路 威 林偉靜 鐘 葵 周素梅

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100193)

燕麥(Avena sativa L.)為禾本科植物，在世界谷物生產(chǎn)中居第六位。與其他常見糧食作物相比，燕麥富含蛋白質(zhì)、β－葡聚糖、不飽和脂肪酸、多酚等，在防治由高血脂引起的心腦血管疾病、控制人體血糖以及減肥等方面的功效已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可，美國(guó)食品藥品管理局(FDA)于1997年公布燕麥“具有降低心臟病風(fēng)險(xiǎn)”的功能［1］。

目前，我國(guó)大部分燕麥被加工成為燕麥粉，燕麥片以及燕麥餅干［2］。這些產(chǎn)品并沒(méi)有徹底解決燕麥?zhǔn)称菲贩N單一、適口性差等問(wèn)題。谷物的飲料加工是谷物加工的新方向，燕麥相比于其他谷物含有更多的β－葡聚糖與脂肪，這些特征賦予燕麥較好的乳化特性［3］和特殊的香氣［4］，為研制燕麥乳奠定了一定的物質(zhì)基礎(chǔ)。

國(guó)外燕麥乳的加工技術(shù)已經(jīng)十分成熟［5］，其主要工藝為將淀粉酶解成小分子，代表產(chǎn)品為瑞典產(chǎn)Oatly!有機(jī)燕麥飲料，澳大利亞產(chǎn)Pure Harvest!有機(jī)燕麥乳。與國(guó)內(nèi)目前普遍存在的燕麥濃漿產(chǎn)品相比，此類產(chǎn)品口感更類似牛奶，不添加穩(wěn)定劑，甜味劑。

國(guó)內(nèi)關(guān)于燕麥乳工藝的研究中，對(duì)工藝步驟已有部分探討［6］，但現(xiàn)有研究限于單獨(dú)考察液化與糖化過(guò)程，忽視了液化與糖化之間的聯(lián)系，且僅選取單一的評(píng)價(jià)指標(biāo)，不能全面描述燕麥乳品質(zhì)。本研究擬利用微波前處理，將酶解過(guò)程分為液化和糖化兩步生產(chǎn)燕麥乳，擬通過(guò)多指標(biāo)正交試驗(yàn)優(yōu)化酶解工藝，獲得營(yíng)養(yǎng)與感官品質(zhì)與國(guó)外產(chǎn)品類似的燕麥乳。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

品燕1號(hào):山西省農(nóng)科院資源品質(zhì)所;中溫淀粉酶，葡糖淀粉酶，支鏈淀粉酶:諾維信公司;牛奶、椰奶、杏仁露，市售;3，5－二硝基水楊酸，NaOH，丙三醇:北京化學(xué)試劑廠;醋酸鋅，亞鐵氰化鉀:國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

YP2001N天平:上海精密科學(xué)儀器與限公司;T－214分析天平:北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;HR2006攪拌機(jī):飛利浦電子香港有限公司;JMS－30A膠體磨:廊通機(jī)械有限公司;NN－GS597M微波爐:上海松下微波爐有限公司;THZ－82A水浴恒溫振蕩器:金壇市榮華儀器制造有限公司;DHG－9240A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;TU－1900雙光束紫外可見分光光度計(jì):北京普析通用儀器有限公司;烏氏黏度計(jì):臺(tái)州市椒江區(qū)玻璃儀器廠;Kieltec Analysister全自動(dòng)凱氏定氮儀:FOSS儀器有限公司;BT－9300激光粒度儀:沈陽(yáng)百特儀器公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 制作工藝

燕麥→清洗→浸潤(rùn)→微波處理→制漿→液化→糖化→過(guò)篩→均質(zhì)→灌裝→滅菌→燕麥乳

1.3.2 微波處理

燕麥經(jīng)清洗后瀝干水分，置于微波爐中。控制微波條件:微波載物量33.3 W/g，設(shè)置微波處理1、2、3、4 min，考察燕麥籽粒的含水量、氣味及顏色的變化情況。

1.3.3 料液比

設(shè)置料液比(質(zhì)量比)1∶6，1∶7，1∶8，1∶9 制漿，使用相同工藝制成燕麥乳成品，選取總固形物含量、蛋白質(zhì)含量為指標(biāo)評(píng)價(jià)料液比對(duì)燕麥乳品質(zhì)的影響。

1.3.4 液化條件

待燕麥漿溫度升至預(yù)定液化溫度，加入中溫α－淀粉酶，改變酶添加量、酶解溫度、酶解時(shí)間。單因素試驗(yàn)水平設(shè)置:酶添加量 0.025%、0.05%、0.10%、0.15%;酶解溫度75、80、85、90 ℃;酶解時(shí)間30、60、90、120 min。

1.3.5 糖化條件

液化完畢后使燕麥漿迅速降溫至60℃，添加預(yù)配復(fù)合糖化酶(葡糖淀粉酶，支鏈淀粉酶)，改變酶用量、酶解時(shí)間。單因素試驗(yàn)水平設(shè)置:酶添加量0.025%、0.05%、0.1%、0.15%;酶解時(shí)間 30、60、90、120 min。

1.3.6 酶解正交試驗(yàn)

選取還原糖含量、黏度評(píng)分、蛋白質(zhì)含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)5因素4水平多指標(biāo)正交試驗(yàn)［7－8］。

隨機(jī)選取20人進(jìn)行感官試驗(yàn)，確定還原糖含量、黏度評(píng)分、蛋白質(zhì)含量對(duì)燕麥乳品質(zhì)影響程度的權(quán)重比例，計(jì)算3者加權(quán)平均數(shù)得到綜合分。

1.3.7 分析方法

總固形物含量=(100－水分)×100%，水分依照GB 5009—2010測(cè)定。黏度評(píng)分=1/|相對(duì)黏度－3.3|，相對(duì)黏度 =t1/t0，其中 t1為25 ℃下燕麥乳流過(guò)烏氏黏度計(jì)的時(shí)間，t0為25℃下純水流過(guò)烏氏黏度計(jì)的時(shí)間，作為標(biāo)準(zhǔn)常數(shù)。蛋白質(zhì)含量，依照GB 5009—2010測(cè)定，氮轉(zhuǎn)換系數(shù)為5.83。還原糖含量使用 DNS 法測(cè)定［9－10］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用DPS軟件進(jìn)行正交試驗(yàn)分析，試驗(yàn)重復(fù)次數(shù)n=3。

2 結(jié)果與討論

2.1 微波處理對(duì)燕麥乳品質(zhì)的影響

微波處理的目的是滅酶和產(chǎn)香。燕麥籽粒經(jīng)清洗后放置一段時(shí)間浸潤(rùn)，在33.3 W/g微波條件下處理。處理1 min后燕麥籽粒仍然存在蛋白腥味，處理3 min后燕麥略帶烘焙味，色澤沒(méi)有明顯變化，微波處理5 min后，燕麥的氣味由香甜變?yōu)榻购?，燕麥顏色迅速變深至炭化，品質(zhì)劣變。加熱過(guò)程中脂肪降解和美拉德反應(yīng)是產(chǎn)生香氣的重要原因［11］，使用微波處理3 min制得的燕麥乳兼具燕麥和玉米香氣，風(fēng)味良好，即燕麥脂肪的氧化程度適中。籽粒含水率為20%～25%時(shí)微波處理25 s，燕麥的殘存酶活已降至3.3%［12］，本試驗(yàn)的處理?xiàng)l件均優(yōu)于該研究，可以保證滅酶效果。綜合以上分析，在微波載物量為33.3 W/g條件下，確定微波處理時(shí)間為3 min。

2.2 料液比對(duì)燕麥乳品質(zhì)的影響

料液比是影響產(chǎn)品得率、風(fēng)味口感的重要因素。隨著料液比降低，燕麥乳的相對(duì)黏度、總固形物含量、蛋白質(zhì)含量逐漸減少。本研究參考國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品品質(zhì)，綜合燕麥乳的營(yíng)養(yǎng)(蛋白質(zhì)含量≥1 g/100 mL)、口感及后續(xù)工藝條件，選擇較適宜的料液比為1∶7(見表1)。

表1 料液比對(duì)燕麥乳品質(zhì)的影響

2.3 酶解工藝的優(yōu)化

燕麥漿中包含兩種不穩(wěn)定的大分子:淀粉、蛋白質(zhì)。淀粉會(huì)在燕麥乳貯藏過(guò)程中重新聚集回生，而蛋白質(zhì)則會(huì)在熱加工過(guò)程中發(fā)生變性聚集。利用α－淀粉酶內(nèi)切淀粉分子中的α－1，4－糖苷鍵，將淀粉生成小分子糊精，減輕由于淀粉分子重新聚集回生帶來(lái)的凝沉和失穩(wěn)現(xiàn)象。有報(bào)道認(rèn)為燕麥蛋白的變性溫度為98.21℃［13］，而液化過(guò)程通常需要在較高溫度下進(jìn)行，無(wú)法避免蛋白質(zhì)發(fā)生變性反應(yīng)，只能通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)條件減輕這種變化。

另外，黏度偏高是燕麥濃漿適口性差的主要原因，對(duì)淀粉進(jìn)行酶解處理可降低黏度以改善口感。由Stokes定律知粒子自然沉降或上浮的速度與粒子半徑的平方和兩相間的比重差成正比，與液體黏度成反比［14］，黏度降低在某種程度上不利于體系的穩(wěn)定，所以需要尋找恰當(dāng)?shù)拿附獬潭?，在獲得產(chǎn)品口感的同時(shí)保持體系的穩(wěn)定性。

2.3.1 液化工藝

由圖1可以看出，在0.025%～0.15%的酶添加量范圍內(nèi)，酶量多少未顯著影響體系中的蛋白質(zhì)含量，但對(duì)體系黏度影響明顯，在加酶量為0.05%時(shí)出現(xiàn)峰值黏度。在綜合液化效果與體系穩(wěn)定性的前提下，選取較低黏度范圍內(nèi)的最大黏度值作為適宜的黏度值，因此選取0.05%加酶量。

圖1 液化酶添加量對(duì)燕麥乳品質(zhì)的影響

試驗(yàn)選擇中溫液化酶進(jìn)行液化是為了減輕體系中蛋白質(zhì)的變性程度，維持體系穩(wěn)定并保留較多蛋白質(zhì)。由圖2可知，液化溫度為85℃時(shí)燕麥乳的相對(duì)黏度達(dá)到最大值3.53;蛋白質(zhì)含量隨著液化溫度的升高逐漸降低，90℃與85℃相比下降幅度達(dá)到50%。綜合考慮液化效果及蛋白質(zhì)穩(wěn)定性，初步選取85℃為液化適宜溫度。

圖2 液化溫度對(duì)燕麥乳品質(zhì)的影響

液化處理60 min時(shí)燕麥乳相對(duì)黏度值達(dá)到3.60(圖3)，蛋白質(zhì)含量隨著液化時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低。兼顧體系相對(duì)黏度、蛋白質(zhì)穩(wěn)定性及液化程度，初步選擇液化時(shí)間為60 min。

圖3 液化時(shí)間對(duì)燕麥乳品質(zhì)的影響

2.3.2 糖化工藝

所選取糖化酶的適宜作用溫度為60℃，該參數(shù)對(duì)體系相對(duì)黏度、蛋白質(zhì)變性程度影響較小，故不再對(duì)糖化溫度做研究。糖化復(fù)合酶可以同時(shí)降解α－1，4－糖苷鍵，α－1，6－糖苷鍵，糖化酶外切糊精分子生成麥芽糖，支鏈淀粉酶切斷淀粉支鏈，進(jìn)一步降解淀粉并降低體系黏度。

圖4 糖化酶添加量對(duì)燕麥乳品質(zhì)的影響

復(fù)合糖化酶的添加量對(duì)燕麥乳的相對(duì)黏度有較大影響，添加0.025%混合糖化酶后燕麥乳相對(duì)黏度為5.07，隨著添加量增加至0.1%，體系相對(duì)黏度逐漸降低至2.70左右(圖4)，下降幅度達(dá)47%，說(shuō)明支鏈淀粉酶可以在較低溫度下降解淀粉，代替液化酶的部分作用。繼續(xù)增加糖化酶用量，體系黏度和還原糖量的變化均趨于緩和。考慮到在0.05%附近發(fā)生較大變化，故選擇選擇0.05%為較優(yōu)條件。

圖5 糖化時(shí)間對(duì)燕麥乳品質(zhì)的影響

由圖5知，隨著糖化時(shí)間的延長(zhǎng)，燕麥乳的還原糖含量逐漸增加，燕麥乳的甜味逐漸增大;相對(duì)黏度下降說(shuō)明體系中糊精的支鏈亦被切斷，分子質(zhì)量降低。相對(duì)黏度降低也伴隨著體系穩(wěn)定性下降，綜合各因素，初步選擇60 min為適宜糖化時(shí)間。

2.3.3 正交試驗(yàn)

結(jié)合單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定正交試驗(yàn)因素水平安排(表2)。

表2 酶解正交試驗(yàn)因素水平表

酶解型燕麥乳是復(fù)雜的混合體系，使用單一指標(biāo)難以全面衡量其真實(shí)狀態(tài)，必須根據(jù)各指標(biāo)的重要性差異以及各指標(biāo)之間的協(xié)調(diào)問(wèn)題給出權(quán)重，綜合評(píng)分后得到正交試驗(yàn)結(jié)果，確定最優(yōu)工藝。

分析國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品后發(fā)現(xiàn)相對(duì)黏度為3.3的燕麥乳穩(wěn)定性較好、口感爽滑。借鑒國(guó)外成熟產(chǎn)品的品質(zhì)特征，設(shè)置黏度評(píng)分 =1/|相對(duì)黏度 －3.3|，即相對(duì)黏度偏離3.3越大，產(chǎn)品品質(zhì)越差。在感官試驗(yàn)中，有15人認(rèn)為還原糖含量、黏度評(píng)分、蛋白質(zhì)含量的加權(quán)比例為4∶3∶1能更好的描述燕麥乳的品質(zhì)狀態(tài)，且該比例與3者的標(biāo)準(zhǔn)差之比較為接近，亦能著重考察波動(dòng)程度大的指標(biāo)，故將該比例確定為各指標(biāo)權(quán)重之比。

表3 酶解正交試驗(yàn)安排及試驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化公式及權(quán)重計(jì)算綜合得分，分析多指標(biāo)正交試驗(yàn)得到最佳方案為A3C4D4E4B3，各因素影響順序?yàn)?液化溫度＞液化酶量＞糖化時(shí)間＞糖化酶量＞液化時(shí)間。最佳工藝條件為:液化溫度為85℃，液化酶量為0.1%，糖化時(shí)間為70 min，糖化酶量為0.09%，液化時(shí)間為60 min(表3)，使用該工藝條件制得燕麥乳的品質(zhì)指標(biāo)見表4。

另參考林偉靜等的報(bào)道［15］，提取溫度和時(shí)間對(duì)燕麥β－葡聚糖的提取率有較大影響。燕麥β－葡聚糖既是燕麥乳中重要的功能成分，又可以增加體系的黏度及乳化穩(wěn)定性。在所有反應(yīng)條件的組合中，正交試驗(yàn)的最佳條件具有較高溫度，更有利于β－葡聚糖等功能成分的溶出。

由表4可知，以改進(jìn)工藝進(jìn)行加工，燕麥乳的相對(duì)黏度3.47、還原糖含量3.40 g/mL、總固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)10.03%、蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.37%，最大程度保留了總固形物和蛋白質(zhì)，高于植物蛋白飲料中蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)需大于0.5%的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［16］，與市售椰奶及杏仁露等植物蛋白飲料相比，蛋白質(zhì)含量更高;燕麥乳的黏度與甜度適中、口感爽滑且相對(duì)穩(wěn)定，粒徑范圍與牛奶、椰奶、杏仁露相似，有可能保持較好穩(wěn)定性。

表4 燕麥乳及同類產(chǎn)品品質(zhì)比較

3 結(jié)論

3.1 利用微波預(yù)處理工藝對(duì)燕麥籽粒進(jìn)行滅酶和增香處理，確定微波載物量33.3 W/g，時(shí)間3 min。

3.2 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上應(yīng)用多指標(biāo)正交試驗(yàn)優(yōu)化酶解工藝，綜合考慮體系黏度、蛋白質(zhì)含量等因素確定工藝條件:液化酶量0.1%，液化溫度85℃，液化時(shí)間60 min，糖化酶量0.09%，糖化時(shí)間70 min。

3.3 優(yōu)化酶解工藝制得燕麥乳的蛋白質(zhì)含量比市售椰奶、杏仁露高，風(fēng)味口感與國(guó)外產(chǎn)品類似，體系相對(duì)穩(wěn)定，未來(lái)發(fā)展前景看好。

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