竺鑒博，李朝陽，賈鵬禹，李良玉*

1. 大慶市薩爾圖區(qū)政府市場(chǎng)監(jiān)督局（大慶 163311）；2. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，國(guó)家雜糧工程技術(shù)研究中心（大慶 163319）

豌豆（Pisum sativum L.）是一種重要的可食用豆類，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[1-2]，在中國(guó)用于淀粉及其相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)，在此過程中會(huì)產(chǎn)生大量的加工副產(chǎn)物——豌豆渣。豌豆渣中含20%～30%的淀粉，4%～8%的蛋白及60%～70%的膳食纖維，目前，豌豆渣直接丟棄或作為飼料簡(jiǎn)單使用，造成資源浪費(fèi)[3-4]。針對(duì)這一現(xiàn)狀，研究提出一種豌豆渣綜合利用的新模式，充分利用豌豆渣中的淀粉、蛋白及膳食纖維。主要針對(duì)豌豆渣中淀粉的綜合利用進(jìn)行研究，用于生產(chǎn)豌豆抗性糊精?？剐院且环N新型的水溶性膳食纖維，具有良好的加工特性[5]及功能特性[6-7]，很多科研者開展相關(guān)研究[8-9]，在食品加工中具有廣闊的發(fā)展前景。試驗(yàn)采用豌豆渣為原料，采用酸熱法制備豌豆抗性糊精，旨在探索豆類淀粉廢棄物深加工的方法，為豆渣綜合利用及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豌豆渣（山東六六順食品有限公司）；其他化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

酸度計(jì)（S220K，梅特勒·托利多）；液相色譜儀（1200s，安捷倫）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 豌豆抗性糊精的制備工藝流程

①纖維→酶處理→精品膳食纖維

②上清液→等電點(diǎn)沉淀→豌豆蛋白→酶處理→豌豆蛋白肽

③沉淀→洗滌→淀粉→酸熱處理→豌豆抗性糊精

豌豆渣經(jīng)除雜后，采用石油醚提取油脂進(jìn)行脫脂處理，利用淀粉與纖維的粒徑分布范圍不同，采用曲篩對(duì)淀粉及纖維進(jìn)行分離。纖維經(jīng)淀粉酶、蛋白酶處理后制備精品膳食纖維，淀粉乳采用稀堿液浸提3 h，以3 500 r/min離心10 min，上清液用于制備蛋白，沉淀用于生產(chǎn)淀粉。上清液采用等電點(diǎn)沉淀后，以4 500 r/min離心20 min，沉淀用水洗至中性，冷凍干燥制得豌豆蛋白，豌豆蛋白還可進(jìn)行酶處理得到各種功能的豌豆蛋白肽[10]。沉淀采用去離子水反復(fù)沖洗，除去沉淀中上層黃褐色物質(zhì)，直至淀粉漿呈白色，用1 mol/L鹽酸調(diào)漿至pH 7.0，過濾，于30 ℃干燥，粉碎過80目篩，制得豌豆淀粉[11]。豌豆淀粉90 ℃預(yù)烘干1 h，去除水分，使含水量降至5%以下，噴霧加鹽酸，160～200℃下熱解1～2 h；完畢后取出自然冷卻，將熱解產(chǎn)物（焦糊精）加水制成溶液，用NaOH調(diào)為pH 5.5～6.5，0.5%耐高溫α-淀粉酶在95 ℃反應(yīng)1 h，0.4%糖化酶在60 ℃ pH 4.0～4.5條件下反應(yīng)2 h，真空濃縮，即得到粗品豌豆抗性糊精，采用乙醇沉淀法純化抗性糊精進(jìn)行后續(xù)測(cè)定[12]。

1.3.2 單因素試驗(yàn)方法

1.3.2.1 鹽酸濃度對(duì)抗性糊精含量的影響

稱取制備的豌豆淀粉100 g，加鹽酸濃度分別為0.6%，0.8%，1.0%，1.2%和1.4% 5個(gè)處理，加酸量為原料的7%，熱解溫度170 ℃，熱解時(shí)間100 min，耐高溫α-淀粉酶加酶量0.5%，95 ℃反應(yīng)1 h。糖化酶加酶量0.4%，60 ℃反應(yīng)2 h，真空濃縮后得到粗品抗性糊精。以豌豆抗性糊精含量為指標(biāo)，采用Sigmaplot進(jìn)行關(guān)系圖的繪制，比較確定最佳的加酸濃度旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)中心水平。

1.3.2.2 鹽酸添加量對(duì)抗性糊精含量的影響

稱取制備的豌豆淀粉100 g，加鹽酸濃度1%，加鹽酸添加量分別為原料的4%，5%，6%，7%，8%，9%和10% 7個(gè)處理，熱解溫度170 ℃，熱解時(shí)間100 min，耐高溫α-淀粉酶加酶量0.5%，95 ℃反應(yīng)1 h。糖化酶加酶量0.4%，60 ℃反應(yīng)2 h，真空濃縮后得到粗品抗性糊精。以豌豆抗性糊精含量為指標(biāo)，采用Sigmaplot進(jìn)行關(guān)系圖的繪制，比較確定最佳的鹽酸添加量旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)中心水平。

1.3.2.3 處理溫度對(duì)抗性糊精含量的影響

稱取制備的豌豆淀粉100 g，加酸量分別為原料的7%，處理溫度分別為150，160，170，180和190 ℃ 5個(gè)處理，處理時(shí)間100 min，耐高溫α-淀粉酶加酶量0.5%，95 ℃反應(yīng)1 h。糖化酶加酶量0.4%，60 ℃反應(yīng)2 h，真空濃縮后得到粗品抗性糊精。以豌豆抗性糊精含量為指標(biāo)，采用Sigmaplot進(jìn)行關(guān)系圖的繪制，比較確定最佳的處理溫度旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)中心水平。

1.3.2.4 處理時(shí)間對(duì)抗性糊精含量的影響

稱取制備的豌豆淀粉100 g，加鹽酸濃度1%，加酸量分別為原料的7%，處理溫度170 ℃，處理時(shí)間分別為80，90，100，110和120 min 5個(gè)處理，耐高溫α-淀粉酶加酶量0.5%，95 ℃反應(yīng)1 h。糖化酶加酶量0.4%，60 ℃反應(yīng)2 h，真空濃縮后得到粗品抗性糊精。以豌豆抗性糊精含量為指標(biāo)，采用Sigmaplot進(jìn)行關(guān)系圖的繪制，比較確定最佳的處理時(shí)間旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)中心水平。

1.3.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)方法

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法優(yōu)化提取過程，以豌豆抗性糊精的含量為Y，分別設(shè)置酸濃度（%）為X1，加酸量（%）為X2，處理溫度（℃）為X3，處理時(shí)間（min）為X4，試驗(yàn)因素水平編碼表見表1。

表1 因素水平編碼表

1.3.4 測(cè)定方法

豌豆抗性糊精的含量測(cè)定方法參考李良玉等[13]的研究方法；分子量測(cè)定參考肖健等[14]的方法，利用排阻色譜-十八角度激光光散射儀-示差折光檢測(cè)器聯(lián)機(jī)系統(tǒng)測(cè)定豌豆抗性糊精的分子質(zhì)量及分布情況；單糖組成分析參考Ciucanu等[15]的方法并稍作改動(dòng)（樣品處理全過程需要氮?dú)獗Ｗo(hù)），具體參考曹榮安等[16]的方法：進(jìn)行還原和乙?；幚?，利用GC-MS分析，色譜柱為HP-5MS石英毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm），根據(jù)氣譜出峰時(shí)間和質(zhì)譜的離子峰對(duì)單糖進(jìn)行定性分析，確定豌豆抗性糊精的單糖組成。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 鹽酸濃度對(duì)豌豆抗性糊精含量的影響

鹽酸濃度對(duì)豌豆抗性糊精含量的影響，見圖1。

結(jié)果表明，豌豆抗性糊精的含量隨著鹽酸濃度增加而不斷增加；酸濃度大于1%，抗性糊精含量逐漸下降。這是可能是由于鹽酸濃度較低時(shí)，鹽酸濃度不夠?qū)е碌矸劢到獬尚》肿拥哪芰Σ蛔?，因此抗性糊精含量較低；鹽酸濃度大于1%后，部分位置鹽酸濃度過高導(dǎo)致鹽酸分布不均勻，部分淀粉未與鹽酸接觸導(dǎo)致抗性糊精含量逐漸下降。因此，選擇豌豆抗性糊精鹽酸濃度旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)的中心點(diǎn)為1%。

圖1 不同鹽酸濃度與抗性糊精含量的關(guān)系

2.1.2 鹽酸添加量對(duì)豌豆抗性糊精提取的影響

鹽酸添加量對(duì)豌豆抗性糊精含量的影響，見圖2。

結(jié)果表明，豌豆抗性糊精含量隨著鹽酸添加量增加而不斷增加；鹽酸添加量大于7%，抗性糊精含量趨于平衡，后續(xù)增加不顯著。這是可能是由于鹽酸添加量較低時(shí)，鹽酸總量不夠?qū)е碌矸劢到獬尚》肿拥哪芰Σ蛔悖虼丝剐院枯^低；鹽酸添加量大于7%后，淀粉降解成小分子的能力較強(qiáng)，增加鹽酸添加量不會(huì)顯著增加抗性糊精含量，反而增加抗性糊精的顏色與氣味，為后續(xù)的純化和應(yīng)用帶來困難。因此，選擇豌豆抗性糊精鹽酸添加量旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)的中心點(diǎn)為7%。

2.1.3 處理溫度對(duì)豌豆抗性糊精提取的影響

處理溫度對(duì)豌豆抗性糊精含量的影響，見圖3。

結(jié)果表明，隨著處理溫度不斷升高，抗性糊精含量也隨之提高，處理溫度高于170 ℃，含量增加放緩，并趨于平衡。這是可能由于溫度相對(duì)低時(shí)不利于抗性糊精的聚合，或者形成的聚合物易被淀粉酶降解，導(dǎo)致抗性糊精的含量較低。溫度過高后，雖然抗性糊精含量有增加趨勢(shì)但不顯著，同時(shí)會(huì)影響抗性糊精的口感及后續(xù)處理，同時(shí)也考慮到經(jīng)濟(jì)性、設(shè)備的投入及使用壽命等因素，選擇豌豆抗性糊精處理溫度旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)的中心點(diǎn)為170 ℃。

圖3 不同處理溫度與抗性糊精含量的關(guān)系

2.1.4 處理時(shí)間對(duì)豌豆抗性糊精提取的影響

處理時(shí)間對(duì)豌豆抗性糊精含量的影響，見圖4。

結(jié)果表明，隨著處理時(shí)間不斷升高，抗性糊精含量也隨之提高，處理時(shí)間高于100 min，抗性糊精含量增加緩慢，并趨于平衡。這是可能由于時(shí)間不足時(shí)不利于抗性糊精的聚合，或者形成的聚合物易被淀粉酶降解，導(dǎo)致抗性糊精的含量較低。達(dá)到一定時(shí)間后，抗性糊精熱解聚合完成，再繼續(xù)增加時(shí)間只會(huì)使未聚合的葡萄糖等單糖發(fā)生變化，會(huì)影響抗性糊精的口感及后續(xù)的處理，同時(shí)也考慮到經(jīng)濟(jì)性、設(shè)備的投入及使用壽命等因素，選擇豌豆抗性糊精處理時(shí)間旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)的中心點(diǎn)為100 min。

圖4 不同處理溫度與抗性糊精含量的關(guān)系

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)的結(jié)果與分析

基于單因素試驗(yàn)結(jié)果，以X1（酸濃度），X2（加酸量），X3（處理溫度），X4（處理時(shí)間）為自變量X，以豌豆抗性糊精含量為Y，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，回歸模型R2=0.91，p＜0.01，失擬項(xiàng)的F值為0.21，p＞0.05，說明該模型擬和結(jié)果較好。一次項(xiàng)F=12.41、二次項(xiàng)F=24.87，p＜0.01；交互項(xiàng)F=4.07，p＜0.05，總體的F=12.39，p＜0.01，說明各項(xiàng)均不同程度影響豌豆抗性糊精含量。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，以X1（酸濃度），X2（加酸量），X3（處理溫度），X4（處理時(shí)間）為自變量X，以豌豆抗性糊精含量為Y，進(jìn)行分析得到回歸方程為Y=-4 559.53+641.46X1+99.36X2+32.13X3+22.39X4-481.15X12-35.25X1X2+2.8X1X3+1.1X1X4-4.7X22+0.03X2X3-0.07X32-0.1X3X4-0.03X42。

在回歸方程的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，得到的最佳制備條件為，X1、X2、X3、X4標(biāo)準(zhǔn)化值分別為0.126，0.302，0.886和-0.747，換算為非標(biāo)準(zhǔn)化值后得到的具體值分別為：酸濃度（X1）1.03%、加酸量（X2）7.3%、處理溫度（X3）178.86 ℃、處理時(shí)間（X4）92.53 min，理論最大值為42.38%，經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)得到豌豆抗性糊精含量為42.15%±0.16%，制得的豌豆抗性糊精的液相色譜圖，見圖5。

結(jié)果表明，制備豌豆抗性糊精中主要含有5個(gè)峰，主要有3個(gè)物質(zhì)：抗性糊精（出峰時(shí)間9.974 min）、二糖（出峰時(shí)間10.962 min）、葡萄糖（出峰時(shí)間12.585 min），其中抗性糊精含量為41.08%。二糖應(yīng)該為反應(yīng)過程中形成的中間體，葡萄糖為末聚合的淀粉降解物，因此，得到的豌豆抗性糊精需要進(jìn)行純化，才能達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 豌豆抗性糊精液相分析圖譜

2.3 分子量測(cè)定結(jié)果與分析

豌豆淀粉及豌豆抗性糊精分子量測(cè)定結(jié)果，見圖6。

由圖6與圖7可以看出，豌豆淀粉及豌豆抗性糊精的示差折光檢測(cè)曲線上均只有單一峰，說明兩者的分子量相對(duì)集中，利用ASTRA 6.1軟件進(jìn)行分析，可知豌豆淀粉和豌豆抗性糊精的分子量（Mw）分別為（1 465.4±53.2）×103U和（601.1±8.5）×103U。

圖6 豌豆淀粉的示差折光檢測(cè)曲線

圖7 純化后豌豆抗性糊精的示差折光檢測(cè)曲線

2.4 抗性糊精單糖組成測(cè)定結(jié)果與分析

豌豆淀粉及豌豆抗性糊精單糖組成測(cè)定結(jié)果，見表2。

結(jié)果表明，豌豆淀粉的單糖組成相對(duì)于豌豆抗性糊精較為多樣，共含有6種單糖，而抗性糊精中的單糖組成只有3種，以葡萄糖為主，還有少量的阿拉伯糖及木糖。這可能是由于豌豆淀粉在酸熱的條件下進(jìn)行降解后，以葡萄糖為主體進(jìn)行重聚合，阿拉伯糖及木糖參與這一過程，共同形成豌豆抗性糊精聚合體，而鼠李糖、甘露糖、半乳糖可能沒有參與，因此，在豌豆抗性糊精的單糖組成中未檢出。

表2 豌豆淀粉及豌豆抗性糊精的單糖組成

3 結(jié)論

通過試驗(yàn)確定豌豆抗性糊精的最佳制備工藝參數(shù)為：酸濃度1%、加酸量7.3%、處理溫度178.8℃、處理時(shí)間92.5 min。得到豌豆抗性糊精含量為42.15%±0.16%。制得抗性糊精分子量為（601.1±8.5）×103U，單糖組成為阿拉伯糖2.6%、木糖1.5%、葡萄糖95.9%。研究為豌豆渣綜合利用提供新思路，顯著增加豌豆渣加工的附加值，可促進(jìn)豌豆生產(chǎn)、加工等相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。