油莎草块茎-杏仁速溶粉酶解工艺参数优化研究

陈怡岑，李 颖，赵 旭，杨 宁*，魏忠平，冯良山

（1.辽宁省粮食科学研究所，辽宁 沈阳 110032；2.辽宁省农业科学院，辽宁 沈阳 110161；3.沈阳市生态种养与功能性农业重点实验室，辽宁 沈阳 110161；4.辽宁省林业科学研究院，辽宁 沈阳 110032）

油莎草Cyperus esculentusvar.sativus块茎又名油莎豆，是莎草科1年生草本植物，又称“地下核桃”、“虎坚果”。油莎草块茎含有丰富的粗脂肪、粗蛋白、淀粉、糖类、膳食纤维、矿物质、酚类、甾类、蒽醌、生物碱等[1-2]，其综合营养成分超过玉米、小麦和大豆，具有良好的食用、药用价值。随着人民生活水平的提高，绿色健康食品日益受到广大消费者的青睐，以油莎草块茎作为食品原料，逐步受到相关研究人员的关注，目前国内用油莎草块茎开发的食品较多，如油莎草块茎乳汁[3]、油莎草块茎酒[4]、油莎草块茎糖、油莎草块茎饼干[5]、油莎草块茎饮料[6]、油莎草块茎速溶粉[7]等，也可作为添加剂加入冰激凌中[8]，市场前景非常广阔。为开发新型林草产品，本研究采用油莎草块茎和杏仁组合制备速溶粉，通过单因素及正交试验优化设计，探究油莎草块茎-杏仁速溶粉酶解工艺对其出粉率的影响，既丰富了油莎草块茎副食品的种类，又提高了传统速溶粉的营养成分和功能特性，为改善油莎草块茎综合利用价值提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

油莎草块茎由辽宁省农业科学院提供；杏仁、白砂糖、添加剂（单甘酯、黄原胶、海藻酸钠、卵磷脂）为食品级市售；α-淀粉酶（中温AAS型）1.0万U·g-1，食品级，购自沧州夏盛酶生物技术有限公司；纤维素酶（CEL-01型）1.1万U·g-1，食品级，购自沧州夏盛酶生物技术有限公司。

1.2 仪器与设备

JM-80型胶体磨；GPW 120-Ⅱ型喷雾干燥机；NS1001L Panda2k高压均质机；TGL-20B高速离心机。

1.3 试验方法

1.3.1 配 方

油莎草块茎、杏仁质量比7∶3，白砂糖占总料质量7%，单甘酯占总料质量0.06%，黄原胶占总料质量0.01%，海藻酸钠占总料质量0.01%，卵磷脂占总料质量0.5%。

1.3.2 制备方法

精选油莎草块茎，去除发霉、不饱满的颗粒，反复清洗4次，按照料水比1∶3（质量比），室温条件，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（质量比），经组织捣碎机粗磨、胶体磨精磨至浆备用，记料1。去皮后的湿油莎草块茎按照料水比1∶7（质量比），组织捣碎机粗磨后，转移至胶体磨精磨至浆，记料2。混合料1和料2，添加0.8%的纤维素酶，50℃酶解5 h，100℃、30 min条件下灭酶。添加1.0%的α-淀粉酶，60℃酶解40 min，在120℃、30 min条件下灭酶。用过滤筛将渣液分离，将白砂糖、单甘酯、黄原胶、海藻酸钠、卵磷脂调配到浆液中，经过搅拌（防止糊底）、煮浆（煮沸10 min）、过滤，冷却至室温；采用二级均质，一级高压设定20 MPa，二级低压设定10 MPa，确定其加热温度为46～50℃、真空度为80～90 kPa[8]，经喷雾干燥（进风口温度185℃，出风口温度95℃，进料流量1.0 L·h-1）得到成品。并计算出粉率。

出粉率（%）=干燥后油莎草块茎杏仁粉量/干燥前油莎草块茎杏仁用量×100%

1.4 单因素试验

采用α-淀粉酶（中温AAS型）添加量（0.4%、0.6%、0.8%、1.0%），酶解时间（20、30、40、50 min），酶解温度（55、75、85、95℃）进行单因素试验，以出粉率为考察指标，确定α-淀粉酶试验条件。

1.5 正交试验

结合单因素试验结果，根据L9（3）3设计方案（表1），以出粉率为考察指标，确定最佳α-淀粉酶试验条件。

表1 正交试验因素和水平

1.6 数据处理

采用SPSS软件和Origin8.5软件对试验数据进行分析、绘图。

2 结果与分析

2.1 α-淀粉酶（中温AAS型）酶解工艺的确定

由图1可知，α-淀粉酶的添加量对出粉率有重要影响，出粉率随着α-淀粉酶添加量的增加，呈现先增加后减小的趋势，这主要是因为α-淀粉酶水解油莎草块茎-杏仁中的淀粉，随着反应的进行，反应溶液的黏度下降，α-淀粉酶还原能力增加；由于淀粉浓度的下降，产物浓度上升，当α-淀粉酶的添加量为0.8%时出粉率为58.0%，达到水解最高点，即水解极限，而后α-淀粉酶可能出现部分失活，导致反应速度降低，出粉率降低，所以确定α-淀粉酶最佳添加量为0.8%。

图1 α-淀粉酶添加量对出粉率的影响

2.2 酶解时间的确定

如图2所示，酶解时间对酶解效果有明显影响，当酶解时间＜40 min，出粉率随着酶解时间的增加而增加；当酶解时间＞40 min出粉率略下降，说明在酶解时间为40 min时，α-淀粉酶对油莎草块茎-杏仁中淀粉的酶解作用已经结束，再增加酶解时间无意义，为节省能源，选择40 min作为最佳酶解时间。

图2 酶解时间对出粉率的影响

2.3 酶解温度的确定

α-淀粉酶的催化活性受温度影响较大，在正常情况下，在低温时酶反应速度较慢，并随着温度的升高而加快，当达到最合适的温度时，反应速率最快，而后随着温度的升高反应速率下降，直至反应停止。如图3所示，当酶解温度为65～75℃，出粉率随温度的升高而增加，当酶解温度为75～95℃，出粉率随着温度的升高而先增加后降低，说明75℃为最合适酶解温度。

图3 酶解温度对出粉率的影响

2.4 酶解工艺的优化

如表2、表3所示，影响出粉率酶解工艺的因素为酶解温度＞酶解时间＞酶添加量，说明酶解温度对酶解工艺影响最大，其次为酶解时间，酶添加量影响最小。“C”因素3水平之间差异极显著，其中水平2最好，“B”因素3水平之间差异显著，其中水平3最好，“A”因素之间差异不显著，因其水平2最好，因此酶解工艺最佳试验组合A2B3C2，即酶添加量为1.0%，酶解时间50 min，酶解温度75℃。在正交优化试验中酶解工艺最佳试验组合为A2B1C2，如表2所示，即酶添加量为1.0%，酶解时间30 min，酶解温度75℃，出粉率为57.51%，此时得率最高；单因素试验确定酶添加量为0.8%，酶解时间40 min，酶解温度75℃，经综合分析，确定酶解工艺为：酶添加量为1.0%，酶解时间40 min，酶解温度75℃，验证出粉率为58.62%，正交试验结果与验证结果符合试验精密度要求（正交试验结果与验证结果的绝对差值小于两者算数平均值的10%），说明调整酶解试验工艺可行。

表2 酶解工艺正交优化

表3 酶解正交试验结果方差分析

3 结论

通过单因素和正交试验优化油莎草块茎-杏仁速溶粉加工工艺，结果表明，影响油莎草块茎-杏仁速溶粉酶解的主要因素顺序是酶解温度＞酶解时间＞酶添加量，说明酶解温度对酶解工艺影响最大，其次为酶解时间，酶添加量影响最小，油莎草块茎-杏仁速溶粉最佳酶解工艺为：酶添加量为1.0%，酶解时间40 min，酶解温度75℃，出粉率为58.62%；在此条件下生产的油莎草块茎-杏仁速溶粉，出粉率高，风味佳，口感好，最大程度上保留了油莎草块茎特有的香味和色泽。