響應面法優化改良大米食味品質的酶制劑組方

謝 宏，王愛麗，黃文文，朱 振

（沈陽農業大學食品學院，遼寧沈陽110866）

響應面法優化改良大米食味品質的酶制劑組方

謝 宏，王愛麗*，黃文文，朱 振

（沈陽農業大學食品學院，遼寧沈陽110866）

采用單因素實驗確定改良大米食味品質的酶種類，采用全因子響應面實驗設計優化復合酶制劑組方。確定的最佳復合酶組方為：纖維素酶0.82%、β-淀粉酶0.3%、糖化酶0.25%。此條件下響應面模型預測的崩解值為589，與實驗值接近，說明響應面模型可靠。掃描電鏡檢測證明在此條件下大米的食味品質得以提高。

響應面法，食用品質，RVA圖譜

大米是我國人民的主要糧食，隨著人民生活水平的提高，人們對大米的需求正從數量消費型向質量消費型轉變。大米食味平淡，但人們對食味品質的優劣極其敏感。研究表明，大米食味品質主要取決于大米的物理和化學特性，決定食味品質的指標主要是淀粉的組成及直鏈淀粉含量、直鏈淀粉的溶解性、支鏈淀粉的鏈長、凝膠性、糊化溫度等等［1］。近年來，研究者多用快速粘度分析儀（RVA）圖譜的特征值作為間接指標，以小量樣品簡易快速地預測米飯的適口性［2］。米飯煮制過程也是大米淀粉完成糊化的過程。［3］本論文通過添加適宜的酶制劑破壞淀粉粒細胞壁結構，增加淀粉與水的接觸，促進淀粉水解，提高大米蒸煮時的溶出物質含量，通過改變淀粉的糊化進程和糊化產物，調整米飯粘彈性與硬度，進而達到改善大米食味品質的目的［4-5］。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

供試大米A 秋田小町（散裝室溫貯藏1年），盤錦利是米業；對照大米B 秋田小町（新米），盤錦利是米業；纖維素酶、β-淀粉酶、糖化酶、α-淀粉酶北京奧博星生物技術有限責任公司。

Super3型快速粘度分析儀（RVA） 澳大利亞新港科技（Newport Scientific）公司；JD200-2型電子天平 沈陽龍騰電子稱量儀器有限公司；DFT-100手提式粉碎機 浙江溫嶺市大德機械有限公司；標準篩（40目） 浙江省上虞市紗篩廠；掃描電鏡（SEM）日本TM-1000型臺式掃描電鏡。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備 將大米粉碎，過40目篩。以大米粉為試材，在大米粉試樣中分別添加酶制劑：纖維素酶0.10%、0.30%、0.50%、1.00%；β-淀粉酶 0.10%、0.20%、0.30%、0.40%；糖化酶0.10%、0.20%、0.30%、0.40%；α-淀粉酶0.05%、0.10%、0.15%、0.20%。

1.2.2 大米粉糊化特性檢測 用澳大利亞Newport Scientific公司生產的Super3型快速粘度分析儀，按照美國谷物化學協會（AACC.1999）規程（1995-61-02）標準方法測定。曲線上的粘度單位為cP。

1.3 數據分析

表1 全因子實驗設計表

表2 大米主要化學成分比較

表3 單因素酶處理大米粉實驗結果

采用Mintab15軟件對實驗數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 實驗大米基本性質比較

由表2可知，大米在貯藏過程中除水分外，淀粉、蛋白質、脂肪的含量變化緩慢，這與糙米碾白后呼吸作用減緩相一致。同時大米中直、支鏈淀粉含量變化較大，說明大米中仍然發生著緩慢的降解作用，這使貯藏前后米粉的糊化特性顯著變化（見RVA圖譜）。一般認為RVA圖譜的崩解值是反映大米食味品質的最佳指標，由圖1可見，貯藏后米粉的崩解值下降較大，說明米飯粘彈性下降，食味品質變劣［6］。

圖1 大米米粉RVA圖譜比較

2.2 單因素實驗結果

在米粉中添加不同量的纖維素酶、β-淀粉酶、糖化酶和α-淀粉酶，分別進行單因素實驗。由表3與圖2結果可知，β-淀粉酶、糖化酶、纖維素酶在不同程度上提高了米粉糊的粘性和崩解值，使用纖維素酶起糊時間也略有縮短。α-淀粉酶0.05%的添加也使米粉糊的粘性顯著下降，我們認為不適合用于大米食味品質的改良。纖維素酶、β-淀粉酶、糖化酶的最佳使用量分別為0.5%、0.2%、0.3%。

圖2 單因素酶處理大米粉RVA圖譜

2.3 響應面實驗結果

根據單因素實驗結果，選用纖維素酶、β-淀粉酶、糖化酶進行酶制劑的復配，采用Box-Behnken實驗設計，實驗方案見表1。共15個實驗，可以分為兩類：一是析因點，自變量取值在X1、X2、X3；二是零點，用以估計實驗誤差［6］。響應面實驗結果見表4，回歸方差分析見表5。

表4 全因子實驗結果

表5 全因子實驗方差分析表

由實驗結果的方差分析可知，大于F值的概率（Pr＞F）為0.001，回歸方程的顯著性及可靠性很高，且方程的決定系數R2為98.85%。說明該方程與實際擬合良好，可用于米粉糊化后反映粘彈特性的崩解值的分析和預測。

分別對X1，X2，X3求偏導得：

由以上3個方程可以解得方程的極值點纖維素酶X1=0.82%、β-淀粉酶X2=0.3%、糖化酶X3= 0.25%，此時崩解值的預測值為589。在方程該處做3次論證實驗，分別得到崩解值為581、592、585，與方程的預測值接近，說明該方程可靠。

根據所得方程的響應面立體分析圖（圖3）可以直觀地表現纖維素酶、β-淀粉酶、糖化酶的添加量對大米粉糊化的影響，它們之間存在一定的交互作用，對響應值的影響不是簡單的線性關系。

圖3 響應面立體分析圖

根據實驗結果，我們認為纖維素酶可以促進大米胚乳細胞壁中的纖維素的水解，纖維素結晶性下降，細胞壁通透性增加，淀粉吸水速率增加，吸水充分，加快了糊化進程。β-淀粉酶可水解部分支鏈淀粉的長直鏈部分，在糖化酶作用下，可以進一步水解為糊精、可溶性糖，改善了淀粉糊的結構，粘彈性增加，崩解值增大［7］。

2.3 電鏡掃描實驗

為了驗證復合酶制劑對大米食味品質的影響，分別對添加不同酶制劑蒸煮米飯的米粒表面進行了SEM電鏡分析，放大2000倍，結果如圖4所示。

圖4 米粒表面的掃描電鏡觀察

大米在蒸煮過程中，淀粉顆粒吸水產生有限膨脹，淀粉晶體溶解，部分內容物溶出是形成米飯顆粒表面“糊花”的原因。從圖4可見，添加復合酶制劑后溶出物顯著增加，在米粒表面形成結構致密的立體網狀結構。我們認為可能有部分直鏈淀粉顆粒溶出，這是纖維素酶增加膜透性，β-淀粉酶水解支鏈淀粉增加了直鏈淀粉量和糖化酶促進生成更容易溶出的大量小分子糊精的協同作用結果［8］。

3 結論

實驗證明，采用Box-Behnken統計學實驗設計方法對改良大米食味品質的酶制劑組方進行優化，科學合理，最佳參數為纖維素酶0.82%、β-淀粉酶0.3%、糖化酶0.25%，可以獲得滿意的改良效果。

［1］依萊亞森.食品淀粉的結構、功能及應用［M］.北京：中國輕工業出版社，2009：150-172.

［2］歐陽建勛，夏延斌，羅鳳蓮，等.利用RVA測試添加劑對大米糊的性質影響［J］.糧食科技與經濟，2005，30（6）：48-49.

［3］譚薇，李珂，盧曉黎.大米糊化特性及回生機理研究［J］.食品科學，2008，29（3）：67-71.

［4］王帥，李新華，謝宏，等.粳稻米淀粉糊化性質及其級分的研究［J］.糧油加工，2006，12（8）：62-64.

［5］潘軍，陶玉貴，顏世雷，等.響應面法優化殼聚糖/TiO2雜化膜的制備及其表征［J］.安徽工程科技學院學報，2007，22（2）：29-32.

［6］余世鋒，楊秀春，Menager，等.直鏈淀粉、蛋白質及脂類對大米粉熱特性的影響［J］.食品與發酵工業，2009，32（4）：24-26.

［7］黃正虹，鐘芳，李玥，等.酶法改性大米蛋白的研究［J］.食品與機械，2009，34（1）：25-27.

［8］侯振建.食品添加劑及其應用技術［M］.北京：化學工業出版社，2004：151-173.

Optimization of composite enzyme for modifying rice eating quality using the response surface methodology

XIE Hong，WANG Ai-li*，HUANG Wen-wen，ZHU Zhen
（School of Food Science and Technology，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110866，China）

The single factor experiment was used to determinate the varieties of enzyme for modifying rice eating quality，and the composite enzyme optimized by the response surface method.The optimum parameters of composite enzyme were：cellulose 0.82%，β-amylase 0.3%and saccharifying enzyme 0.25%.Under the optimized conditions，in rice gelatilization of RVA curve，the predicted disintegration value 589 approached experimental values，the response surface model was reliable.Scanning electron microscope examination proved the rice eating quality was improved.

response surface methodology；food quality；RVA graphical

TS210.1

B

1002-0306（2011）01-0235-04

2009-12-28 *通訊聯系人

謝宏（1970-），女，博士，副教授，研究方向：糧食科學與工程。