油莎草塊莖-杏仁速溶粉酶解工藝參數優化研究

陳怡岑，李 穎，趙 旭，楊 寧*，魏忠平，馮良山

（1.遼寧省糧食科學研究所，遼寧 沈陽 110032；2.遼寧省農業科學院，遼寧 沈陽 110161；3.沈陽市生態種養與功能性農業重點實驗室，遼寧 沈陽 110161；4.遼寧省林業科學研究院，遼寧 沈陽 110032）

油莎草Cyperus esculentusvar.sativus塊莖又名油莎豆，是莎草科1年生草本植物，又稱“地下核桃”、“虎堅果”。油莎草塊莖含有豐富的粗脂肪、粗蛋白、淀粉、糖類、膳食纖維、礦物質、酚類、甾類、蒽醌、生物堿等[1-2]，其綜合營養成分超過玉米、小麥和大豆，具有良好的食用、藥用價值。隨著人民生活水平的提高，綠色健康食品日益受到廣大消費者的青睞，以油莎草塊莖作為食品原料，逐步受到相關研究人員的關注，目前國內用油莎草塊莖開發的食品較多，如油莎草塊莖乳汁[3]、油莎草塊莖酒[4]、油莎草塊莖糖、油莎草塊莖餅干[5]、油莎草塊莖飲料[6]、油莎草塊莖速溶粉[7]等，也可作為添加劑加入冰激凌中[8]，市場前景非常廣闊。為開發新型林草產品，本研究采用油莎草塊莖和杏仁組合制備速溶粉，通過單因素及正交試驗優化設計，探究油莎草塊莖-杏仁速溶粉酶解工藝對其出粉率的影響，既豐富了油莎草塊莖副食品的種類，又提高了傳統速溶粉的營養成分和功能特性，為改善油莎草塊莖綜合利用價值提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

油莎草塊莖由遼寧省農業科學院提供；杏仁、白砂糖、添加劑（單甘酯、黃原膠、海藻酸鈉、卵磷脂）為食品級市售；α-淀粉酶（中溫AAS型）1.0萬U·g-1，食品級，購自滄州夏盛酶生物技術有限公司；纖維素酶（CEL-01型）1.1萬U·g-1，食品級，購自滄州夏盛酶生物技術有限公司。

1.2 儀器與設備

JM-80型膠體磨；GPW 120-Ⅱ型噴霧干燥機；NS1001L Panda2k高壓均質機；TGL-20B高速離心機。

1.3 試驗方法

1.3.1 配 方

油莎草塊莖、杏仁質量比7∶3，白砂糖占總料質量7%，單甘酯占總料質量0.06%，黃原膠占總料質量0.01%，海藻酸鈉占總料質量0.01%，卵磷脂占總料質量0.5%。

1.3.2 制備方法

精選油莎草塊莖，去除發霉、不飽滿的顆粒，反復清洗4次，按照料水比1∶3（質量比），室溫條件，加水浸泡48 h，去皮。杏仁炒制熟化，去掉外皮，按照料水比1∶10（質量比），經組織搗碎機粗磨、膠體磨精磨至漿備用，記料1。去皮后的濕油莎草塊莖按照料水比1∶7（質量比），組織搗碎機粗磨后，轉移至膠體磨精磨至漿，記料2?；旌狭?和料2，添加0.8%的纖維素酶，50℃酶解5 h，100℃、30 min條件下滅酶。添加1.0%的α-淀粉酶，60℃酶解40 min，在120℃、30 min條件下滅酶。用過濾篩將渣液分離，將白砂糖、單甘酯、黃原膠、海藻酸鈉、卵磷脂調配到漿液中，經過攪拌（防止糊底）、煮漿（煮沸10 min）、過濾，冷卻至室溫；采用二級均質，一級高壓設定20 MPa，二級低壓設定10 MPa，確定其加熱溫度為46～50℃、真空度為80～90 kPa[8]，經噴霧干燥（進風口溫度185℃，出風口溫度95℃，進料流量1.0 L·h-1）得到成品。并計算出粉率。

出粉率（%）=干燥后油莎草塊莖杏仁粉量/干燥前油莎草塊莖杏仁用量×100%

1.4 單因素試驗

采用α-淀粉酶（中溫AAS型）添加量（0.4%、0.6%、0.8%、1.0%），酶解時間（20、30、40、50 min），酶解溫度（55、75、85、95℃）進行單因素試驗，以出粉率為考察指標，確定α-淀粉酶試驗條件。

1.5 正交試驗

結合單因素試驗結果，根據L9（3）3設計方案（表1），以出粉率為考察指標，確定最佳α-淀粉酶試驗條件。

表1 正交試驗因素和水平

1.6 數據處理

采用SPSS軟件和Origin8.5軟件對試驗數據進行分析、繪圖。

2 結果與分析

2.1 α-淀粉酶（中溫AAS型）酶解工藝的確定

由圖1可知，α-淀粉酶的添加量對出粉率有重要影響，出粉率隨著α-淀粉酶添加量的增加，呈現先增加后減小的趨勢，這主要是因為α-淀粉酶水解油莎草塊莖-杏仁中的淀粉，隨著反應的進行，反應溶液的黏度下降，α-淀粉酶還原能力增加；由于淀粉濃度的下降，產物濃度上升，當α-淀粉酶的添加量為0.8%時出粉率為58.0%，達到水解最高點，即水解極限，而后α-淀粉酶可能出現部分失活，導致反應速度降低，出粉率降低，所以確定α-淀粉酶最佳添加量為0.8%。

圖1 α-淀粉酶添加量對出粉率的影響

2.2 酶解時間的確定

如圖2所示，酶解時間對酶解效果有明顯影響，當酶解時間＜40 min，出粉率隨著酶解時間的增加而增加；當酶解時間＞40 min出粉率略下降，說明在酶解時間為40 min時，α-淀粉酶對油莎草塊莖-杏仁中淀粉的酶解作用已經結束，再增加酶解時間無意義，為節省能源，選擇40 min作為最佳酶解時間。

圖2 酶解時間對出粉率的影響

2.3 酶解溫度的確定

α-淀粉酶的催化活性受溫度影響較大，在正常情況下，在低溫時酶反應速度較慢，并隨著溫度的升高而加快，當達到最合適的溫度時，反應速率最快，而后隨著溫度的升高反應速率下降，直至反應停止。如圖3所示，當酶解溫度為65～75℃，出粉率隨溫度的升高而增加，當酶解溫度為75～95℃，出粉率隨著溫度的升高而先增加后降低，說明75℃為最合適酶解溫度。

圖3 酶解溫度對出粉率的影響

2.4 酶解工藝的優化

如表2、表3所示，影響出粉率酶解工藝的因素為酶解溫度＞酶解時間＞酶添加量，說明酶解溫度對酶解工藝影響最大，其次為酶解時間，酶添加量影響最小?！癈”因素3水平之間差異極顯著，其中水平2最好，“B”因素3水平之間差異顯著，其中水平3最好，“A”因素之間差異不顯著，因其水平2最好，因此酶解工藝最佳試驗組合A2B3C2，即酶添加量為1.0%，酶解時間50 min，酶解溫度75℃。在正交優化試驗中酶解工藝最佳試驗組合為A2B1C2，如表2所示，即酶添加量為1.0%，酶解時間30 min，酶解溫度75℃，出粉率為57.51%，此時得率最高；單因素試驗確定酶添加量為0.8%，酶解時間40 min，酶解溫度75℃，經綜合分析，確定酶解工藝為：酶添加量為1.0%，酶解時間40 min，酶解溫度75℃，驗證出粉率為58.62%，正交試驗結果與驗證結果符合試驗精密度要求（正交試驗結果與驗證結果的絕對差值小于兩者算數平均值的10%），說明調整酶解試驗工藝可行。

表2 酶解工藝正交優化

表3 酶解正交試驗結果方差分析

3 結論

通過單因素和正交試驗優化油莎草塊莖-杏仁速溶粉加工工藝，結果表明，影響油莎草塊莖-杏仁速溶粉酶解的主要因素順序是酶解溫度＞酶解時間＞酶添加量，說明酶解溫度對酶解工藝影響最大，其次為酶解時間，酶添加量影響最小，油莎草塊莖-杏仁速溶粉最佳酶解工藝為：酶添加量為1.0%，酶解時間40 min，酶解溫度75℃，出粉率為58.62%；在此條件下生產的油莎草塊莖-杏仁速溶粉，出粉率高，風味佳，口感好，最大程度上保留了油莎草塊莖特有的香味和色澤。