加糖酸調配對β-葡聚糖含量的影響，采用兩種飲料配方進行滅菌。“滅菌1”、“滅菌2”中β-葡聚糖的相對含量分別為63.14%、62.47%，結果表明該滅菌工藝對水溶性β-葡聚糖幾乎沒有影響。

3　結論

穩定性是評價飲料品質的關鍵指標之一，尤其在燕麥飲料產品的開發過程中是常見的難題，通過α-淀粉酶水解淀粉，可以提高飲料的穩定性。利用10%的燕麥溶液，在最佳酶解工藝條件下（溫度55℃、pH6.4、酶用量91.7U/100g溶液、時間180min），所得燕麥濁汁穩定性為93.3%。

浸泡、蒸煮、打漿等工藝對燕麥中水溶性β-葡聚糖有影響，浸泡后β-葡聚糖相對含量為78.7%，部分β-葡聚糖溶于水而流失；蒸煮和打漿能提高水溶性的β-葡聚糖含量；α-淀粉酶水解燕麥有利于β-葡聚糖的溶出；過濾操作中除去了絕大部分麩皮，導致沒有溶解出的β-葡聚糖損失；121℃、20min高溫滅菌對水溶性β-葡聚糖含量無明顯影響。

燕麥濁汁制作過程中，為盡量減少水溶性β-葡聚糖的損失，要使麩皮中的β-葡聚糖得到充分浸提，同時控制好浸泡條件或對浸泡液加以利用。

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Study on enzymatic processing and soluble β-glucan variation of turbid oats beverage

ZHU Zhuan1，YANG Jin-qin2，SHEN Qun1，CHEN Yan-hui1，*
（1.College of Food Science and Nutritional Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China；2.Yantai Industry and Trade Technician College of Shandong，Yantai 264003，China）

By determining the stability of the beverage，application of alpha-amylase in the processing of oats turbid beverage was studied，and the content variation of β-glucan was determined in method of Congo Red. Results showed that the optimal process conditions of enzymatic hydrolysis：temperature was 55℃，pH was 6.4，enzyme dosage was 91.7U/100g，hydrolysis time was 180min，and under this conditions the suspension stability was 93.3%.β-glucan in the oat was 12.8mg/g，soaking process resulted in loss of β-glucan，while cooking and beating increased the content of β-glucan.Enzymolysis of alpha-amylase and sterilization had no significant effect on β-glucan content.

oats turbid beverage；α-amylase；stability；soluble β-glucan

TS210.1

A

1002-0306（2015）02-0190-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.02.032

2014-03-17

朱轉（1989-），女，碩士研究生，研究方向：糧食、油脂與植物蛋白質工程。

陳燕卉（1957-），女，博士，副教授，研究方向：營養與食品安全。

雜豆代餐飲品的研究開發品質評價研究（2012BAD34B08-05）。