舒 奕，趙 迪，劉美艷，趙國(guó)華，2，*

(1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶400716; 2.西南大學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，重慶400716)

復(fù)合酶對(duì)方便米飯抗回生的研究

舒 奕1，趙 迪1，劉美艷1，趙國(guó)華1，2，*

(1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶400716; 2.西南大學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，重慶400716)

淀粉回生是影響方便米飯品質(zhì)的主要原因。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)響應(yīng)面分析方法優(yōu)化了復(fù)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(jié)果表明，當(dāng)復(fù)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(shí)間為50min時(shí)，方便米飯成品的糊化度達(dá)96.20%。與對(duì)照組(未加酶的產(chǎn)品)相比，產(chǎn)品糊化度提高了28.22%。因此，采用復(fù)合淀粉酶法可有效地改善方便米飯的品質(zhì)。

方便米飯，復(fù)合酶，抗回生，響應(yīng)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(jí)，酶活力3000U/g)、β－淀粉酶(食品級(jí)，酶活力2000U/g)河南億特化工產(chǎn)品有限公司。

Sarorius型電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;HWS－26電熱恒溫水浴鍋、DHG－9140電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海齊欣科學(xué)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(yī)療器械廠;MIR－553恒溫培養(yǎng)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(guó)耐弛儀器制造有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 酶法方便米飯生產(chǎn)工藝 本工藝在參照以往文獻(xiàn)［11－15］的基礎(chǔ)上，并進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男薷模鞒倘缦?

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

1.2.2 糊化度的測(cè)定 將干燥成品經(jīng)粉碎，過(guò)80目篩后采用DSC(差示掃描量熱分析)測(cè)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(jìn)行測(cè)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(guò)程中產(chǎn)生的熱焓值為樣品的老化焓(ΔH2)，而原料大米經(jīng)DSC掃描加熱糊化產(chǎn)生的熱焓值為糊化焓(ΔH1)。本實(shí)驗(yàn)以未加酶的方便米飯制作工藝作為對(duì)照組。糊化度(α度)的計(jì)算公式如下:

1.2.3 酶優(yōu)化的單因素實(shí)驗(yàn) 采用上述工藝流程，為了選擇對(duì)方便米飯糊化度影響較大的因素，本研究對(duì)酶濃度、酶作用時(shí)間、溫度等影響因子進(jìn)行了單因素實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇3個(gè)重要因素進(jìn)行響應(yīng)面分析以優(yōu)化該工藝。

1.2.4 響應(yīng)面法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及統(tǒng)計(jì)分析 響應(yīng)面分析法是一種重要的實(shí)驗(yàn)分析方法，本實(shí)驗(yàn)選取該分析方法中的Box－Behnken design(BBD)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)優(yōu)化。根據(jù)BBD設(shè)計(jì)原理，綜合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取β－淀粉酶與α－淀粉酶復(fù)配的濃度比、酶作用溫度、酶作用時(shí)間對(duì)方便米飯糊化度影響較顯著的3個(gè)因素，采用三因素三水平響應(yīng)面分析方法，選取的因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平編碼表Table 1 Factors and levels in the response surface analysis

響應(yīng)面結(jié)果建立二次多項(xiàng)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(shí)間;C0為常數(shù)項(xiàng);Ci(i=1，2，3)為一次項(xiàng)回歸系數(shù);C12、C13、C23為交互作用系數(shù);Cii(i=1，2，3)是二次項(xiàng)回歸系數(shù)。采用Design Expert 7.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)面分析和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，模型的置信水平為95%。

2 結(jié)果與分析

2.1 β－淀粉酶與α－淀粉酶復(fù)配比例對(duì)方便米飯糊化度的影響

圖1表明，當(dāng)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(shí)，方便米飯的糊化度呈下降趨勢(shì)。濃度比值在1∶1～5∶1范圍內(nèi)時(shí)，隨著該比值的不斷增大，糊化度也開(kāi)始增大。當(dāng)濃度比值為9∶1時(shí)，糊化度達(dá)到最大值，為94.84%。淀粉酶濃度比值范圍為9∶1～15∶1時(shí)，糊化度基本保持不變。這可能是由于β－淀粉酶對(duì)淀粉的糊化度的影響更大。

圖1 β－淀粉酶與α－淀粉酶復(fù)配濃度比對(duì)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(fù)配作用溫度對(duì)方便米飯糊化度的影響

從圖2可以看出，當(dāng)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(shí)間為36min，溫度從30℃上升到50℃時(shí)，方便米飯的糊化度值呈現(xiàn)小幅度的波動(dòng)。而在50～70℃范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，糊化度值急劇下降，與對(duì)照組接近。這可能是因?yàn)閺?fù)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(fù)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(fù)配作用溫度對(duì)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(fù)配作用時(shí)間對(duì)方便米飯糊化度的影響

由圖3可見(jiàn)，當(dāng)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(shí)間內(nèi)(0～36min)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，方便米飯的糊化度呈顯著增大趨勢(shì)。而36min后，糊化度無(wú)明顯變化。為節(jié)約成本，該單因素實(shí)驗(yàn)確定時(shí)間范圍18～54min為復(fù)合淀粉酶的最適作用時(shí)間范圍。

2.4 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.4.1 響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果 以復(fù)合酶濃度比、酶作用時(shí)間、溫度為自變量，方便米飯的糊化度為響應(yīng)值(Y)，進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表2。

2.4.2 響應(yīng)面回歸模型的分析 通過(guò)Design Expert軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二次多元回歸分析，獲得方便米飯的糊化度對(duì)復(fù)合淀粉酶濃度比、酶作用溫度、時(shí)間的二次多元回歸模型為:

圖3 β－淀粉酶與α－淀粉酶復(fù)配作用時(shí)間對(duì)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(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果Table 2 Experimental results of Box－Behnken experimental

表3 響應(yīng)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(xiàng)不顯著(p=0.0864＞0.05)，表明本實(shí)驗(yàn)在回歸區(qū)域內(nèi)擬合良好。方程復(fù)相關(guān)系數(shù)的平方(R2)為0.9778，表明模型擬合程度很好。X1、X3、X1X2、對(duì)方便米飯的糊化度影響極顯著(p＜0.01)，對(duì)方便米飯的糊化度影響顯著(p＜0.05)，其余項(xiàng)X2、X1X3、X2X3對(duì)產(chǎn)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(jù)回歸方程，繪制響應(yīng)面分析圖，見(jiàn)圖4～圖6，響應(yīng)面代表兩個(gè)獨(dú)立變量的交互作用。淀粉酶作用時(shí)間和溫度的交互作用顯著，表現(xiàn)為曲線較陡。由圖4可知，當(dāng)?shù)矸勖笣舛缺戎狄欢〞r(shí)，糊化度值隨酶作用時(shí)間變化呈增大趨勢(shì);作用時(shí)間一定時(shí)，淀粉酶濃度比對(duì)糊化度值的影響不大。從圖5可以看出，當(dāng)固定酶濃度比在某一值時(shí)，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(yīng)大于酶濃度比。由圖6可見(jiàn)，當(dāng)固定兩個(gè)變量中的其中某一值時(shí)，糊化度值都呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。

圖4 酶濃度比與作用時(shí)間對(duì)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(duì)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(yàn)證實(shí)驗(yàn)

通過(guò)Design Expert軟件得出，在復(fù)合酶濃度比值為9∶1(U/U)、酶作用溫度43.67℃和時(shí)間為50.12min時(shí)的條件下，最大糊化度預(yù)測(cè)值為96.54%。為驗(yàn)證回歸模型的準(zhǔn)確性，采用上述最佳工藝條件進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，復(fù)合酶濃度比值9∶1(U/U)、酶作用溫度為44℃和作用時(shí)間為50min，得到真實(shí)值為96.20%，與預(yù)測(cè)值吻合良好。這說(shuō)明采用響應(yīng)面分析方法優(yōu)化得到的參數(shù)是可靠的，具有實(shí)用價(jià)值。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)表明，復(fù)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(fù)合淀粉酶對(duì)大米中淀粉的水解作用有關(guān)，從而消弱了淀粉分子的回生。通過(guò)BBD設(shè)計(jì)和Design Expert軟件分析處理數(shù)據(jù)，得到各因素影響方便米飯糊化度的回歸方程能較好地預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)體系結(jié)果，優(yōu)化出的最佳條件為:復(fù)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(shí)間為50min，在此條件下方便米飯的糊化度達(dá)96.20%，與對(duì)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(chǎn)工藝提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。但由于米飯具有黏性，在噴灑酶液過(guò)程中不可能使其完全均勻分布于米飯中，因此，在此基礎(chǔ)上探討和研究更高品質(zhì)的方便米飯將是今后的工作重點(diǎn)。

圖6 酶作用時(shí)間與溫度對(duì)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(ài)景.方便米飯市場(chǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)的糊化度［J］.糧食與食品工業(yè)，2008，15(3):3－5.

［2］徐樹(shù)來(lái)，劉曉東，劉瑋.我國(guó)方便米飯的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題［J］.農(nóng)機(jī)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(xué)，2006，27(12):498－500.

［4］譚薇，李珂，盧曉黎.大米糊化特性及回生機(jī)理研究［J］.食品科學(xué)，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(guó)糧油學(xué)報(bào)，2009，24(1):1－4.

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

［7］張暉，毛錦生.酶法改善方便米飯復(fù)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(duì)方便米飯品質(zhì)的改良［J］.中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2009，10(24):1－5.

［9］鄭志，張?jiān)?，羅水忠，等.添加劑對(duì)方便米飯?zhí)匦缘挠绊懀跩］.食品科學(xué)，2010，31(24):120－123.

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

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

［12］鄭志，張?jiān)?，周?huì)喜，等.蒸煮溫度對(duì)方便米飯?zhí)匦缘挠绊懀跩］.食品科學(xué)，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－h(huán)ua1，2，*
(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(ài)。為方便人們?cè)谌魏螘r(shí)候都能品嘗到米飯，中國(guó)食品工業(yè)協(xié)會(huì)決定在全國(guó)范圍內(nèi)推廣方便米飯制品。方便米飯既能達(dá)到方便食品方便快捷的要求，又能滿足人們的營(yíng)養(yǎng)要求及傳統(tǒng)習(xí)慣，可作為家庭化主食［1－2］。在方便米飯生產(chǎn)加工過(guò)程中由于米飯中淀粉的老化回生使得食品的質(zhì)構(gòu)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(fā)現(xiàn)，淀粉酶、蛋白酶等可以改善方便米飯的復(fù)水特性、老化回生等現(xiàn)象［6－8］，目前研究基本集中在浸泡過(guò)程中添加不同的酶制劑以提高方便米飯品質(zhì)［9－10］方面，但是蒸煮后運(yùn)用復(fù)配型食品酶制劑來(lái)改善方便米飯的抗回生性能及其品質(zhì)的報(bào)道目前仍很少。本實(shí)驗(yàn)研究了α－淀粉酶和β－淀粉酶復(fù)配后改善方便米飯品質(zhì)的最佳條件，并采用響應(yīng)面優(yōu)化得到兩種酶復(fù)配最佳條件。為改善方便米飯的生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品品質(zhì)提供理論依據(jù)。

2011－07－14 *通訊聯(lián)系人

舒奕(1989－)，女，大學(xué)本科，研究方向:食品科學(xué)與工程。

國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目(01063533)。