苦蕎、燕麥和杏鮑菇復合粉的液化糖化工藝研究

徐曉霞,陳樹俊,李　樂,龐震鵬,劉曉娟,胡　潔,儀　鑫,石　玥

(山西大學生命科學學院,山西太原 030006)

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苦蕎、燕麥和杏鮑菇復合粉的液化糖化工藝研究

徐曉霞,陳樹俊*,李樂,龐震鵬,劉曉娟,胡潔,儀鑫,石玥

(山西大學生命科學學院,山西太原 030006)

對以苦蕎、燕麥、杏鮑菇三者為原料的復合粉進行液化和糖化工藝研究。將三種原料進行不同比例的復配,根據氨基酸參考模式和氨基酸比值系數法,對各蛋白的營養價值進行比較,得出營養價值最高的復配比例。在此基礎上,添加α-淀粉酶和β-淀粉酶進行酶解,通過單因素和正交實驗,研究不同加酶量、酶解時間和溫度對復配粉中還原糖含量的影響情況。結果表明:最佳原料復配比為:燕麥∶杏鮑菇∶苦蕎=2∶1∶11,此時氨基酸比值系數分SRCAA值為95.88,接近氨基酸參考模式。最佳液化條件為:α-淀粉酶加酶量6 U/g、時間40 min、溫度60 ℃;最佳糖化條件為:β-淀粉酶加量1000 U/g、時間2.5 h、溫度55 ℃,在此工藝條件下,還原糖含量達到了25.43%。通過氨基酸復配及液化、糖化工藝處理的復合粉,其營養價值更高。

氨基酸評價,液化,糖化

苦蕎富含淀粉、蛋白質、維生素、礦物質、微量元素等人體所需物質,還含有豐富的黃酮類化合物,具有抗氧化、抗病毒、抗癌等生理功能[1-4]。燕麥是禾本科燕麥屬的草本植物,含有豐富的蛋白質、不飽和脂肪酸、礦物質、維生素和酚類化合物等營養成分,此外還含有豐富的膳食纖維。其中,可溶性膳食纖維主要為β-葡聚糖,具有促進腸道蠕動、降低膽固醇、預防和控制肥胖癥、糖尿病及心血管疾病等功效[5-7]。杏鮑菇,營養豐富,具有低脂肪、高蛋白、高多糖、高膳食纖維、高礦物質等營養特點。尤其是其中的多糖,可增強機體免疫,具有抗病毒、抗癌、降低膽固醇,防止動脈硬化等多種保健功能[8-10]。將以上三種具有保健功能的食用原料混合制成產品,不僅可以提高其營養價值,還可以有效地使資源進行綜合利用。

蛋白質是評價食品營養價值的重要指標之一,蛋白質含量和氨基酸的組成種類、數量及它們之間的比例則是評價蛋白質質量的有效指標[11]。現代營養學理論認為,蛋白質的營養價值與蛋白質的氨基酸組成密切相關,食物蛋白質氨基酸組成越接近人體蛋白質組成,并被人體消化吸收時,其營養價值越高[12]。三種原料根據蛋白質互補理論按照一定比例混合后,篩選出氨基酸最佳互補比例,使氨基酸組成接近其必需氨基酸組成模式更接近于標準蛋白。

谷物中淀粉含量較高,加水糊化后,溶液非常粘稠,不適宜直接飲用。通過添加淀粉酶可以降低溶液粘稠度,將淀粉水解成小分子的可溶性糖,大大提高了谷物營養價值,更有利于人體消化吸收,并利用酶解后天然單糖和寡糖產生的甜味,可以部分或全部替代外加糖類,推出更加天然的產品[11-12]。

目前國內外關于標準蛋白的研究較少,對于谷物和食用菌蛋白復配就更為少見。實驗中將兩類食品根據蛋白質互補理論進行混合,有效的使兩類食物的營養進行了合理搭配和彌補。同時通過酶解工藝,降低淀粉含量,提高了還原糖含量,為后續開發營養價值豐富、具有保健功能的產品提供理論依據。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

苦蕎、燕麥、杏鮑菇市售;α-淀粉酶(3700 U/g)、β-淀粉酶(104U/g)、葡萄糖、氫氧化鈉、硫酸銅、硫酸鉀、硫代硫酸鈉、碘、碘化鉀均購自北京索萊寶科技有限公司。

半自動定氮儀Kjeltee TM2100,FOSS,Danmark;索氏提取裝置上海嘉措儀器設備有限公司;SENCO旋轉蒸發儀上海申生科技有限公司;離心機安徽中科中佳儀器有限公司;835-50型日立高速氨基酸分析儀;水浴鍋佳明儀表公司。

1.2實驗方法

1.2.1測定方法蛋白質的測定:凱氏定氮法(GB 5009.5-2010);還原糖的測定:直接滴定法(GB/T 5009.7-2008);氨基酸的測定:食品中氨基酸的測定(GB/T 5009.124-2003)。

1.2.2工藝流程苦蕎、燕麥和杏鮑菇粉的復配→糊化[13]→液化[12]→糖化。

1.2.3苦蕎、燕麥和杏鮑菇復合粉的制備設定不同苦蕎、燕麥和杏鮑菇比例,通過化學評分、必需氨基酸指數和氨基酸比值系數分進行評價,從中篩選出最佳比例的苦蕎、燕麥和杏鮑菇復合粉作為后續工藝的原料。

1.2.4苦蕎、燕麥和杏鮑菇復合乳制備工藝條件確定

1.2.4.1液化工藝單因素實驗[12]復合粉與水以1∶8的比例混合,溫度80 ℃,水浴糊化1 h,然后降低溫度至酶解需要的溫度,添加α-淀粉酶進行液化。實驗中選取加酶量、時間、溫度三個因素進行單因素實驗。在60 ℃、30 min的條件下,按加酶量(3、4、5、6、7、8 U/g)進行實驗;在加酶量5 U/g、時間30 min的條件下,按溫度(40、50、60、70、80 ℃)進行實驗;在加酶量5 U/g、溫度60 ℃的條件下,按時間(20、30、40、50、60 min)進行實驗,每組實驗平行進行3次,確定各因素的適宜范圍。

1.2.4.2液化工藝正交實驗在單因素實驗基礎上,選取α-淀粉酶加酶量、溫度、時間3個因素,以還原糖含量(以干物質計)為指標,作三因素三水平正交實驗,以確定最佳工藝參數。

表1　液化正交實驗因素水平表Table 1　The factors and levels table of liquefaction orthogonal test

1.2.4.3糖化工藝單因素實驗[3]在液化工藝的基礎上,添加β-淀粉酶進行糖化處理。實驗中選取加酶量、時間、溫度三個因素進行單因素實驗。在55 ℃、2 h的條件下,按加酶量(200、400、600、800、1000、1200 U/g)進行實驗;在加酶量800 U/g、溫度55 ℃的條件下,按時間(1、1.5、2、2.5、3 h)進行實驗;在加酶量800 U/g、時間2 h的條件下,按溫度(50、55、60、65、70、75 ℃)進行實驗,每組實驗平行進行3次,確定各因素的適宜范圍。

1.2.4.4糖化工藝正交實驗在單因素實驗基礎上,選取β-淀粉酶加酶量、溫度、時間3個因素,以還原糖含量(以干物質計)為指標,作三因素三水平正交實驗,以確定最佳工藝參數。

表2　糖化正交實驗因素水平表Table 2　The factors and levels table of saccharification orthogonal test

1.2.5蛋白質的評價方法

1.2.5.1化學評分(Chemical score,CS)化學評分是用來評價待測蛋白質中某一必需氨基酸的相對含量(與其必需氨基酸總量之比)與標準參考蛋白中相應必需氨基酸相對含量的接近程度。可按下式計算:

CS=待測蛋白質中某一必需氨基酸的相對含量/參考蛋白中相應必需氨基酸含量×100

其中,分值較低者為限制性氨基酸,其CS值就為該蛋白質的化學評分[17]。

1.2.5.2必需氨基酸指數(Essential amino acid index,EAAI)EAAI是用以評價食物蛋白質的質量。計算蛋白中所有必需氨基酸與參考蛋白中所有必需氨基酸全面比較的幾何均數。可按下式計算:

其中,n代表必需氨基酸數;s代表參考蛋白;p代表待測蛋白。EAAI越接近100,待測蛋白組成與參考蛋白的組成越接近,營養價值越高[18]。

表3　原料中必需氨基酸的含量(g/100 g蛋白質)Table 3　The content of essential amino acid in material(g/100 g pro)

注:未測定色氨酸。

1.2.5.3氨基酸比值系數分(SRCAA)根據朱圣陶[16]等推薦的計算方式,來評價待測蛋白與參考蛋白的接近程度。該方法是依次計算待測品中的氨基酸比值(RAA)、氨基酸比值系數(Ratio Coefficient of Amino Acid,RCAA)和氨基酸比值系數分(Score of RCAA,SRCAA)。

氨基酸比值(RAA)=待測蛋白中某一必需氨基酸含量/參考蛋白模式中相應氨基酸含量

氨基酸比值系數分(SRCAA)=100(1-CV)

其中,CV為RCAA的變異系數,CV=標準差/均數。如果待測蛋白質的氨基酸組成與參考蛋白氨基酸模式一致,則CV=0,SRCAA=100。當食物蛋白質的SRCAA越分散,則CV值越大,SRCAA值越小,蛋白質的營養價值越差[19-20]。

1.3數據處理

利用Excel軟件進行數據處理,分別計算其平均值及標準差,通過軟件minitab15.0進行方差分析。

2　結果與分析

2.1苦蕎、燕麥和杏鮑菇復合粉的制備

2.1.1苦蕎、燕麥和杏鮑菇必需氨基酸含量測定分析苦蕎、燕麥和杏鮑菇的必需氨基酸含量見表3。對表3經方差分析可知,各必需氨基酸含量在各原料之間呈顯著性差異(p<0.05)。由表3、4可知,燕麥和苦蕎的必需氨基酸構成中第一限制性氨基酸同為蛋氨酸和胱氨酸,而杏鮑菇粉中蛋氨酸和胱氨酸相對于苦蕎和燕麥較高,同時苦蕎中賴氨酸含量相對于燕麥和杏鮑菇較高。因此若將三者進行合理復配,通過蛋白質互補作用可獲得較高營養價值蛋白質。

由表4知,三者EAAI值是杏鮑菇粉>苦蕎>燕麥,因此杏鮑菇蛋白營養價值較燕麥、苦蕎高;而SRCAA值則是苦蕎>杏鮑菇>燕麥,而且苦蕎SRCAA高達92.86,離散度較小,說明苦蕎氨基酸均衡性較好。

表4　必需氨基酸的化學評分、EAAI及SRCAA值Table 4　Chemical score,EAAI and SRCAA values

注:*代表第一限制性氨基酸。

2.1.2苦蕎、燕麥、杏鮑菇三種蛋白復配

2.1.2.1不同配比燕麥和杏鮑菇蛋白氨基酸比值系數分由圖1可知,通過燕麥和杏鮑菇蛋白氨基酸進行不同比例復配,混合蛋白SRCAA隨著杏鮑菇蛋白含量比例增大先升高后降低,當杏鮑菇蛋白比例為50%時,SRCAA 值達到最大。因此,選用杏鮑菇蛋白∶燕麥蛋白=1∶1復配為宜,以此為標準進行杏鮑菇燕麥復配。

圖1　燕麥杏鮑菇混合蛋白的氨基酸比值系數分Fig.1　The SRCAA of oat and pleurotus eryngii mixed protein

2.1.2.2不同配比燕麥杏鮑菇混合蛋白和苦蕎蛋白氨基酸比值系數分由圖2可知,通過燕麥杏鮑菇混合蛋白、苦蕎蛋白不同比例復配,混合蛋白SRCAA隨著復合蛋白比例增大先增大后減小,當復合蛋白含量為30%時,SRCAA值達到最大值,為95.88,明顯高于單一原料和兩種混合原料氨基酸比值系數分,說明三種原料混合氨基酸組成越來越接近參考蛋白模式,氨基酸比例更加均衡。最終選定苦蕎粉添加量為70%,即燕麥杏鮑菇復合蛋白∶苦蕎蛋白=3∶7為宜。

圖2　燕麥杏鮑菇苦蕎三種混合蛋白的氨基酸比值系數分Fig.2　The SRCAA of buckwheat oat and pleurotus eryngii mixed protein

三者蛋白復配比例為杏鮑菇∶燕麥∶苦蕎=3∶3∶14。由于燕麥中蛋白含量測定為14.5%,苦蕎為12.65%,杏鮑菇粉為30.63%,換算成原料粉比例為燕麥粉∶杏鮑菇粉∶苦蕎粉=2∶1∶11。以此復合粉為原料進行復合乳制備。

2.2苦蕎、燕麥和杏鮑菇復合乳制備工藝條件確定

2.2.1液化工藝條件確定

2.2.1.1液化工藝單因素實驗如圖3可知,α-淀粉酶的添加量從3升高至5 U/g的過程中,還原糖含量增加較快;但是隨著α-淀粉酶加酶量的繼續添加,對還原糖含量的影響差異不顯著,說明當添加量達到5 U/g的時候,基本達到飽和。因此,選擇α-淀粉酶的添加量為5 U/g。

圖3　不同加酶量對液化的影響Fig.3　Effect of different enzyme concentrations on liquefaction

如圖4可知,溫度從40～60 ℃的過程中,還原糖含量迅速提高,但當溫度繼續升高,還原糖含量急劇下降,在溫度為60 ℃時,還原糖含量達到最大值。因此,選擇α-淀粉酶溫度為60 ℃。

由圖5可知,還原糖含量隨著時間的延長而升高,酶解時間越長,酶的作用越完全,但是當時間達到40 min后,趨勢變緩,反應接近終點,繼續延長時間差異不顯著。因此,選擇液化時間為40 min。

圖4　不同溫度對液化的影響Fig.4　Effect of different temperature on liquefaction

圖5　不同時間對液化的影響Fig.5　Effect of different time on liquefaction

2.2.1.2液化工藝正交實驗由表5可知,酶解反應中影響還原糖含量的主次因素為:溫度>加酶量>時間,還原糖含量最高的組合為A2B2C3,即液化溫度60 ℃、液化時間40 min、α-淀粉酶添加量6 U/g，恰為正交第五組實驗，此時,還原糖含量為11.55%，為9組中的最大組。結合表6方差分析可知,液化溫度對還原糖影響效果顯著(p<0.05);時間、加酶量對還原糖影響效果不顯著(p>0.05)。

表5　液化正交實驗結果Table 5　Results of liquefaction orthogonal test

表6　液化正交實驗結果方差分析Table 6　The variance analysis of liquefaction orthogonal test

2.2.2糖化工藝條件確定

2.2.2.1糖化工藝單因素實驗如圖6可知,β-淀粉酶的添加量在200～800 U/g時,還原糖含量增加較快,但當β-淀粉酶添加量達到800 U/g時,還原糖含量的趨勢變緩,繼續添加β-淀粉酶對還原糖的影響差異不顯著,說明當添加量達到800 U/g的時候,加酶量基本達到飽和。因此,選擇β-淀粉酶的添加量為800 U/g。

圖6　不同加酶量對糖化的影響Fig.6　Effect of different enzyme concentrations on saccharification

由圖7可知,還原糖含量隨著時間的延長而升高,酶解時間越長,酶的作用越完全,但是當時間達到2 h后,趨勢變緩,反應接近終點,繼續延長時間差異不顯著。因此,選擇糖化時間為2 h。

如圖8可知,溫度在50～55 ℃時,還原糖含量快速提高,但當溫度繼續升高,還原糖含量急劇下降,在溫度為55 ℃時,還原糖含量達到最大值。因此,選擇β-淀粉酶溫度為55 ℃。

圖7　不同時間對糖化的影響Fig.7　Effect of different time on saccharification

圖8　不同溫度對糖化的影響Fig.8　Effect of different temperature on saccharification

2.2.2.2糖化工藝正交實驗由表7可知,糖化酶解的最佳因素水平組合為A2B3C3,即糖化溫度為55 ℃、糖化時間2.5 h、β-淀粉酶添加量1000 U/g。由極差分析可知,酶解反應中影響還原糖含量的主次因素為:加酶量>時間>溫度。結合表8方差分析可知,加酶量對還原糖影響效果顯著(p<0.05);溫度、時間對還原糖影響效果不顯著(p>0.05)。

表7　糖化正交實驗結果Table 7　Results of saccharification orthogonal test

表8　糖化正交實驗結果方差分析Table 8　The variance analysis of saccharification orthogonal test

按照正交實驗最佳因素水平組合進行驗證實驗,測得酶解后還原糖含量為25.43%,大于正交實驗中所有的處理組。

3　結論

將山西特色小雜糧苦蕎、燕麥與杏鮑菇粉有機復合,根據蛋白質互補理論,應用氨基酸比值系數分評價法確定了三種原料的最佳復配比(質量比)為2∶1∶11,有效地將這兩類食物的營養進行了合理搭配和彌補。通過單因素實驗和正交實驗得到了液化和糖化的最佳工藝條件。最佳液化條件為加酶量6 U/g、時間40 min、溫度60 ℃,在此條件下液化,還原糖含量為11.55%。最佳糖化條件為加酶量1000 U/g、時間2.5 h、溫度為55 ℃。在此工藝條件下,還原糖含量達到了25.43%。在此條件下液化和糖化能為后續工藝奠定良好的基礎。

[1]韓梅.苦蕎麥的氨基酸含量與營養評價[J].天然產物研究與開發,2000,12(1):39-41.

[2]黃葉梅,黎霞,張麗.苦蕎黃酮對大鼠缺血再灌注損傷的保護作用[J].四川師范大學學報:自然科學版,2006,29(4):499-501.

[3]馬坤,張暉,王立,等.苦蕎麥飲料的酶解工藝研究[J].食品工業科技,2009(10):265-269.

[4]凌孟碩.苦蕎麥芽-小米復合谷物飲料的工藝研究[D].無錫:江南大學,2013.

[5]葛磊.燕麥發酵飲料的研制[D].無錫:江南大學,2012.

[6]房李艷,張婷婷,楊愛,等.燕麥在食品工業中的應用及其研究進展[J].飲料工業,2012,15(4):7-9.

[7]申瑞玲,王志瑞,李宏全,等. 燕麥β-葡聚糖對高膽固醇血癥大鼠血脂和生長的影響[J].中國糧油學報,2009,24(1):44-48.

[8]王恒生,刁志民,陳克龍,等.杏鮑菇的研究進展及開發應用[J].青海草業,2014,23(10):26-30.

[9]榮瑞芬,李鴻玉,葉磊,等.杏鮑菇營養及功能成分分析測定[J].亞太傳統醫藥,2007(5):85-87.

[10]張化朋,張靜,劉阿娟,等.杏鮑菇營養成分及生物活性物質分析[J].營養學報,2013,35(3):307-309.

[11]程朝陽,莫樹平,莫建玲,等.我國谷物飲料研究進展與生產概況[J].飲料工業,2012,15(6):6-9.

[12]尹永志,張冬潔,陳云,等.燕麥粉糊化特性和酶解特性的研究[J].食品研究用于開發,2014,35(1):30-33.

[13]王春娜,龔院生.方便面糊化度測定方法的研究[J].鄭州糧食學院學報,1999,20(2):31-34.

[14]彭智華,龔敏方.蛋白質的營養評價及其在食用菌營養評價上的應用[J].食用菌學報,1996(3):56-64.

[15]遲殿忠.關于蛋白質氨基酸評分及設計食物配方的計算[J].食品科學,1986(9):10-14.

[16]朱圣陶,吳坤.蛋白質營養價值評價——氨基酸比值系數法[J].營養學報,1988,10(2):187-190.

[17]FAO.Amino acid content of foods and biological data on proteins[J].Nutrional Study,1970(24):5-6.

[18]Oser BL. An integrated essential amino acid index for predicting the biological value of proteins[J].In protein and Amino Acid Nutrition,Albanese AA ed[M].New York:Academic Press,1959:281-295.

[19]范文洵譯.蛋白質食物的營養評價[M].北京:人民衛生出版社,1984:10-55.

[20]顏孫安,林香信,錢愛萍,等.化學分析法的理想參考蛋白模式及其化學生物價研究[J].中國農學通報,2010,26(23):101-107.

Study on the liquefaction and saccharification process of composite powder of buckwheat oat and pleurotus eryngii

XU Xiao-xia,CHEN Shu-jun*,LI Le,PANG Zhen-peng,LIU Xiao-juan,HU Jie,YI Xin,SHI Yue

(College of Life Sciences,Shanxi University,Taiyuan 030006,China)

The objective of this paper was to study the liquefaction and saccharification process of the mixed powder with buckwheat,oats and pleurotus eryngii as raw material.Three raw materials were mixed in different proportions according to the principle of protein complementarity,and it was filtered that the mixed powder of the highest nutritive value according to the the essential amino acid reference model and the score of amino acid ratio coefficient method(SRCAA).Used theα-amylase andβ-amylase to enzymatic hydrolysis and studied that different enzymatic hydrolysis conditions,including enzyme dosage,hdrolysis time and hydrolysis temperature,impact to reduceing suger content by single factor test and orthogonal test. The results showed that the best compounded proportion of materials was shown as following:oat∶pleurotus eryngii∶buckwheat=2∶1∶11,and the score of amino acid ratio coefficient was 95.88 closing to the amino acid reference model. The optimal parameters wereα-amylase at 6 U/g,40 min,60 ℃ andβ-amylase at 1000 U/g,2.5 h,55 ℃. Under the condition,the reducing suger content was 25.43%. So through the complementary amino acid,liquefaction and saccharification process of mixed powder,its nutritional value was higher.

amino acid evaluation;liquefaction;saccharification

2016-01-22

徐曉霞(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：食品新工藝與食品安全，E-mail:1570666831@qq.com。

陳樹俊(1964-)，男，副教授，研究方向：食品新工藝與食品安全，E-mail:chenshujun515@163.com。

TS219

B

1002-0306(2016)14-0233-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.14.039