南瓜鷹嘴豆營養粉酶解工藝研究

張雅娜，狄冰倩，王 欣，張 晟，馬麗媛，郭 麗

（綏化學院食品與制藥工程學院，黑龍江 綏化 152061）

0 引言

南瓜富含蛋白質，脂肪含量較低，還有豐富的維生素（維A、維B、維C、維E）、礦物質、纖維素、碳水化合物等營養成分，并含有多種游離氨基酸及生物堿類等生物活性成分，其營養豐富且全面，有“蔬菜之王”的美譽[1]。在生活水平提高和科技水平進步的同時，人類對于自身的健康也愈發重視。南瓜粉以碳水化合物為主、脂肪含量極低（每100 g南瓜粉含脂肪4.09 g）、膳食纖維豐富（每100 g 南瓜粉含膳食纖維21.06 g），此外，南瓜粉富含鐵（16.95 mg/100 g）、鈣（301.57 mg/100 g） 和 磷（223.95 mg/100 g），所以南瓜粉作為一種低脂、高鈣、高纖維的理想保健食品[2]，可開發適合中老年人食用的食品。然而，新鮮南瓜因水分含量高而不耐貯藏、易腐爛，又因產量高、銷售量小給農民帶來經濟損失[3]，在南瓜加工方面大部分用于取籽，僅有不足10%的果肉用于食用和加工，造成資源的浪費[4]。因此，為提高南瓜產品附加值，將南瓜加工成南瓜粉不僅可以延長保質期，保留南瓜獨特風味，還能滿足市場需求、提高經濟效益。

鷹嘴豆起源于中東地區和亞洲西部，是世界上種植面積較廣的豆類，因形如鷹嘴而得名。鷹嘴豆中植物蛋白含量豐富，脂肪少且多為對人體有益的不飽和脂肪酸，氨基酸和微量元素的含量高、組成均衡，可作為營養強化劑添加在食品中，除此之外，鷹嘴豆中還含有維生素、粗纖維、鈣、鎂、鐵等營養成分[5]。與其他豆類相比，鷹嘴豆是膳食纖維、蛋白質和維生素的極佳營養來源[6]。且鷹嘴豆蛋白在消化吸收、功效比值及生物利用價值方面遠遠高于大豆及其他豆類[7]，被人們譽為“豆中之王”。鷹嘴豆作為一種藥食兩用的作物不僅含有豐富的營養成分，還能對疾病起到預防和保健功能。目前，我國對于鷹嘴豆產品的開發仍處于粗加工階段，高技術含量少[5]，所生產的產品主要是保健營養粉，具有調節血糖、增強免疫力、降低膽固醇、降脂、降壓、降糖等多種功效[7]。用維吾爾傳統工藝生產的鷹嘴豆營養粉結塊率高、易沉淀、穩定性差，產品不易保存且口感較差[8]。將鷹嘴豆粉中的淀粉進行酶解處理后，可以使結塊率降低，更易沖調。

中老年人的胰島素分泌少，對血糖的調節作用減弱。可溶性多糖是南瓜中一種重要的有效成分，可以促進胰島素的分泌，有效控制和輔助治療因糖尿病引起的各種疾病（如心臟病、高血壓、高血脂、腎病和視力等），使血糖在餐后上升緩慢，有利于糖尿病的控制和治療，減輕了糖尿病人的負擔[9]。南瓜中的可溶性多糖和鷹嘴豆中的微量元素鉻能起到調節血糖的作用，進而減輕了胰島素的負擔。隨著年齡的增加，人到了中年以后，消化和代謝功能逐漸衰退。將南瓜和鷹嘴豆制成粉后混合成為復合營養粉，采用淀粉酶對淀粉進行一定程度的酶促降解，將大分子轉化為小分子，改變鏈長，降低南瓜鷹嘴豆營養粉溶解的稠度，有利于人體吸收。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糖化酶，北京奧博星生物技術有限責任公司提供；中溫淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶，上海金穗生物科技有限公司提供；南瓜、鷹嘴豆，均為市售。

1.2 儀器與設備

ESJ205-4型普利賽斯電子分析天平，普利賽斯國際貿易有限公司產品；ZH-25B-B11型多功能食品加工機產品；河南新飛電器集團有限公司電器有限公司產品；BCD-160TMPQ型冰箱，青島海爾股份有限公司產品；HZS-H型水浴振蕩器，哈爾濱市東聯電子開發有限公司產品；PHS-3C型pH計，杭州齊威儀器有限公司產品；2WAJ阿貝折射儀，廣州力賽計量檢測有限公司產品；DGX-9143B-1型電熱鼓風干燥箱，上海福瑪實驗設備有限公司產品；DK-98-Ⅱ型電子萬用爐，天津天泰儀器有限公司產品；HH-6型數顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司產品；SKD-20S3型消化爐，上海沛歐分析儀器有限公司產品；K1302型凱氏定氮儀，上海晟聲自動化分析儀器有限公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

①鷹嘴豆→挑選→清洗；

②南瓜→去皮、籽、瓤→切片、護色；

①+②→干燥→粉碎→調漿→酶解→干燥→成品。

1.3.2 操作要點

（1）南瓜和鷹嘴豆的干燥與粉碎。挑選成熟的南瓜，去掉皮、籽、瓤，切片后采用熱水、質量分數為0.1%的檸檬酸溶液和質量分數為0.1%的抗壞血酸為漂燙介質，漂燙溫度為95℃，漂燙時間3 min[10]，放入70℃烘箱中干燥8 h，烘至可以進行粉碎的狀態。挑選無蟲蛀、無發霉的鷹嘴豆，清洗后放入70℃烘箱中干燥8 h，烘至可以進行粉碎的狀態。利用多功能食品加工機將干燥的南瓜和鷹嘴豆進行粉碎得到南瓜粉和鷹嘴豆粉，再用80目篩對南瓜粉和鷹嘴豆粉進行篩選，得到細膩均勻的南瓜粉和鷹嘴豆粉。

（2）酶解。首先將南瓜粉和鷹嘴豆粉按質量比7∶3的比例復配，再按料液比1∶4（g∶mL）進行調制，加入0.5%的酶，使酶與料液混合均勻，在水浴振蕩器中酶解1.5 h。

（3）滅酶。將酶解后的料液用鹽酸溶液調至pH值為2，靜置10 min進行滅酶，再用氫氧化鈉溶液將漿料pH值調至中性[11]。

1.3.3 酶制劑的選擇

選擇南瓜粉與鷹嘴豆粉質量比例7∶3（以總量10 g為基準），料液比為1∶5（g∶mL），酶添加量為0.4%，分別加入中溫淀粉酶（最適溫度60℃，最適pH值6.0）、淀粉葡萄糖苷酶（最適溫度60℃，最適pH值4.0）和糖化酶（最適溫度60℃，最適pH值4.0），酶解時間1.5 h，以水解程度（DE值）為評價指標，最終確定出最佳的酶制劑。

1.3.4 單因素試驗

南瓜粉和鷹嘴豆粉的質量比（7∶1，7∶2，7∶3，7∶4，7∶5）、料液比（1∶3，1∶4，1∶5，1∶6，1∶7）、酶添加量（0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%）、酶解時間（0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 h）為單因素，考查各因素對水解程度（DE值）的影響。

1.3.5 正交試驗

進行酶解工藝研究時存在不同的影響因素，各因素相互交織在一起，對試驗結果造成影響，因此為了探究各個因素間的最優條件，找到最佳配方，采用正交試驗四因素三水平法。通過單因素試驗確定南瓜粉和鷹嘴豆粉的質量比、料液比、酶添加量及酶解時間的取值范圍，從而確定南瓜鷹嘴豆營養粉酶解工藝因素水平表。

南瓜鷹嘴豆營養粉酶解工藝因素與水平設計見表1。

表1 南瓜鷹嘴豆營養粉酶解工藝因素與水平設計

1.4 理化性質分析

1.4.1 基本成分測定

參考GB 5009.3—2016食品安全國家標準 食品中水分的測定[12]。

參考GB 5009.4—2016食品安全國家標準 食品中灰分的測定[13]。

參考GB 5009.5—2016食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定[14]。

參考GB 5009.6—2016食品安全國家標準 食品中脂肪的測定[15]。

1.4.2 DE值的測定

參考GB 5009.3—2016食品安全國家標準 食品中還原糖的測定——直接滴定法[16]。

干物質含量選擇折射法[17]。

1.4.3 結塊率測定

結塊率按照以下公式計算。

1.5 數據統計與分析

所有試驗進行3次，應用Origin Pro 8.5作圖。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 酶種類對水解程度（DE值）的影響

酶種類對水解程度（DE值）的影響見圖1。

圖1 酶種類對水解程度（DE值）的影響

由圖1可知，中溫淀粉酶對南瓜鷹嘴豆營養粉的水解程度最好，DE值為30.08%，淀粉葡萄糖苷酶次之，糖化酶的水解程度最差。因此，選擇中溫淀粉酶作為南瓜鷹嘴豆營養粉酶解工藝的最佳酶制劑。

2.1.2 南瓜粉和鷹嘴豆粉的質量比對水解程度（DE值）的影響

南瓜粉和鷹嘴豆粉的質量比對水解程度（DE值）的影響見圖2。

圖2 南瓜粉和鷹嘴豆粉的質量比對水解程度（DE值）的影響

由圖2可知，隨著南瓜粉添加量減少，鷹嘴豆粉添加量增多，南瓜鷹嘴豆營養粉的水解程度（DE值）不斷降低，在南瓜粉和鷹嘴豆粉的質量比為7∶1時，DE值最大，由7∶3變為7∶4時，DE值下降最明顯，在7∶5時，DE值降到最低。其原因可能是鷹嘴豆粉中淀粉含量較多（約占50%）[5]，隨著鷹嘴豆粉質量比逐漸增大，淀粉酶與底物反應不徹底，導致DE值降低。因此，南瓜粉和鷹嘴豆粉的最佳質量比為7∶1。

2.1.3 料液比對水解程度（DE值）的影響

料液比對水解程度（DE值）的影響見圖3。

圖3 料液比對水解程度（DE值）的影響

由圖3可知，隨著水添加量增多，底物濃度逐漸降低，漿料黏度逐漸降低，南瓜鷹嘴豆營養粉的水解程度（DE值）先增大后減小，在料液比為1∶6（g∶mL）時，DE值達到最大值，料液比為1∶6~1∶7時呈下降趨勢。其原因可能是在料液比較小時，水分活度較低，酶的活性被抑制，導致DE值較小；隨著料液比的增大，水分活度相應增大，酶活性提高，DE值也增大；在料液比為1∶6以后，水分活度過大，酶活性達到極限，DE值降低。因此，南瓜鷹嘴豆營養粉酶解的最佳料液比為1∶6（g∶mL）。

2.1.4 酶添加量對水解程度（DE值）的影響

酶添加量對水解程度（DE值）的影響見圖4。

由圖4可知，在南瓜粉和鷹嘴豆粉的添加比例、料液比和酶解時間固定時，隨著酶添加量的逐漸增加，南瓜鷹嘴豆營養粉的水解程度（DE值）呈現先上升后緩慢下降的趨勢，酶添加量為0.5%時，酶解效果最好。當酶添加量繼續增加時，DE值開始降低。其原因可能是開始時底物與酶充分反應，反應速度越來越快，隨著酶添加量逐漸增多，酶的濃度已經達到飽和狀態，使底物與酶不能完全反應，導致酶的利用率降低。因此，南瓜鷹嘴豆營養粉酶解的最佳酶添加量為0.5%。

圖4 酶添加量對水解程度（DE值）的影響

2.1.5 酶解時間對水解程度（DE值）的影響

酶解時間對水解程度（DE值）的影響見圖5。

圖5 酶解時間對水解程度（DE值）的影響

由圖5可知，在南瓜粉和鷹嘴豆粉的質量比、料液比和酶添加量一定時，隨著酶解時間的增加，南瓜鷹嘴豆營養粉的水解程度（DE值）先增大后趨于平緩。在酶解時間為1.0 h時，斜率最大，DE值上升最快，2.0 h時DE值達到最大值，酶與底物充分接觸，使淀粉分子細胞壁基本崩解，酶解基本完成[18]；在2.0~2.5 h，DE值變化不明顯。其原因可能是前期底物含量與酶含量固定，剛接觸時充分反應，反應速率加快，隨著時間延長，底物逐漸減少，反應速率變慢，而且隨著反應時間的推移，酶的相對活力下降，反應產物對酶解反應有一定的抑制作用[19-20]。考慮到酶解時間2.0 h與2.5 h的DE值變化不明顯，因此，南瓜鷹嘴豆營養粉酶解的最佳酶解時間為2.0 h。

2.2 正交試驗結果與分析

選取4個對南瓜鷹嘴豆營養粉水解程度（DE值）有影響的試驗因素，即南瓜粉和鷹嘴豆粉的質量比、料液比、酶添加量、酶解時間，設定3個水平，采用L9（34）正交試驗設計，以水解程度（DE值）為評價指標。

正交試驗見表2。

由表2可知，影響南瓜鷹嘴豆營養粉水解程度（DE值）因素的主次順序為B＞D＞A＞C，即料液?比對南瓜鷹嘴豆營養粉水解程度（DE值）的影響最大，酶解時間是主要因素，南瓜粉和鷹嘴豆粉的添加比例是次要因素，酶添加量影響較小。正交試驗得到水解程度（DE值）最佳組合為第4組，即A2B1C2D3，而根據值分析得到的最佳組合為A3B1C2D3未出現在9組試驗中，因此需要增加驗證試驗。

表2 正交試驗

驗證試驗見表3。

表3 驗證試驗

由表3可知，A2B1C2D3組合更加優于A3B1C2D3組合，因此得到南瓜鷹嘴豆營養粉最佳酶解工藝為南瓜粉和鷹嘴豆粉的質量比7∶2，料液比1∶5（g∶mL），酶添加量0.5%，酶解時間2.5 h。此時水解程度（DE值）可達到32.28%。

2.3 理化性質分析

2.3.1 基本成分測定

主要化學成分見表4。

表4 主要化學成分/%

由表4可知，試驗中南瓜鷹嘴豆營養粉的主要成分及含量：水分含量為6.02%，灰分含量為3.39%，粗蛋白含量為10.06%，粗脂肪含量為3.04%。

2.3.2 結塊率測定

南瓜鷹嘴豆營養粉酶解前后的結塊率見圖6。

由圖6可知，酶解前的結塊率為39%，酶解后的結塊率為18%，經過中溫淀粉酶酶解后，南瓜鷹嘴豆營養粉的結塊率明顯降低，說明了經過酶解后的南瓜鷹嘴豆營養粉不易結塊，溶解速度更快。

圖6 南瓜鷹嘴豆營養粉酶解前后的結塊率

3 結論

通過正交試驗確定酶解最佳工藝條件為南瓜粉和鷹嘴豆粉的添加比例7∶2，料液比1∶5（g∶mL），酶添加量0.5%，酶解時間2.5 h，在此條件下南瓜鷹嘴豆營養粉的DE值最高，為32.28%。將酶解前后的南瓜鷹嘴豆營養粉進行結塊率的測定，酶解處理后的南瓜鷹嘴豆營養粉結塊率降低，更易于溶解。