藜麥飲料液化糖化工藝研究

李貞景 薛意斌 張蘭 果嘉成 李欣憶 安中平 王昌祿

摘要 [目的]優化藜麥淀粉進行水解時的液化和糖化的工藝條件。[方法]以藜麥為原料，DE值為主要評估指標，采用單因素和正交試驗設計對藜麥飲料生產中的淀粉液化和糖化工藝進行優化研究。[結果]最優液化工藝條件為α-淀粉酶用量11 U/g、液化時間45 min、液化溫度65 ℃、pH 7.0，此時液化DE值為24.46%。最優糖化工藝條件：糖化酶用量110 U/g、糖化時間70 min、糖化溫度70 ℃、pH 5.0，糖化DE值為63.45%。[結論]該研究可為藜麥在飲料研發方向提供一定的參考。

關鍵詞 藜麥；液化；糖化；工藝

中圖分類號 TS275.4 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）18-0140-04

Study on Liquefaction and Saccharification of Quinoa Beverage

LI Zhenjing， XUE Yibin， ZHANG Lan et al

（ College of Food Engineering and Biotechnology， Tianjin University of Science and Technology， Tianjin 300457）

Abstract [Objective]To optimize the liquefaction and saccharification conditions of quinoa starch during hydrolysis. [Method]With quinoa as raw materials， DE value as the main evaluation index， starch liquefaction and saccharification process quinoa beverage production optimization is performed using single factor and orthogonal design. [Result]The results showed that the optimum liquefaction conditions were as follows： the dosage of αamylase was 11 U/g， the liquefaction time was 45 min， the liquefaction temperature was 65 ℃， the pH was 7.0， and the liquefaction DE value was 24.46%. The optimal saccharification conditions were： saccharifying enzyme dosage 110 U /g， saccharification time 70 min，saccharification temperature 70 ℃，pH value 5.0， saccharifying DE value 63.45%. [Conclusion]The results provide a reference for quinoa development in beverage industry.

Key words Quinoa；Liquefaction；Saccharification；Technology

藜麥（Chenopodium quinoa willd.，Amaranthaceae），富含纖維素、多不飽和脂肪酸、維生素、礦物質、皂苷、植物甾醇、植物激素、多酚類物質、甜菜堿等多種功能性成分[1-3]，美國航空航天局（NASA）將藜麥列為太空宇航員的理想食物之一[4]。目前，有研究表明，藜麥對人體代謝發育[5-6]、胃腸道[7]及心腦血管[8]都有明顯的健康益處。藜麥豐富的營養物質和優良的功能特性，使其在特殊人群（兒童、老人、運動員）、乳糖不耐癥人群以及骨質疏松、貧血、糖尿病、血脂異常、肥胖和胃腸道疾病患者中具有巨大的應用潛力[9-11]。目前，國內對藜麥的研究主要集中在品質性狀[11]、栽培技術[12]和營養及功能成分[13]上，也有藜麥雜糧面包[14]、藜麥酸奶[15]等的研究。藜麥淀粉含量較高且本身具有特殊的氣味，為了保證產品的品質和穩定性，調配型和發酵型藜麥飲料在制備過程中均需對藜麥原料進行糖化和液化工藝研究。筆者通過對藜麥淀粉進行水解，確定其液化和糖化的最優工藝條件，為藜麥飲品的后期開發奠定一定的基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料及試劑。

藜麥（淀粉62.5%，蛋白質16.0%，脂肪6.5%），購自山西清禹鳴商貿有限公司；α-淀粉酶（BF7658，1 000 U/g）、糖化酶（固體，50 000 U/g），購自邢臺萬達生物工程有限公司。

1.1.2 儀器與設備。

T1000電子天平，美國雙杰兄弟（集團）有限公司；GB11165 pH 計，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；JK-WB-2A型數顯恒溫水浴鍋，上海精學科學儀器有限公司。

1.2 工藝流程

1.2.1 液化工藝流程。藜麥→除雜→粉碎→過篩→糊化 α-淀粉酶 液化→糖化→滅酶→過濾→α-淀粉酶水解液。

1.2.2 糖化工藝流程。α-淀粉酶水解液 糖化酶 糖化→滅酶→過濾→水解液。

1.3 方法

1.3.1 藜麥的預處理。挑選飽滿、無霉變的藜麥，除去藜麥中雜質，粉碎，過60目篩。

1.3.2 藜麥粉的糊化。將藜麥粉與蒸餾水以1 ∶15（g/mL）比例混合，放于90 ℃水浴鍋中糊化0.5 h。

1.3.3 藜麥粉液化工藝條件優化。藜麥糊化液100 mL加入α-淀粉酶水解，以還原糖值（DE值）為評估指標，分析時間、酶量、pH和溫度4個因素對液化效果的影響。以α-淀粉酶量10%，pH 6.5，溫度65 ℃，液化時間40 min為初始液化條件，其后變化一個因素，控制其他因素不變，經過單因素試驗確定4個因素的適合水平范圍，再以DE值為指標，設計4因素3水平的正交試驗L9（34），見表1。上述試驗每個處理重復3次。

1.3.4 藜麥粉糖化工藝條件優化。以最優液化條件為基礎，進行糖化工藝試驗設計。將液化后的100 mL藜麥液化液加入α-淀粉酶水解，以DE值為評估指標，分析時間、酶量、pH和溫度對糖化效果的影響。以糖化酶量100 U/g，pH 6.5，溫度65 ℃，糖化時間40 min為初始糖化條件，其后變化一個因素，控制其他因素不變，經過單因素試驗確定4個因素的適合水平范圍，再以DE值為指標，設計4因素3水平的正交試驗L9（34），見表2。上述試驗每個處理重復3次。

1.4 DE值的測定 [16]

DE還原糖（以葡萄糖計）占溶液中干物質的比例，其計算公式如下：

DE值（%）= 還原糖含量（g/mL） 干物質含量（g/mL）×溶液的相對密度 ×100%

其中，還原糖（以葡萄糖計）測定采用3，5-二硝基水楊酸法；溶液相對密度測定采用密度計法。

1.5 數據分析處理方法

采用Origin Lab 8.0和SPSS 20.0軟件進行數據制圖和統計分析。

2 結果與分析

2.1 藜麥粉液化最佳工藝條件的確定

2.2.1 α-淀粉酶添加量對藜麥粉液化的影響。

α-淀粉酶作用于淀粉，內部切開 α-1，4-糖苷鍵，將淀粉水解生成糊精和還原糖。酶解液的DE值是評估淀粉酶酶解液化的重要指標，DE值越高，液化越徹底，飲料中可溶性固形物的含量也越高，原料利用率也就越高，但并不表示液化DE值越高越好，由于液化和糖化過程關系十分密切，過高DE值會影響后續糖化酶的糖化效果，一般谷物液化DE值在10～20的范圍內才有利于后續的糖化[17]。 由圖1可知，隨著α-淀粉酶量的加大，藜麥液化液DE值先快速增大后趨于平緩。當酶量高于10% 時，酶反應接近終點，DE值大致趨于穩定。可能隨著淀粉酶量增加，部分淀粉酶與底物反應處于飽和狀態或部分淀粉酶沒來及與底物反應，所以DE值不再產生變化。

2.2.2 溫度對藜麥粉液化的影響。

由圖2可知，藜麥粉水解液DE值隨著溫度變化呈現先升高后降低的趨勢。液化溫度在65 ℃時，DE值達到最大為22.71%。溫度小于65 ℃時，反應速率加快；溫度大于65 ℃時，反應速率下降。所以65 ℃為藜麥粉液化最優溫度。

2.2.3 pH對藜麥粉液化的影響。

由圖3可知，藜麥粉水解液DE值隨著pH變化呈現先升高后降低趨勢。pH 6.5，液化DE值最大，達到22.34%。6.0～7.0 為α-淀粉酶最佳pH，活性會受到水解液酸堿度很大影響，所以pH 6.5為藜麥粉液化的最優值。

2.2.4 液化時間對藜麥粉液化的影響。

由圖4可知，藜麥粉液化速率隨著時間變化呈現先升高后降低趨勢，之后逐漸趨于零。可能隨著時間的延長，水解液中α-1，4-糖苷鍵減少，α-1，6-糖苷鍵影響了α-淀粉酶的水解速度，且酶解產物的增加也會抑制酶的活性，使水解速率變慢。 所以60 min為藜麥粉最優液化時間。

2.2.5 藜麥粉液化正交試驗結果。

在單因素試驗的基礎上，設計正交試驗L9（34），以確定液化最優條件組合，結果如表3所示。

2.3 藜麥粉糖化最佳工藝條件的確定

2.3.1 糖化酶添加量對藜麥粉糖化的影響。

由圖5可知，藜麥粉水解液DE值隨著糖化酶量變化呈現升高趨勢。酶量大于100 U/g，糖化水解液DE值變動不大。綜合經濟成本，所以100 U/g為最優糖化酶量。

2.3.2 溫度對藜麥粉糖化的影響。

由圖6可知，藜麥粉水解液DE值隨著溫度變化呈現先升高后降低趨勢。溫度70 ℃，DE值最大；高于70 ℃時，破壞了糖化酶的結構，影響了其催化活性，導致部分糖化酶失活。所以70 ℃為藜麥粉糖化最優溫度。

2.3.3 pH對藜麥粉糖化的影響。

由圖7可知，藜麥粉水解液DE值隨著pH變化呈現先升高后降低的趨勢。pH 5.0時，DE值最大，4.0～4.5為糖化酶最佳pH。酶分子與底物結合與催化受酸堿度變化影響很大，進而影響水解速率。所以pH 5.0為藜麥粉糖化最優值。

2.3.4 時間對藜麥粉糖化的影響。

由圖8可知，藜麥粉糖化速率隨著時間變化呈現升高趨勢，之后逐漸趨于零。可能隨著時間的延長，底物濃度減少，導致反應速率減慢。所以，60 min為藜麥粉最優糖化時間。

2.3.5 藜麥粉糖化正交試驗結果。

在單因素試驗的基礎上，設計正交試驗L9（34），以確定糖化最優條件組合，結果如表4所示。

由表4所知，對藜麥粉糖化DE值影響梯度為糖化酶量>液化時間>溫度>pH，A3B3C2D2為最優組合，對優化后的條件驗證，結果表明在該條件下DE值為63.45%，高于理論預測值，所以A3B3C2D2為糖化最優組合，即糖化酶量110 U/g、糖化時間70 min、糖化溫度70 ℃、pH 5.0。

3 結論

該研究對藜麥飲料生產中的糖化和液化工藝進行優化研究，確定了最優的液化工藝條件如下：α-淀粉酶量11 U/g、液化時間45 min、液化溫度65 ℃、pH 7.0，此時液化的DE值為24.46%。對液化后的藜麥水解液進一步糖化，其糖化最優工藝條件如下：糖化酶量110 U/g、糖化時間70 min、糖化溫度70 ℃、pH 5.0，糖化DE值為63.45%。該結果為后續藜麥飲料的制備提供了一定的參考。

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