尹佳

吉林化工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院（吉林 132022）

玉米含大量纖維素、碳水化合物，富含蛋白質(zhì)、脂肪、氨基酸、多種維生素、礦物質(zhì)等，并有良好的藥用價(jià)值[1]。但是在中國(guó)由于玉米口感及傳統(tǒng)谷類食物的影響，玉米作為食用的功能并不明顯，一般只作為飼料和發(fā)酵用工業(yè)原料[2]。目前生產(chǎn)的玉米主要作為飼料（70%～80%），其次為食用（10%～15%）和作為工業(yè)原料（10%～15%），在中國(guó)其比例分別為74%，15%和11%[3]。糯玉米又稱蠟質(zhì)玉米、黏玉米。其特點(diǎn)主要是籽粒胚乳中的支鏈淀粉含量幾乎達(dá)到100%（普通玉米籽粒中淀粉約72%是支鏈淀粉，其余為直鏈淀粉）[4]。

谷物飲料的發(fā)展有利于現(xiàn)代社會(huì)高速化的生活和均衡營(yíng)養(yǎng)，符合飲料的發(fā)展趨勢(shì)和消費(fèi)趨勢(shì)[5]。對(duì)玉米汁飲料的研究主要集中于甜、糯玉米清汁及渾濁汁飲料方面，重點(diǎn)研究生產(chǎn)工藝、風(fēng)味調(diào)配及產(chǎn)品質(zhì)量控制。就國(guó)內(nèi)外一些有關(guān)糯玉米汁穩(wěn)定性、風(fēng)味調(diào)配的研究[2-6]進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)及優(yōu)化。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糯玉米；中溫α-淀粉酶；中性蛋白酶。

1.2 儀器與設(shè)備

YP 600電子天平（天津天馬衡基儀器有限公司）；DDL-5 M 4 000 r/min離心機(jī)（濟(jì)南博鑫生物技術(shù)有限公司）；HWS 24電熱恒溫水浴鍋（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；UV-1800 PC紫外分光光度計(jì)（上海美譜達(dá)儀器有限公司）；BM 253榨汁機(jī)（廣東美的家用電器集團(tuán)）。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 懸浮穩(wěn)定性的測(cè)定[7]

采用分光光度計(jì)法，每次取10 mL糯玉米汁樣品，在4 200×g離心力下離心20 min，以蒸餾水作參比，測(cè)得上清液在660 nm處的吸光度，其值表示懸浮穩(wěn)定性大小。

1.3.2 褐變指數(shù)的測(cè)定[8]

每次取10 mL糯玉米汁樣品，加入等量的95%乙醇，在4 200×g離心力下離心20 min，以蒸餾水作參比，測(cè)得上清液在420 nm處的吸光度，其值表示褐變指數(shù)大小。

1.3.3 綜合指標(biāo)的測(cè)定

糯玉米汁的懸浮穩(wěn)定性越高，褐變指數(shù)越低，質(zhì)量越好[9]。這些指標(biāo)的變化趨勢(shì)不一致，利用線性型功效系數(shù)法將懸浮穩(wěn)定性、褐變指數(shù)進(jìn)行指標(biāo)函數(shù)統(tǒng)一量綱，令：

式中：Yimax與Yimin（i=1, 2）為試驗(yàn)中各指標(biāo)的最大值與最小值。將2個(gè)響應(yīng)值（懸浮穩(wěn)定性、褐變指數(shù)）各自賦予主觀權(quán)重：a=0.7；b=0.3。

綜合指標(biāo)計(jì)算公式為：

1.4 工藝流程及操作要點(diǎn)

糯玉米→打漿、過(guò)膠體磨→糊化（80 ℃，20 min）→酶解→滅酶（90 ℃，10 min）→調(diào)配→均質(zhì)→灌裝→殺菌→成品

將解凍清洗后的糯玉米籽粒，加水打漿，經(jīng)過(guò)濾加熱至80 ℃保溫20 min糊化。向糊化液中加入中溫α-淀粉酶和中性蛋白酶進(jìn)行酶解，測(cè)定懸浮穩(wěn)定性和褐變指數(shù)。酶解后，升溫至90 ℃，保溫10 min滅酶。按配方要求加入各種原輔料，攪拌均勻，在一定條件下均質(zhì)。將均質(zhì)后的料液趁熱脫氣灌裝，封口殺菌。

1.5 單因素試驗(yàn)

采用單因素試驗(yàn)考察中溫α-淀粉酶和中性蛋白酶的加酶量和酶解溫度對(duì)糯玉米汁懸浮穩(wěn)定性和褐變指數(shù)的影響。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)面分析法優(yōu)化糯玉米汁酶解工藝。

表1 單因素試驗(yàn)因素與水平的設(shè)計(jì)

2 結(jié)果與分析

2.1 中溫α-淀粉酶對(duì)糯玉米汁品質(zhì)的影響

2.1.1 淀粉酶用量對(duì)糯玉米汁品質(zhì)的影響

添加一定量的中溫α-淀粉酶在55 ℃條件下酶解40 min，比較不同酶用量對(duì)糯玉米汁品質(zhì)的影響。由圖1（a）可知，懸浮穩(wěn)定性低濃度時(shí)呈逐漸上升趨勢(shì)，用量達(dá)到0.15%后基本趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)榈矸垲w粒在中溫α-淀粉酶作用下發(fā)生水解，形成可溶性小分子物質(zhì)，而當(dāng)酶濃度大于底物濃度時(shí)，酶的作用受到抑制。此外，褐變指數(shù)隨中溫α-淀粉酶用量的增加呈先下降后上升的趨勢(shì)，這可能是由于酶解初期酶濃度較低，水解不完全，隨著濃度增加，達(dá)到015%后，酶與底物剛好反應(yīng)完全，此時(shí)褐變最小，而繼續(xù)升高酶濃度后，過(guò)多的酶使體系發(fā)生美拉德反應(yīng)而增加褐變程度[10]。

2.1.2 淀粉酶溫度對(duì)糯玉米汁品質(zhì)的影響

固定中溫α-淀粉酶濃度0.15%，酶解時(shí)間40 min，比較不同作用溫度對(duì)糯玉米汁品質(zhì)影響。由圖1（b）可知，汁液懸浮穩(wěn)定性隨酶解溫度的升高呈先上升后下降趨勢(shì)，在作用溫度55 ℃時(shí)達(dá)最大值（穩(wěn)定性最高）。原因是較低溫度下酶活較低，而高溫又易使酶失活[11]。褐變指數(shù)隨酶解溫度的升高呈先下降后上升趨勢(shì)，在作用溫度65 ℃時(shí)達(dá)最小值。原因是溫度的升高使酶失活，導(dǎo)致不能進(jìn)行酶解而使其淀粉增加，漿液中的淀粉大顆粒因離心而減少，使懸浮物大顆粒減少。

2.2 中性蛋白酶對(duì)糯玉米汁品質(zhì)的影響

2.2.1 蛋白酶添加量對(duì)糯玉米汁品質(zhì)的影響

固定中性蛋白酶在45 ℃酶解40 min條件下，比較不同蛋白酶用量對(duì)糯玉米汁品質(zhì)影響。由圖2（a）可知，隨中性蛋白酶用量逐漸增加，褐變指數(shù)降低，中性蛋白酶用量達(dá)到0.30%后趨于穩(wěn)定。這是由于隨著中性蛋白酶濃度增加，水解逐漸趨于平衡，一些蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)被分解為氨基酸等小分子顆粒[12]。懸浮穩(wěn)定性隨中性蛋白酶用量增加而上升，說(shuō)明中性蛋白酶能提高酶解效率。

2.2.2 蛋白酶酶解溫度對(duì)糯玉米汁品質(zhì)的影響

固定中性蛋白酶濃度0.30%，酶解時(shí)間40 min，比較不同酶解溫度對(duì)糯玉米汁品質(zhì)影響。由圖2（b）可知，溫度為45 ℃時(shí)，褐變指數(shù)最低，懸浮穩(wěn)定性最高。原因是玉米汁在此時(shí)的酶活力達(dá)到最高。

圖1 中溫α-淀粉酶對(duì)糯玉米汁品質(zhì)的影響

圖2 中性蛋白酶對(duì)糯玉米汁品質(zhì)的影響

2.3 響應(yīng)面法優(yōu)化酶解工藝條件結(jié)果與分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用響應(yīng)面中心組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)，以中溫α-淀粉酶加酶量（A）、中性蛋白酶加酶量（B）、中溫α-淀粉酶酶解溫度（C）、中性蛋白酶酶解溫度（D）為自變量，以糯玉米汁懸浮穩(wěn)定性和褐變指數(shù)的綜合指標(biāo)為響應(yīng)值，試驗(yàn)因素水平與編碼見(jiàn)表2，響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 因素水平編碼表

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果

通過(guò)Design-export 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，建立多元二次響應(yīng)面回歸模型為：Y=34.07-22.81A-0.97C-25.49B-0.060D+0.33AC+8.11AB+0.27CB-0.015BD+16.37A2+16.48B2。

由表4可看出模型達(dá)到極顯著（p＜0.01），失擬項(xiàng)不顯著（p＞0.05），表明該方程無(wú)失擬性因素存在，回歸模型與實(shí)際值能較好擬合[13]。一次項(xiàng)B表現(xiàn)為顯著，二次項(xiàng)B2和C2表現(xiàn)為極顯著，說(shuō)明它們對(duì)響應(yīng)值影響極大。由F檢驗(yàn)可以得到影響因素主次排序?yàn)椋褐行缘鞍酌讣用噶浚˙）、中溫α-淀粉酶加酶量（A）、中性蛋白酶酶解溫度（D）、中溫α-淀粉酶酶解溫度（C）。

表4 方差分析結(jié)果

通過(guò)Design-export 8.0軟件分析，得到響應(yīng)面及等高線圖，等高線的形狀可反映交互效應(yīng)的強(qiáng)弱，橢圓形表示兩因素交互作用顯著，圓形則與之相反[14]。由表4可知，試驗(yàn)建立的數(shù)學(xué)模型AB、AC、AD、BD、CD的交互作用影響較小，只有BC的交互作用影響作用較大，即中性蛋白酶添加量和中溫α-淀粉酶作用時(shí)間的交互影響較顯著，如圖3所示。

圖3 蛋白酶含量和淀粉酶溫度對(duì)玉米漿液品質(zhì)的影響

3 結(jié)論

通過(guò)研究雙酶處理對(duì)玉米汁品質(zhì)的影響，中溫α-淀粉酶添加量0.18%，在55.05 ℃條件下酶解40 min對(duì)糯玉米汁的酶解效果最佳；通過(guò)將淀粉水解為糊精和低聚糖來(lái)降低顆粒粒徑，結(jié)果表明可以顯著提高糯玉米汁的懸浮穩(wěn)定性。當(dāng)中性蛋白酶濃度為0.30%時(shí)，在44.36 ℃下酶解40 min對(duì)糯玉米汁的酶解效果最佳；蛋白酶將玉米汁中的蛋白質(zhì)水解為小肽，褐變指數(shù)較低，體系穩(wěn)定性較好。研究采用中溫α-淀粉酶和中性蛋白酶雙酶水解糯玉米漿液，制得的糯玉米汁懸浮定性和褐變程度均得到顯著改善。