李長(zhǎng)見(jiàn)
(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,山東泰安 271000)
玉米是目前品種選育研究最多的谷物之一。隨著谷物深加工的發(fā)展,采用現(xiàn)代生物技術(shù)加工而成的玉米飲料,不僅保留了玉米較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,而且具有玉米的特色香氣等特點(diǎn),成為谷物深加工產(chǎn)業(yè)的一個(gè)亮點(diǎn)。在谷物飲料的研發(fā)及市場(chǎng)開(kāi)發(fā)方面,歐美及日本、韓國(guó)等國(guó)家發(fā)展極為迅速,技術(shù)也比較成熟[1],目前韓國(guó)已經(jīng)有很多使用玻璃瓶、鐵罐及PET瓶等包裝的產(chǎn)品,在我國(guó)一些大型超市和商店進(jìn)行銷售。如果能將我國(guó)豐富的玉米資源進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā),生產(chǎn)合適的飲料產(chǎn)品,不僅可以豐富飲料市場(chǎng),還可以帶動(dòng)農(nóng)民增收。玉米中不僅含有豐富的維生素和磷、鐵、鈣等多種微量元素,還具有豐富的膳食纖維和必需氨基酸等,是一種營(yíng)養(yǎng)比較均衡的食物。目前,玉米飲料的加工已經(jīng)達(dá)到了工業(yè)化生產(chǎn)的程度,但是在生產(chǎn)過(guò)程中還存在一些問(wèn)題。例如,將玉米破碎、磨粉過(guò)篩之后進(jìn)行高溫糊化時(shí),容易結(jié)塊產(chǎn)生沉淀;而且玉米飲料在存放過(guò)程中也容易產(chǎn)生沉淀[2]。為了改善這種現(xiàn)象,試驗(yàn)采用雙酶法加工玉米汁飲料,經(jīng)過(guò)高溫α-淀粉酶和糖化酶酶解后的玉米汁,淀粉等大分子物質(zhì)被酶解成糊精、單糖等小分子物質(zhì),不僅使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)充分釋放,而且也改善了飲料的品質(zhì)。
應(yīng)季新鮮玉米,產(chǎn)于泰安,購(gòu)于當(dāng)?shù)嘏l(fā)市場(chǎng),將玉米進(jìn)行清洗后除去雜須,隨后剝粒、磨粉,粉碎后的玉米過(guò)50目篩,初步獲得試驗(yàn)原料;高溫α -淀粉酶 (6×104U/g)、糖化酶 (10×104U/g),由上海源葉生物有限公司提供;CMC、黃原膠,由上海申光食用化學(xué)品有限公司提供。
Dwlta320型pH計(jì),梅特勒-托利多儀器有限公司產(chǎn)品;TDZ5-WS型臺(tái)式低速離心機(jī),湘儀離心機(jī)儀器有限公司產(chǎn)品;TP-214型分析天平,丹佛儀器北京有限公司產(chǎn)品;HH-6型恒溫水浴鍋,國(guó)華電器有限公司產(chǎn)品。
清洗除雜→剝粒粉碎過(guò)篩→糊化→淀粉酶液化→調(diào)節(jié)pH值→糖化酶糖化→均質(zhì)→調(diào)配。
將玉米粒粉碎后過(guò)50目篩,40 g玉米粉末與400 mL水充分混合,溫度80℃,時(shí)間40 min,調(diào)節(jié)pH值(使pH值穩(wěn)定在5.0~5.6),加入高溫α-淀粉酶酶解1 h,液化后升高溫度至100℃,高溫致使淀粉酶失活。將樣品自然冷卻至60℃,調(diào)節(jié)pH值(使pH值穩(wěn)定在4.0~4.6),加入糖化酶,酶解時(shí)間5 h。糖化結(jié)束后升高溫度至100℃,進(jìn)行糖化酶滅酶處理10 min。將酶解后的玉米汁在40 MPa壓力下均質(zhì)10 min,添加蔗糖、穩(wěn)定劑等對(duì)玉米汁飲料進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)配。
DE值的測(cè)定方法參考姜文俠等人[3]還原糖和DE值的測(cè)定方法。
加入高溫α-淀粉酶酶解,分別進(jìn)行加酶量、酶解時(shí)間、酶解溫度的研究,確定高溫α-淀粉酶酶解條件。
將糖化酶加入經(jīng)過(guò)高溫α-淀粉酶作用后的玉米汁中,分別進(jìn)行加酶量、酶解時(shí)間、酶解溫度的研究,確定糖化酶酶解條件。
2.5.1 蔗糖添加量的研究
通過(guò)感官評(píng)定的方法確定最適蔗糖添加量,以獲得最佳口感。
2.5.2 添加黃原膠、羧甲基纖維素(CMC) 穩(wěn)定性研究
選取黃原膠、羧甲基纖維素(CMC)2種穩(wěn)定劑進(jìn)行復(fù)合飲料的穩(wěn)定性和流動(dòng)性的影響,通過(guò)感官評(píng)定,進(jìn)一步確定最適添加量,以保證飲料的最佳穩(wěn)定效果。
3.1.1 高溫α-淀粉酶添加量對(duì)玉米汁品質(zhì)的影響
將玉米汁在pH值為5.0~5.6條件下分為6組,分別添加0,5,10,15,20,25 U/g的高溫α-淀粉酶。在80℃條件下酶解1 h,測(cè)定DE值。
高溫α-淀粉酶添加量對(duì)玉米汁DE值的影響見(jiàn)圖1。
圖1 高溫α-淀粉酶添加量對(duì)玉米汁DE值的影響
由圖1可知,玉米汁的DE值隨加酶量的增加呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),在加酶量達(dá)到20 U/g之前呈現(xiàn)上升趨勢(shì),在大于20 U/g之后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此,可以得出試驗(yàn)中高溫α-淀粉酶添加量選擇20 U/g較好。
3.1.2 酶解時(shí)間對(duì)于玉米汁品質(zhì)的影響
將玉米汁在pH值為5.0~5.6條件下分為6組,添加20 U/g高溫α-淀粉酶,于80℃條件下分別恒溫20,30,40,50,60,70 min,測(cè)定DE值。
高溫α-淀粉酶酶解時(shí)間對(duì)玉米汁DE值的影響見(jiàn)圖2。
圖2 高溫α-淀粉酶酶解時(shí)間對(duì)玉米汁DE值的影響
由圖2可知,酶解時(shí)間越長(zhǎng),DE值越大,在前60 min時(shí)DE值呈增長(zhǎng)趨勢(shì),60 min之后DE值不再增長(zhǎng),由此得出,試驗(yàn)中酶解時(shí)間應(yīng)在60 min左右較為適宜。
3.1.3 酶解溫度對(duì)玉米汁品質(zhì)的影響
將玉米汁在pH值5.0~5.6條件下分為6組,添加20 U/g高溫α-淀粉酶,分別在 40,50,60,70,80,90℃的條件下酶解60 min,測(cè)定DE值。
高溫α-淀粉酶酶解溫度對(duì)玉米汁DE值的影響見(jiàn)圖3。
由圖3可知,酶解溫度低于80℃時(shí)隨溫度升高DE值逐漸上升,高于80℃后DE值趨于平穩(wěn),因此可以得出,最佳酶解溫度為80℃。
3.1.4 高溫α-淀粉酶最佳工藝參數(shù)的確定
圖3 高溫α-淀粉酶酶解溫度對(duì)玉米汁DE值的影響
根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,選擇加酶量、酶解時(shí)間、酶解溫度進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn),確定最佳的工藝參數(shù)。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選擇加酶量、酶解時(shí)間、酶解溫度3個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn),確定高溫α-淀粉酶的最佳工藝參數(shù)。
高溫α-淀粉酶正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1,高溫α-淀粉酶酶解正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
表1 高溫α-淀粉酶正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)
由極差R值的大小可知,對(duì)于玉米汁高溫α-淀粉酶酶解效果的影響因素從大到小依次為酶解時(shí)間>加酶量>酶解溫度,由均值K可得出最優(yōu)組合為A2B2C2,即加酶量20 U/g,酶解時(shí)間60 min,酶解溫度80℃。
3.1.5 驗(yàn)證試驗(yàn)
按照上述最佳工藝條件組合下進(jìn)行玉米汁酶解,測(cè)定DE值,測(cè)得該組合優(yōu)于其他組合,最終確定高溫α-淀粉酶最佳工藝參數(shù)為加酶量20 U/g,酶解時(shí)間60 min,酶解溫度80℃。
經(jīng)過(guò)高溫α-淀粉酶作用后的玉米汁,淀粉降解為低聚糖、糊精和單糖等物質(zhì),其中仍然會(huì)有一些大分子物質(zhì),不利于玉米汁飲料的穩(wěn)定性,因此還需要進(jìn)一步水解。糖化酶可以將大分子的糊精和多糖水解成單糖,達(dá)到改善飲料的目的。
3.2.1 糖化酶添加量對(duì)酶解效果的影響
分別取經(jīng)過(guò)高溫α-淀粉酶作用后的玉米汁6組,按照糖化酶 120,140,160,180,200,220 U/g,在酶解溫度60℃,pH值4.5條件下酶解5 h,測(cè)定DE值。
糖化酶添加量對(duì)玉米汁DE值的影響見(jiàn)圖4。
由圖4可知,當(dāng)糖化酶添加量為200 U/g時(shí),玉米汁的葡萄糖值達(dá)到最高,當(dāng)酶的添加量繼續(xù)增加,玉米汁的DE值不再增加,所以糖化酶的適宜添加量為200 U/g。
表2 高溫α-淀粉酶酶解正交試驗(yàn)結(jié)果
圖4 糖化酶添加量對(duì)玉米汁DE值的影響
3.2.2 糖化酶酶解溫度對(duì)酶解效果的影響
分別取經(jīng)過(guò)高溫α-淀粉酶作用后的玉米汁6組,按照糖化酶200 U/g,在酶解溫度40,45,50,55,60,65℃;pH值4.5條件下酶解5 h,測(cè)定DE值。
糖化酶酶解溫度對(duì)玉米汁DE值的影響見(jiàn)圖5。
圖5 糖化酶酶解溫度對(duì)玉米汁DE值的影響
由圖5可知,當(dāng)酶解溫度在低于60℃時(shí),玉米汁的DE值呈上升趨勢(shì),當(dāng)溫度繼續(xù)升高,玉米汁的DE值不再增加,反而有所下降,所以糖化酶的適宜酶解溫度為60℃。
3.2.3 糖化酶酶解時(shí)間對(duì)酶解效果的影響
分別取經(jīng)過(guò)高溫α-淀粉酶作用后的玉米汁7組,按照糖化酶200 U/g,在酶解溫度60℃,pH值4.5條件下分別測(cè)定酶解時(shí)間2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,4.5,5.0 h的DE值。
圖5 糖化酶糖化溫度對(duì)玉米飲料DE值的影響
糖化酶酶解時(shí)間對(duì)玉米汁DE值的影響見(jiàn)圖6。
圖6 糖化酶酶解時(shí)間對(duì)玉米汁DE值的影響
由圖6可知,當(dāng)酶解時(shí)間低于4.5 h時(shí),玉米汁的葡萄糖值呈現(xiàn)上升趨勢(shì),隨著酶解時(shí)間的延長(zhǎng),玉米汁的DE值不再增加,反而有所下降,所以糖化酶的適宜酶解時(shí)間為4.5~5.0 h。
3.2.4 糖化酶最佳工藝參數(shù)的確定
根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,選擇加酶量、酶解時(shí)間、酶解溫度進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn),確定最佳的工藝參數(shù)。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選擇加酶量、酶解時(shí)間、酶解溫度3個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn),來(lái)確定糖化酶的最佳工藝參數(shù)。
糖化酶正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表3,糖化酶酶解正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。
表3 糖化酶正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)
由極差R值的大小可知,對(duì)于玉米汁糖化酶酶解效果的影響因素從大到小依次為酶解溫度>加酶量>酶解時(shí)間;由均值K可得出最優(yōu)組合為A2B2C3,即加酶量200 U/g,酶解時(shí)間5 h,酶解溫度60℃。
3.2.5 驗(yàn)證試驗(yàn)
按照上述最佳工藝條件組合下進(jìn)行玉米汁酶解,測(cè)定DE值,取得平均值為81.234,該組合優(yōu)于其他組合,最終確定糖化酶最佳工藝參數(shù)為加酶量200 U/g,酶解時(shí)間5 h,酶解溫度60℃。
表4 糖化酶酶解正交試驗(yàn)結(jié)果
3.3.1 蔗糖添加量對(duì)復(fù)合飲料感官的影響結(jié)果
蔗糖添加量調(diào)配感官評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表5。
表5 蔗糖添加量調(diào)配感官評(píng)定結(jié)果
由表5可知,蔗糖添加量為1.0 g/100 mL的試樣最受歡迎,為5人,其次是蔗糖添加量為1.2 g/100 mL,所以初步確定蔗糖添加量為1.0 g/100 mL。
3.3.2 復(fù)合飲料穩(wěn)定性的研究
試驗(yàn)選取黃原膠、羧甲基纖維素(CMC)和2種穩(wěn)定劑進(jìn)行復(fù)合飲料的穩(wěn)定性研究。
不同穩(wěn)定劑添加量見(jiàn)表6。
表6 不同穩(wěn)定劑添加量
由表6可以看出,隨著添加量的增加,2種穩(wěn)定劑的懸浮穩(wěn)定性增大,但是隨著穩(wěn)定劑的增多,復(fù)合飲料的流動(dòng)性變差,飲料變得黏稠,所以為了使復(fù)合飲料具有更好的穩(wěn)定性,以下試驗(yàn)選用復(fù)合穩(wěn)定劑對(duì)復(fù)合飲料的穩(wěn)定性進(jìn)行研究。工藝選用黃原膠添加量0.2%和CMC添加量0.1%達(dá)到合適穩(wěn)定效果。
通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,采用兩步酶解法酶解玉米汁,高溫α-淀粉酶酶解玉米汁的工藝參數(shù)為加酶量20 U/g,酶解時(shí)間60 min,酶解溫度80℃。經(jīng)過(guò)高溫α-淀粉酶酶解的玉米汁再經(jīng)過(guò)糖化酶酶解,糖化酶的酶解工藝參數(shù)為加酶量200 U/g,酶解時(shí)間5 h,酶解溫度60℃。選擇蔗糖添加量1.0 g/100 mL和玉米汁飲料甜度適宜、口感清爽。選擇黃原膠和CMC作為穩(wěn)定劑,其中黃原膠添加量0.2%和CMC添加量0.1%達(dá)到合適穩(wěn)定效果。
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