齊寶坤，隋曉楠，王中江，馬文君，張巧智，李　楊（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

超聲聯(lián)合酶解法提高豆乳粉溶解性的工藝研究

齊寶坤，隋曉楠，王中江，馬文君，張巧智，李楊*（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

在濕法制備豆乳粉工藝的基礎(chǔ)上，采用超聲聯(lián)合酶解法提高豆乳粉溶解性。在單因素實驗基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析法對超聲聯(lián)合酶解制備高溶解性豆乳粉工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定最優(yōu)超聲聯(lián)合酶解工藝參數(shù)為：超聲功率350 W，超聲時間23 min，酶解溫度57℃，酶解時間1.7 h，酶解pH8.6。在最優(yōu)工藝條件下，蛋白質(zhì)分散指數(shù)為88.79%，比未經(jīng)超聲及酶解處理的豆乳粉提高了近10%，顯著提高了豆乳粉的溶解性。

超聲波，酶解，豆乳粉，溶解性

豆乳粉含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸及脂肪酸，營養(yǎng)價值較高，深受消費者喜愛。目前，濕法工藝是制備豆乳粉最常用的方法，其工藝過程一般是將大豆浸泡后磨漿，再經(jīng)濃縮調(diào)配及噴霧干燥制得豆乳粉［1］。然而，豆乳粉溶解性不高，其氮溶解指數(shù)為70%～80%［2］，存在沖調(diào)性差等問題，影響了豆乳粉的食用性，給豆乳粉的推廣帶來了一定障礙。提高豆乳粉溶解性的方法有很多，如酶解處理、添加還原劑和乳化劑、超聲處理等［3］。近年來，已有一些關(guān)于提高豆乳粉溶解性的研究報道。王玲等［4］采用濕法工藝磨漿，對漿渣分離后的豆乳進(jìn)行酶解，在單因素實驗基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面優(yōu)化法得到最優(yōu)酶解工藝為：木瓜蛋白酶添加量8765 U/g、酶解溫度54℃、酶解pH7、酶解時間1.8 h，此時豆乳粉的氮溶解指數(shù)為85.83%，溶解性得到了改善。超聲技術(shù)廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中物質(zhì)的提取，超聲產(chǎn)生的空化效應(yīng)和熱效應(yīng)可有效提高蛋白質(zhì)和固形物的溶出率，減少大豆蛋白在豆渣中的殘留，而且還能修飾蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，使蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及功能特性得到明顯改善，尤其是提高了蛋白質(zhì)的溶解性和親水性［5］。鄭留學(xué)［6］對速溶豆芽粉進(jìn)行研究，采用超聲波法進(jìn)行制漿，其最佳工藝條件為：料液比1∶10、超聲時間40 min、超聲溫度45℃，豆芽粉的氮溶解指數(shù)達(dá)82.76%，溶解性和蛋白質(zhì)溶出率均增加。目前，關(guān)于單獨采用酶解法或超聲法提高豆乳粉溶解性的研究已有報道，然而采用超聲聯(lián)合酶解法提高豆乳粉溶解性的研究尚未見報道。本文在濕法制備豆乳粉工藝的基礎(chǔ)上，采用超聲聯(lián)合酶解法提高豆乳粉溶解性，通過響應(yīng)面分析法對超聲聯(lián)合酶解工藝進(jìn)行優(yōu)化，以期提高豆乳粉的溶解性，為高溶解性豆乳粉的生產(chǎn)加工提供理論參考。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

大豆哈爾濱九三油脂集團(tuán)；大豆磷脂周口慧洋飼料有限公司；Protex-6L堿性蛋白酶（酶活力1.0×105U/g）丹麥novo公司；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

FDM-Z80豆?jié){機上海偉業(yè)儀器廠；JY92-2D超聲探頭發(fā)生器寧波新芝生物科技有限公司；pHS-25型酸度計上海江儀儀器有限公司；電熱恒溫水浴鍋余姚市東方電工儀器廠；均質(zhì)機上海申鹿均質(zhì)機有限公司；噴霧干燥機無錫昂益達(dá)機械有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1豆乳粉的制備大豆→浸泡→熱燙→磨漿→漿渣混合物→超聲處理→漿渣分離→豆乳→熱處理→酶解→滅酶→過濾→調(diào)配均質(zhì)→濃縮→噴霧干燥→豆乳粉。

取50 g大豆用濃度為0.5%的NaHCO3水溶液浸泡10 h左右，然后用沸水熱燙5 min，90℃下按豆水比1∶7的比例添加pH為6.5～7.0的弱堿水進(jìn)行磨漿得漿渣混合物，對漿渣混合物進(jìn)行超聲處理，然后漿渣分離得豆乳，在95℃下對豆乳加熱20 min，調(diào)節(jié)豆乳溫度和pH，加入1%的Protex-6L堿性蛋白酶進(jìn)行酶解，酶解后95℃滅酶15 min，然后采用真空抽濾機在真空度為-0.01 MPa下進(jìn)行真空過濾除去不溶物，向過濾后的豆乳中添加2%的乳化劑大豆磷脂進(jìn)行調(diào)配混勻，將調(diào)配好的豆乳在壓力為20 MPa下進(jìn)行均質(zhì)，均質(zhì)后進(jìn)行真空濃縮至豆乳固形物含量達(dá)15%左右，然后在進(jìn)口溫度為185℃、出口溫度為85℃條件下進(jìn)行噴霧干燥即得豆乳粉。

1.2.2超聲工藝單因素實驗固定參數(shù)為：超聲功率300 W，超聲時間30 min，酶解溫度55℃，酶解時間1.5 h，酶解pH9。在其他條件不變的情況下，以蛋白質(zhì)分散指數(shù)（%）和蛋白質(zhì)溶出率（%）為考察指標(biāo)，分別選取超聲功率為100、200、300、400、500 W，超聲時間為10、20、30、40、50 min，進(jìn)行單因素實驗。

1.2.3酶解工藝單因素實驗固定參數(shù)為：超聲功率300 W，超聲時間30 min，酶解溫度55℃，酶解時間1.5 h，酶解pH9。由于蛋白酶主要將蛋白質(zhì)水解為多肽，對水解度具有顯著影響。因此，在其他條件不變的情況下，以蛋白質(zhì)分散指數(shù)（%）和水解度（%）為考察指標(biāo)，分別選取酶解溫度為45、50、55、60、65℃，酶解時間為0.5、1、1.5、2、2.5 h，酶解pH為7、8、9、10、11，進(jìn)行單因素實驗。

1.2.4超聲聯(lián)合酶解工藝響應(yīng)面實驗采用響應(yīng)面分析法對工藝進(jìn)行優(yōu)化，以蛋白質(zhì)分散指數(shù)（R）為響應(yīng)值，選擇超聲功率（A）、超聲時間（B）、酶解溫度（C）、酶解時間（D）、酶解pH（E）為影響因素，每個因素設(shè)定5個水平進(jìn)行實驗，其因素水平編碼表見表1。

表1　因素水平編碼表Table 1　Encode table of factors and levels

1.2.5蛋白質(zhì)分散指數(shù)的測定取一定量豆乳粉樣品以1∶20的料液比分散于蒸餾水中，充分?jǐn)嚢?0 min，待分層后將溶解液于3000 r/min下離心10 min，離心后取上清液測定蛋白含量［7］。蛋白質(zhì)分散指數(shù)的計算公式如下：

蛋白質(zhì)分散指數(shù)（%）=（上清液中蛋白質(zhì)含量/豆乳粉中蛋白質(zhì)含量）×100

1.2.6蛋白質(zhì)溶出率的測定豆乳中蛋白質(zhì)含量采用Folin-酚試劑法測定［8］，大豆中蛋白質(zhì)含量采用GB/T 5009.5-2010凱氏定氮法測定。蛋白質(zhì)溶出率的計算公式如下：

蛋白質(zhì)溶出率（%）=（豆乳中蛋白質(zhì)含量/大豆中蛋白質(zhì)含量）×100

1.2.7水解度的測定水解度采用OPA法［9］測定。

1.2.8數(shù)據(jù)處理每個實驗重復(fù)3次，采用Origin 8.5軟件作圖，采用SPSS 17.0和Design-Expert軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2　結(jié)果與分析

2.1超聲工藝單因素實驗

2.1.1超聲功率對蛋白質(zhì)分散指數(shù)和蛋白質(zhì)溶出率的影響由圖1可以看出，隨著超聲功率的增加，蛋白質(zhì)分散指數(shù)和蛋白質(zhì)溶出率顯著升高（p＜0.05）；當(dāng)超聲功率超過300 W時，蛋白質(zhì)分散指數(shù)變化不顯著（p＞0.05）；當(dāng)超聲功率超過400 W時，蛋白質(zhì)溶出率變化不顯著（p＞0.05）。隨著超聲功率的增加，對物料的空化作用加強，使物料細(xì)胞破壞的更徹底，利于大豆中蛋白質(zhì)的溶出。同時超聲作用可使蛋白質(zhì)構(gòu)象改變［10］，使豆乳粉的蛋白質(zhì)分散指數(shù)增加，提高了其溶解性。綜合考慮，選擇超聲功率為400 W。

圖1　超聲功率對蛋白質(zhì)分散指數(shù)和蛋白質(zhì)溶出率的影響Fig.1　Effect of ultrasonic power on protein dispersibility index and protein extraction rate

2.1.2超聲時間對蛋白質(zhì)分散指數(shù)和蛋白質(zhì)溶出率的影響由圖2可以看出，隨著超聲時間的延長，蛋白質(zhì)分散指數(shù)和蛋白質(zhì)溶出率顯著增加（p＜0.05），當(dāng)超聲時間為30 min時，蛋白質(zhì)分散指數(shù)和蛋白質(zhì)溶出率均達(dá)到最大；繼續(xù)延長超聲時間，蛋白質(zhì)分散指數(shù)和蛋白質(zhì)溶出率稍有降低（p＞0.05）。超聲波的機械作用可使物料細(xì)胞破壞，導(dǎo)致大豆中蛋白質(zhì)溶出［11］，同時超聲作用也可提高豆乳粉的溶解性。隨著超聲時間的延長，這種作用更加明顯。當(dāng)超聲時間過長時，超聲作用會促使豆乳蛋白形成不溶性聚合物［12］，導(dǎo)致豆乳粉溶解性略有下降。綜合考慮，選擇超聲時間為30 min。

圖2　超聲時間對蛋白質(zhì)分散指數(shù)和蛋白質(zhì)溶出率的影響Fig.2　Effect of ultrasonic time on protein dispersibility index and protein extraction rate

2.2酶解工藝單因素分析

2.2.1酶解溫度對蛋白質(zhì)分散指數(shù)和水解度的影響由圖3可以看出，隨著酶解溫度的升高，蛋白質(zhì)分散指數(shù)和水解度顯著增加（p＜0.05），當(dāng)酶解溫度升高到55℃時，蛋白質(zhì)分散指數(shù)和水解度達(dá)到最大；繼續(xù)升高酶解溫度，蛋白質(zhì)分散指數(shù)和水解度在55～60℃時稍有降低，超過60℃時顯著降低（p＜0.05）。蛋白酶具有一定的最適酶解溫度范圍［13］，在最適酶解溫度范圍內(nèi)酶解效果較好。酶解溫度過高或過低時，酶催化活性降低，不利于酶促反應(yīng)，從而導(dǎo)致豆乳粉的蛋白質(zhì)分散指數(shù)和水解度降低。綜合考慮，選擇酶解溫度為55℃。

圖3　酶解溫度對蛋白質(zhì)分散指數(shù)和水解度的影響Fig.3　Effect of enzymatic hydrolysis temperature on protein dispersibility index and degree of hydrolysis

2.2.2酶解時間對蛋白質(zhì)分散指數(shù)和水解度的影響由圖4可以看出，隨著酶解時間的延長，蛋白質(zhì)分散指數(shù)和水解度逐漸升高，當(dāng)酶解時間延長到1.5 h時，再繼續(xù)延長酶解時間，蛋白質(zhì)分散指數(shù)和水解度不再升高并趨于穩(wěn)定。在酶解初期，底物濃度較大，酶與底物充分接觸，利于酶促反應(yīng)的進(jìn)行，使豆乳粉的蛋白質(zhì)分散指數(shù)和水解度顯著增加（p＜0.05）；當(dāng)酶解一段時間后，底物濃度不斷減少，產(chǎn)物濃度不斷增加，產(chǎn)生競爭性抑制，同時酶促反應(yīng)達(dá)到平衡［14］，導(dǎo)致豆乳粉的蛋白質(zhì)分散指數(shù)和水解度變化不顯著（p＞0.05）。綜合考慮，選擇酶解時間為1.5 h。

圖4　酶解時間對蛋白質(zhì)分散指數(shù)和水解度的影響Fig.4　Effect of enzymatic hydrolysis time on protein dispersibility index and degree of hydrolysis

2.2.3酶解pH對蛋白質(zhì)分散指數(shù)和水解度的影響由圖5可以看出，隨著酶解pH的增加，蛋白質(zhì)分散指數(shù)和水解度顯著增加（p＜0.05），當(dāng)酶解pH為9時，蛋白質(zhì)分散指數(shù)和水解度達(dá)到最大；繼續(xù)增加酶解pH，蛋白質(zhì)分散指數(shù)和水解度又會顯著降低（p＜0.05）。蛋白酶都具有最適的pH范圍，在最適的pH范圍內(nèi)酶的活性中心與底物充分結(jié)合，利于酶解作用。pH過高或過低會改變酶分子構(gòu)象［15］，使酶活性下降，不利于酶解反應(yīng)，導(dǎo)致豆乳粉的蛋白質(zhì)分散指數(shù)和水解度降低。綜合考慮，選擇酶解pH為9。

圖5　酶解pH對蛋白質(zhì)分散指數(shù)和水解度的影響Fig.5　Effect of enzymatic hydrolysis pH on proteindispersibility index and degree of hydrolysis

2.3超聲聯(lián)合酶解工藝響應(yīng)面分析

以蛋白質(zhì)分散指數(shù)R（%）為響應(yīng)值，以A超聲功率（W）、B超聲時間（min）、C酶解溫度（℃）、D酶解時間（h）、E酶解pH為影響因素，采用軟件Design-Expert進(jìn)行實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理，實驗設(shè)計及結(jié)果見表2。

表2　實驗設(shè)計及結(jié)果（n=3）Table 2　Experiment scheme and results（n=3）

通過統(tǒng)計分析軟件Design-Expert進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，建立二次響應(yīng)面回歸模型如下：

R=86.91-2.06A-0.15B+0.52C-0.045D-0.54E+ 1.07AB-0.55AC+2.12AD+0.69AE+3.98BC-2.99BD+ 0.77BE+0.13CD+1.39CE-1.31DE-0.81A2-3.11B2-1.73C2-3.21D2-2.00E2

對模型方程進(jìn)行方差分析，回歸與方差分析結(jié)果見表3。

由表3可知，該模型回歸顯著（p＜0.0001），失擬項不顯著（p＞0.05），并且該模型R2=98.10%，說明該模型與實驗擬合良好，能夠很好地描述實驗結(jié)果，應(yīng)用該模型進(jìn)行實驗分析是可行的。由F檢驗可以得到因子貢獻(xiàn)率為：A＞E＞C＞B＞D，即超聲功率＞酶解pH＞酶解溫度＞超聲時間＞酶解時間。兩因素交互作用（顯著項）對蛋白質(zhì)分散指數(shù)影響的響應(yīng)面見圖6。

表3　回歸與方差分析結(jié)果Table 3　Results of regression and variance analysis

通過軟件Design-Expert對回歸模型進(jìn)行分析可知，當(dāng)超聲功率為355.83 W，超聲時間為23.41 min，酶解溫度為57.12℃，酶解時間為1.74 h，酶解pH 為8.6，蛋白質(zhì)分散指數(shù)有最大值為89.14%?？紤]到實際生產(chǎn)的可操作性，將優(yōu)化的超聲聯(lián)合酶解工藝修正為：超聲功率350 W，超聲時間23 min，酶解溫度57℃，酶解時間1.7 h，酶解pH8.6。在修正后的最優(yōu)工藝條件下，進(jìn)行3次驗證實驗取平均值，蛋白質(zhì)分散指數(shù)的平均值為88.79%與預(yù)測值89.14%較接近，說明響應(yīng)值的實驗值與回歸方程預(yù)測值吻合良好，得到的工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠，可用于指導(dǎo)實踐。與未經(jīng)超聲及酶解處理的豆乳粉（蛋白質(zhì)分散指數(shù)為79.16%）相比，超聲聯(lián)合酶解法制備的豆乳粉蛋白質(zhì)分散指數(shù)提高了近10個百分點，顯著提高了豆乳粉的溶解性。

3　結(jié)論

圖6　兩因素交互作用（顯著項）對蛋白質(zhì)分散指數(shù)影響的響應(yīng)面Fig.6　Response surface analysis of effective interaction （significant items）on protein dispersibility index

本文對超聲聯(lián)合酶解法制備高溶解性豆乳粉工藝進(jìn)行研究，分別采用離心法、Folin-酚試劑法和OPA法對豆乳粉的蛋白質(zhì)分散指數(shù)、蛋白質(zhì)溶出率和水解度進(jìn)行測定。單因素實驗表明，超聲功率、超聲時間、酶解溫度、酶解時間和酶解pH對豆乳粉蛋白質(zhì)分散指數(shù)具有顯著影響。通過響應(yīng)面實驗得到超聲聯(lián)合酶解最優(yōu)工藝參數(shù)為：超聲功率350 W，超聲時間23 min，酶解溫度57℃，酶解時間1.7 h，酶解pH8.6，此時豆乳粉蛋白質(zhì)分散指數(shù)為88.79%。與未經(jīng)超聲及酶解處理的傳統(tǒng)豆乳粉（蛋白質(zhì)分散指數(shù)為79.16%）相比，超聲聯(lián)合酶解法顯著提高了豆乳粉的溶解性，其蛋白質(zhì)分散指數(shù)提高了近10%。

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Study on improvement of solubility of soybean milk powder by a combination of ultrasound and enzymatic hydrolysis treatment

QI Bao-kun，SUI Xiao-nan，WANG Zhong-jiang，MA Wen-jun，ZHANG Qiao-zhi，LI Yang*（College of Food Science，Northe?ast Agricultural University，Harbin 150030，China）

Based on the preparation technology of soybean milk powder by wet processing，a combination of ultrasound and enzymatic hydrolysis was adopted to improve the solubility of soybean milk powder.On the basis of single factor experiment，technological parameters for preparation of soybean milk powder with higher solubility were determined by response surface methodology to optimize the combination parameters of ultrasound and enzymatic hydrolysis as follows：350 W ultrasonic power treated for 23 min，then enzymatic hydrolyzed at pH8.6，57℃，for 1.7 h.Under this optimal processing condition，the protein dispersibility index reached 88.79%，which was nearly 10 percent higher than that of the soybean milk powder without the combined treatment of ultrasound and enzymatic hydrolysis.The solubility of soybean milk powder had increased significantly.

ultrasound；enzymatic hydrolysis；soybean milk powder；solubility

TS214.2

B

1002-0306（2016）04-0283-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.04.048

2015－08－24

齊寶坤（1986-），男，博士研究生，研究方向：糧食、油脂及植物蛋白工程，E-mail：qibaokun22@163.com。

李楊（1981-），男，博士，副教授，研究方向：糧食、油脂及植物蛋白工程，E-mail：liyanghuangyu@163.com。

黑龍江省應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)計劃項目（GC13B211）；農(nóng)業(yè)部崗位科學(xué)家（CARS-04-PS25）。