酶法制取龍口粉絲專(zhuān)用淀粉工藝優(yōu)化及性質(zhì)

熊 柳 初麗君 孫慶杰 范浩然

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，青島 266109)

龍口粉絲是以綠豆或豌豆為原料加工而成的，因絲條均勻、色澤潔白、光亮透明、煮沸和韌性好而名揚(yáng)中外［1］。目前，龍口粉絲加工技術(shù)一般采用酸漿法，但是酸漿法生產(chǎn)周期長(zhǎng)，耗水量大，發(fā)酵產(chǎn)生的酸漿污染環(huán)境［2－4］。此外，由于綠豆價(jià)格較高，目前多采用豌豆和馬鈴薯淀粉替代綠豆淀粉生產(chǎn)龍口粉絲［5］。

前人對(duì)酶法提取大米、玉米淀粉作了相關(guān)的探討，發(fā)現(xiàn)酶法提取淀粉對(duì)降低生產(chǎn)成本，提高得率，提高淀粉純度具有重要意義［6－7］。目前國(guó)內(nèi)外研究中，酶法提取豌豆淀粉的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。因此本試驗(yàn)以豌豆為原料，使用中性蛋白酶提取豌豆淀粉，并將之與酸漿法制取的豌豆淀粉的理化性質(zhì)進(jìn)行比較。優(yōu)化酶法制取豌豆淀粉新工藝的最佳參數(shù)，為龍口粉絲加工提供新的工藝技術(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料

豌豆:山東省青島市城陽(yáng)區(qū)批發(fā)市場(chǎng)。

1.2 試劑與儀器

Protamex中性蛋白酶(酶活200 000 U/g):Novozyme公司;其他試劑均為分析純。

Newport－4D快速黏度分析儀(RVA):澳大利亞新港公司;TA.XT plus物性分析儀:英國(guó)Stable Micro Systems公司;高速萬(wàn)能粉碎機(jī):天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 制備淀粉

取200 g豌豆，豌豆量∶清水量 =1∶3，25℃左右浸泡10 h左右。將浸泡好的豌豆進(jìn)行磨漿。過(guò)篩，加入蛋白酶，在50℃下保溫2～6 h。將淀粉3 000 r/min離心15 min，水洗3次，將沉淀物放入45℃烘箱中干燥，粉碎，過(guò)100目得到淀粉。

1.3.2 酶法提取豌豆淀粉的單因素試驗(yàn)

酶添加量對(duì)淀粉得率的影響:固定酶處理時(shí)間4 h、酶處理溫度50℃，比較不同酶添加量濃度(0～400 mg/kg)對(duì)淀粉得率的影響。

酶處理時(shí)間對(duì)得率的影響:固定酶添加量200 mg/kg、酶處理溫度50℃;比較不同酶處理時(shí)間(1～8 h)對(duì)淀粉得率的影響。

酶處理溫度對(duì)淀粉得率的影響:固定酶添加量200 mg/kg、固定酶處理時(shí)間4 h;比較不同酶處理溫度(25～60℃)對(duì)淀粉得率的影響。

1.3.3 酶法提取豌豆淀粉響應(yīng)面法試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)單因素試驗(yàn)初步確定選擇酶解溫度、酶添加量及酶解時(shí)間為自變量，以豌豆淀粉的得率為響應(yīng)值，進(jìn)行三個(gè)因素的三個(gè)水平的響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)以?xún)?yōu)化提取工藝。因素與水平選取如表1。

表1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素與水平

運(yùn)用Design－Expert 7.0軟件(Static Made Easy，Minneapolis，MN，USA)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

1.3.4 酶法豌豆淀粉化學(xué)成分的測(cè)定

1.3.4.1 總直鏈淀粉的含量測(cè)定［8］

采用碘顯色比色法測(cè)定。

1.3.4.2 可溶性直鏈淀粉的測(cè)定［9］

準(zhǔn)確稱(chēng)取100 mg樣品(以干基計(jì))，吸取1 mL無(wú)水乙醇潤(rùn)濕，然后加入50 mL蒸餾水，沸水浴20 min，冷卻至室溫，定容至100 mL，吸取20 mL上清液加入7 mL石油醚搖動(dòng)10 min，并靜置10～15 min。吸取5 mL抽取液加入100 mL容量瓶中，加入50 mL蒸餾水和2 mL碘液，并用煮沸過(guò)的蒸餾水定容至刻度，20 min后，630 nm下測(cè)定。

可溶性直鏈淀粉含量=(R/A)×(a/r)×(1/5)×100%

式中:A為基準(zhǔn)直鏈淀粉吸光度;R為可溶性淀粉吸光度;a為標(biāo)準(zhǔn)直鏈淀粉質(zhì)量/mg;r為樣品標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量/mg。

1.3.4.3 測(cè)定豌豆淀粉的蛋白質(zhì)含量

凱氏定氮法，蛋白質(zhì)換算系數(shù)5.83，參照GB/T 5009.5—2010 測(cè)定。

1.3.4.4 測(cè)定豌豆淀粉的脂類(lèi)含量

索式抽提法，參照GB/T 5512—2008測(cè)定。

1.3.5 測(cè)定豌豆淀粉的膨潤(rùn)力、溶解度［10］

稱(chēng)取0.400 0 g淀粉樣品(干基)，加入40 mL蒸餾水，分別在55、65、75、85、95 ℃的水浴中30 min，每隔2～5 min取出振蕩，在3 000 r/min離心20 min，取上清液，在105℃下干燥。

溶解度=(干燥物重/樣品干重)×100%

膨潤(rùn)力=沉淀物重/［樣品重×(1－溶解度)］

1.3.6 快速黏度分析儀(RVA)測(cè)定豌豆淀粉糊化性質(zhì)［11］

溫度程序如下:米粉漿先在50℃下平衡1 min，然后以12℃/min的速率加熱到95℃，在95℃保持2.5 min，再以相同的速率冷卻到50℃，最后在50℃保持2 min。攪拌葉片的轉(zhuǎn)速在前10 s為960 r/min，其他時(shí)間均為160 r/min。

1.3.7 物性測(cè)定儀測(cè)定豌豆淀粉質(zhì)構(gòu)特性［12］

采用TA.XT plus物性?xún)x對(duì)豌豆淀粉的凝膠質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行測(cè)定，主要參數(shù)為:運(yùn)行模式:Texture Profile Analysis(TPA);測(cè)前速度:3.00 mm/s;測(cè)試速度:1.00 mm/s;測(cè) 后 速 度:3.00 mm/s;形 變 量 為:30.00%;探頭:10 mm 圓柱型(P/0.5R)。

1.3.8 粉絲的制取方法［13］

將少量豌豆淀粉加水，倒入盛有沸水的銅勺內(nèi)，于沸水中，攪拌成薄糊狀，然后倒入豌豆淀粉內(nèi)，充分拌和，使其成半流動(dòng)狀態(tài)，隨即置于漏粉斗勺內(nèi)。使流態(tài)淀粉成線狀漏下落入沸水鍋中，挑出粉絲放在冷水中浸片刻后將其干燥。

1.3.9 物性測(cè)定儀測(cè)定粉絲拉伸性［14］

探頭:A/SPR(夾具);感應(yīng)力:5 g;拉伸距離:50.0 mm;測(cè)試前速度:2.0 mm/s;測(cè)試速度:1.0 mm/s;測(cè)試后速度:2.0 mm/s。

1.3.10 粉絲蒸煮性測(cè)定［14］

將長(zhǎng)3 cm左右的樣品3.000 0 g(計(jì)m0)于常壓下以105℃烘4 h，測(cè)定干物質(zhì)質(zhì)量m1，然后在沸騰的蒸餾水中加熱15 min，并輕輕攪拌。煮好后迅速冷卻，用吸水紙吸去粉絲表面附著水，測(cè)定含水物質(zhì)量m2，再以105℃烘4 h，測(cè)定干物質(zhì)量m3。以上操作重復(fù)3次，取平均值。膨潤(rùn)度、煮沸損失、干物質(zhì)含量分別用下面公式進(jìn)行計(jì)算。

膨潤(rùn)度=m2/m3×100%

煮沸損失=(m1－m3)/m1×100%干物質(zhì)質(zhì)量=m1/m0×100%

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理采用Excel軟件，差異顯著性相關(guān)分析采用SPSS軟件。

2 結(jié)果與討論

2.1 酶法提取豌豆淀粉單因素試驗(yàn)結(jié)果

不同酶添加量、時(shí)間、溫度對(duì)淀粉得率的影響如圖1至圖3所示。

由圖1可知，隨酶添加量不斷增加，淀粉的得率也隨之增加。說(shuō)明酶解有利于淀粉溶出，這是由于酶作用使原料中蛋白質(zhì)等大分子復(fù)合物降解，使淀粉從原料中釋放出來(lái)，從而提高了淀粉得率。

圖1 不同酶添加量對(duì)淀粉得率的影響

由圖2可知，隨酶解溫度不斷升高，酶解豌豆淀粉得率不斷增大，說(shuō)明溫度升高能加快酶的作用速率，使原料中的淀粉更多的釋放出來(lái)，從而提高淀粉得率。當(dāng)溫度達(dá)到50℃時(shí)，溫度若繼續(xù)升高，淀粉得率反而下降。中性蛋白酶的最適溫度在50℃左右，溫度升高會(huì)使酶部分失活，影響酶解反應(yīng)速率。

圖2 不同溫度對(duì)淀粉得率的影響

由圖3可知，隨酶解時(shí)間不斷增加，淀粉的得率也隨之增加，酶解4 h后，淀粉得率基本趨于穩(wěn)定。說(shuō)明增加酶解時(shí)間有利于淀粉溶出，考慮到時(shí)間效率，酶解時(shí)間以4 h為宜。

圖3 不同時(shí)間對(duì)淀粉得率的影響

2.2 酶法提取淀粉響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 淀粉得率回歸模型的建立及顯著性檢驗(yàn)

利用Design－Expert軟件對(duì)表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到淀粉得率Y與酶添加量(A)、反應(yīng)溫度(B)和反應(yīng)時(shí)間(C)的二次多項(xiàng)回歸模型為:

Y=40.78+3.44A －5.30B+0.32C －2.66AB －1.13AC －0.15BC －4.04A2－9.96B2－3.94C2

通過(guò)Design－Expert軟件進(jìn)行方差分析來(lái)驗(yàn)證回歸模型及各參數(shù)的顯著度，結(jié)果如表3。從表3看此模型的P＜0.5，響應(yīng)面回歸模型達(dá)到顯著水平。相關(guān)系數(shù)R2=0.991 4，表明99%的數(shù)據(jù)可以用這個(gè)方程解釋。本試驗(yàn)建立的模型中A2、B2以及C2對(duì)淀粉得率的影響極為顯著(P＜0.01)，AB對(duì)淀粉得率的影響為顯著(P＜0.05)，失擬項(xiàng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析表明該模型失擬不顯著，因此該二次方程能夠較好地?cái)M合真實(shí)的響應(yīng)面。

表2 響應(yīng)面分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表3 淀粉得率回歸模型方差分析

2.2.2 酶法提取淀粉得率的響應(yīng)面分析與優(yōu)化

圖4至圖6直觀地反映了各因素交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響。從響應(yīng)面的最高點(diǎn)可以看出，在所選的范圍內(nèi)存在極大值，即是響應(yīng)面的最高點(diǎn)。由此可以得出酶法提取淀粉的最優(yōu)條件是:酶處理溫度為48.67℃，酶處理時(shí)間為 4.44 h，酶添加量為222.22 mg/kg，淀粉的得率為 41.976%。

為驗(yàn)證響應(yīng)面分析法所得結(jié)果的可靠性，采用上述最佳條件進(jìn)行酶法制取，考慮到實(shí)際操作的條件，酶處理溫度、處理時(shí)間和添加量分別設(shè)定為49.0℃、266 min和222 mg/kg，結(jié)果表明:以最佳工藝條件制得淀粉得率為41.0%，與模擬計(jì)算機(jī)值基本接近，表明預(yù)測(cè)值與真實(shí)值之間有很好的擬合性，進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的可靠性。目前酸漿法提取綠豆及豌豆淀粉得率在36%～39%［15］，因而與酸漿法相比，酶法提取的豌豆淀粉的得率較高。

2.3 酶法提取的豌豆淀粉成分分析

從表4可以看出，酶法制取的豌豆淀粉總直鏈淀粉含量與酸漿法相近，可溶性直鏈淀粉含量稍低。

表4 不同提取方法的豌豆淀粉的成分分析/%

2.4 酶法豌豆淀粉的理化性質(zhì)

2.4.1 酶法豌豆淀粉溶解度、膨潤(rùn)力

從圖7可以看出:隨溫度的增加，酸漿法淀粉和酶法淀粉的膨潤(rùn)力和溶解度都隨之上升，但是酶法淀粉的溶解度顯著低于酸漿法淀粉。酶法豌豆淀粉結(jié)構(gòu)緊密，溶脹過(guò)程中可溶性淀粉溶出少。酸漿法提取的淀粉中可溶性淀粉含量較高，顆粒中化學(xué)鍵結(jié)合的強(qiáng)度高，增加了淀粉的溶解度。

圖7 不同提取方法的豌豆淀粉的溶解度、膨潤(rùn)力

2.4.2 酶法豌豆淀粉的糊化性質(zhì)

如表5所示，與酸漿法豌豆淀粉相比，酶法豌豆淀粉的糊化溫度顯著增加，這一結(jié)果與Gunaratne等［16］的研究一致。酶法提取的豌豆淀粉顆粒結(jié)構(gòu)比較緊密，膨潤(rùn)力和溶解度較低［17］，顆粒不易吸水溶脹，因而淀粉糊化溫度高［18］。酶法淀粉的衰減值顯著降低，說(shuō)明酶法淀粉顆粒不易破裂，淀粉糊更耐剪切，熱糊穩(wěn)定性好，因而更適合加工。由于酸漿法淀粉的可溶性淀粉含量較高，因而酸漿法豌豆淀粉回生值較高，淀粉更易回生。

表5 不同提取方法豌豆淀粉的黏度

2.4.3 酶法豌豆淀粉膠的質(zhì)構(gòu)特性

由表6可以看出，酶法豌豆淀粉膠硬度較酸漿法淀粉膠硬度低，這一結(jié)果與Sandhu等［19］的研究基本一致。影響凝膠硬度主要的因素是直鏈淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)的含量與溶脹顆粒的形變能力，說(shuō)明酸漿法對(duì)淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的影響較大，使得淀粉的回生程度增大。

表6 不同提取方法豌豆淀粉的TPA

2.5 粉絲性質(zhì)測(cè)定

2.5.1 粉絲拉伸性測(cè)定

由表7得出，酶法豌豆淀粉與酸漿法淀粉相比，拉斷相同距離所需的力小;在相同拉伸應(yīng)力條件下，拉伸長(zhǎng)度小，受外力拉伸至最大負(fù)荷斷裂時(shí)需要的能量低。在粉絲回生的初期，可溶性直鏈淀粉在氫鍵的作用下，可形成具有一定韌性的淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供了粉絲的強(qiáng)度。由于酶法淀粉較酸漿法淀粉可溶性直連淀粉含量較低，因此淀粉膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較低，則導(dǎo)致了酶法粉絲柔韌性較酸漿法較差。

表7 粉絲的拉伸性測(cè)定結(jié)果

2.5.2 粉絲蒸煮性測(cè)定

由表8看出，酸漿法淀粉的粉絲膨潤(rùn)度和煮沸損失較酶法淀粉粉絲的高。煮沸損失、干物質(zhì)含量與可溶性淀粉等因素有關(guān)，酸漿法淀粉所含可溶性淀粉多，因此酸漿法淀粉的煮沸損失比酶法淀粉大，干物質(zhì)含量低。由于煮沸損失可以在很大程度上表現(xiàn)出粉絲的質(zhì)量，因此酶法淀粉制取的粉絲品質(zhì)優(yōu)于酸漿法制取的粉絲品質(zhì)。

表8 粉絲的蒸煮性測(cè)定結(jié)果

3 結(jié)論

采用酶法制取豌豆淀粉的最佳條件為:酶處理溫度49.0℃、酶處理時(shí)間266 min、酶添加量222 mg/kg，淀粉的得率達(dá)41.0%。目前，由于酸漿法提取綠豆及豌豆淀粉得率在36%～39%，因而而酶法提取的豌豆淀粉的得率較酸漿法淀粉的提高了5%。酶法提取豌豆淀粉的糊化溫度較酸漿法的高，但是回生值和衰減值皆低于酸漿法淀粉，淀粉顆粒更耐剪切，淀粉糊更穩(wěn)定。與酸漿法淀粉膠硬度相比，酶法淀粉膠硬度下降。酶法豌豆淀粉的煮沸損失顯著低于酸漿法淀粉，粉絲不易糊湯，品質(zhì)優(yōu)于酸漿法淀粉的粉絲。

志謝:青島農(nóng)業(yè)大學(xué)第四屆大學(xué)生創(chuàng)新教育立項(xiàng)項(xiàng)目。

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