过热蒸汽结合酶法制备藜麦奶的工艺优化

钟鑫荣，陈登元，费帆，周子文，张东伟，尹梓怡，方婷*，魏奇

（1.福建农林大学食品科学学院，福建 福州 350000；2.宁德师范学院生命科学学院，福建 宁德 352100；3.国家农产品加工技术研发（蔬菜）专业分中心，福建 福州 350002；4.福建省工业产品生产许可证审查技术中心，福建 福州 350003）

藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）为一年生双子叶植物，已广泛种植于我国的青海、宁夏、甘肃、内蒙古等地区。藜麦是一种全营养谷物食品，其营养价值高，矿物质含量丰富，对预防肥胖、心血管疾病、糖尿病和癌症等具一定的功效[1-3]。藜麦中的蛋白质含量与小麦中的蛋白质含量相当（16%～22%），其淀粉含量（64.16 g/100 g）低于小麦（71.13 g/100 g）、水稻（81.68 g/100 g）和玉米（74.26 g/100 g），并且藜麦中不含麸质蛋白质，因此更加适合麸质过敏人群和糖尿病患者食用[4]。已有研究发现，藜麦中赖氨酸和蛋氨酸含量较高，将其它食品与藜麦进行合理搭配，能够有效促进人体对营养物质的吸收和利用[5-7]。近年来，藜麦产品越来越多，并且深受消费者的喜爱，如藜麦饮料[8-10]、藜麦奶[11-13]和藜麦酒[14-15]等。在亚洲人群中，有多数的人属于乳糖不耐受体质，直接食用鲜牛乳或乳制品会导致过敏等反应。藜麦奶具有丰富的营养成分，并且不含乳糖和麸质，因此更加适合乳糖不耐受体质人群的饮用。

藜麦奶具有丰富的营养并且拥有一种独特的香味和口感[16]。但是由于藜麦含有较高含量的皂苷等成分，直接制备出来的藜麦奶存在苦味，在制备过程中易形成胶体甚至产生沉淀，因此在藜麦奶的制备技术上存在一定难度[17-18]。过热蒸汽是一种绿色的热处理技术，具有作用范围广、传热效率高、安全、环保等优势。过热蒸汽处理能够改变淀粉的微观结构、糊化特性和消化特性等[19-20]。采用过热蒸汽处理能够有效去除藜麦中的苦味和生味，而且还能激发藜麦产生特殊的香气。已有研究表明，热处理能够提高藜麦蛋白质中赖氨酸和蛋氨酸的比例，增强藜麦的蛋白质效力[21]。因此，本研究以藜麦为原料，采用过热蒸汽技术去除藜麦中的苦味和生味，并且结合酶解法制备藜麦奶。为植物奶的加工提供一定的参考价值。

1 材料与方法

1.1 材料

藜麦：青海谷匠藜麦有限责任公司；α-淀粉酶（5 000 U/g）、糖化酶（5 000 U/g）、纤维素酶（5 000 U/g）：江苏锐康科技有限公司；总糖含量检测试剂盒：索莱宝生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

CP214 型电子天平：奥豪斯仪器（常州）有限公司；过热蒸汽设备：国家果树加工分中心实验室自制；Y66型破壁机：九阳股份有限公司；HH-6 型水浴锅：上海力辰邦西仪器科技有限公司；手持式浓度测量仪：广州融测电子有限公司；DE-100LB 型乳化机：南通克莱尔混合设备有限公司；PHS-3E 型pH 计：雷磁上海仪电有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 藜麦奶制备

1.3.1.1 工艺流程

藜麦→称重→过热蒸汽处理→浸泡、清洗→打浆→酶解→均质→灭酶→藜麦奶。

1.3.1.2 操作步骤

将藜麦置于样品盘中，采用过热蒸汽设备在140 ℃条件下处理15 min，藜麦铺设厚度4～6 mm，期间做一次翻转，保证藜麦均匀受热。将过热蒸汽处理过的藜麦放入清水中浸泡10 h，超声处理去除藜麦种皮上的皂苷等苦味成分。后采用破壁机将清洗后的藜麦进行打浆，然后用80 目的滤网去除残渣。根据酶解试验的结果，选取酶种类、加酶量、酶解温度和酶解时间为影响因素，通过响应面法得出最佳的酶解条件。经分散乳化机处理2 min 后，100 ℃灭酶8 min 即得藜麦奶。

1.3.2 单因素试验

1.3.2.1 酶的种类对藜麦奶中总可溶性固形物（total soluble solid，TSS）含量的影响

在酶添加量为0.2%，酶解温度为55 ℃，酶解时间为90 min，料液比为1∶12（g/mL）的条件下，探究酶的种类（α-淀粉酶、糖化酶、纤维素酶、α-淀粉酶复配糖化粉酶、α-淀粉酶复配纤维素酶、糖化酶复配纤维素酶）对藜麦奶TSS 含量的影响。

1.3.2.2 复合酶质量比对藜麦奶溶液中TSS 的影响

在添加酶的种类为α-淀粉酶复配纤维素酶，酶解温度为55 ℃，酶解时间为90 min，料液比为1∶12（g/mL）的条件下，探究α-淀粉酶复配纤维素酶质量比（1∶1、1∶2、1∶3、2∶1、3∶1）对藜麦奶TSS 含量的影响。

1.3.2.3 酶添加量对藜麦奶溶液中TSS 含量的影响

在添加酶种类为α-淀粉酶复配纤维素酶，酶解温度为55 ℃，酶解时间为90 min，料液比为1∶12（g/mL），α-淀粉酶∶纤维素酶为1∶3（质量比）条件下，探究酶添加量（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）对藜麦奶TSS 含量及感官评分的影响。

1.3.2.4 酶解温度对藜麦奶溶液中TSS 含量的影响

在添加酶种类为α-淀粉酶复配纤维素酶，酶添加量为α-淀粉酶∶纤维素酶=0.15%∶0.45%，酶解时间为90 min 料液比为1∶12（g/mL）的条件下，探究酶解温度（45、50、55、60、65 ℃）对藜麦奶TSS 含量及感官评分的影响。

1.3.2.5 酶解时间对藜麦奶溶液中TSS 含量的影响

在添加酶种类为α-淀粉酶复配纤维素酶，酶添加量为α-淀粉酶∶纤维素酶=0.15%∶0.45%，酶解温度为55 ℃，液料比为1∶12（g/mL）的条件下，探究酶解时间（60、90、120、150、180 min）对藜麦奶TSS 含量及感官评分的影响。

1.3.3 响应面优化设计试验

在单因素试验的基础上，根据Box-Behnken 试验设计原理，选取酶添加量、酶解温度、酶解时间为影响因素设计响应面试验，优化燕麦奶制作的工艺参数，因素水平编码见表1。

表1 响应面因素水平Table 1 Factors and levels of response surface

1.3.4 感官评价

邀请10 位食品专业的人士，对藜麦奶的色泽、滋味、气味和状态进行感官评价，并进行打分。感官评定依据T/SSFS0003—2021《团体标准植物蛋白饮料燕麦奶》[22]。感官评分标准如表2 所示。

表2 藜麦奶感官指标Table 2 Sensory evaluation of quinoa milk

1.3.5 藜麦奶理化指标的测定

参照GB 5009.124—2016《食品安全国家标准食品中氨基酸的测定》对藜麦奶中的氨基酸含量进行测定；参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》对藜麦奶中的蛋白质含量进行测定；参照GB 5009.88—2014《食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》对藜麦奶中的总膳食纤维含量进行测定；采用试剂盒测定总糖含量；采用折光仪法测定总固形物含量。

1.4 数据分析

采用IBM SPSS Statistics 23 进行数据分析，采用Graphpad Prism 9、design-expert 8 作图。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 酶的种类对藜麦奶TSS 含量的影响

酶的种类对藜麦奶TSS 含量的影响如图1 所示。

图1 酶的种类对藜麦奶TSS 含量的影响Fig.1 Effect of enzyme types on the content of TSS in quinoa milk

由图1 可知，不添加酶所制备的藜麦奶中TSS 含量[（4.80±0.08）%]显著小于添加酶所制备的藜麦奶的TSS 含量（P＜0.05）。添加纤维素酶、α-淀粉酶复配糖化酶、α-淀粉酶复配纤维素酶及纤维素酶复配糖化酶的试验组中TSS 含量均在6.0 及以上，满足植物及蛋白饮料的TSS 含量标准。由此可知，在藜麦奶的制备过程中，通过合理的添加酶能够有效提高藜麦中的TSS含量。其原因可能为纤维素酶和淀粉酶能够将藜麦中的纤维素和淀粉进行水解，由此提高藜麦奶中的TSS含量。同时，使用纤维素酶和淀粉酶能够有助于藜麦奶的稳定性和口感。在几种酶作用下藜麦奶中TSS 含量差别不大的情况下，综合考虑经济成本和酶的最适pH 值（纤维素酶的最适pH 值为4.5～6.5，α-淀粉酶的最适pH 值为4.5～7.0，糖化酶的最适pH 值为4.0～4.5，而试验测得藜麦奶溶液的pH 值为6.1），故而选择α-淀粉酶和纤维素酶复配进行后续试验。

2.1.2 α-淀粉酶与纤维素酶复配比例对藜麦奶TSS含量的影响

α-淀粉酶纤维素酶复配比例对藜麦奶TSS 含量的影响如图2 所示。

图2 α-淀粉酶与纤维素酶复配比例对藜麦奶TSS 含量的影响Fig.2 Effects of different ratios of α-amylase and cellulase on the content of TSS in quinoa milk

由图2可知，当α-淀粉酶和纤维素酶质量比为1:3 时，藜麦奶中的TSS 含量达到最大值，为（6.53±0.05）%。这可能是由于纤维素酶的比例增加，能更高效地作用于纤维素以及从纤维素衍生出来的产物，将不溶性纤维素转化成葡萄糖，从而提高TSS 含量。因此选择α-淀粉酶与纤维素酶的质量比为1:3 进行后续试验。

2.1.3 酶添加量对藜麦奶TSS 含量及感官评分的影响

酶添加量对藜麦奶TSS 含量及感官评分的影响如图3 所示。

图3 酶添加量对藜麦奶TSS 含量及感官评分的影响Fig.3 Effects of the enzyme addition on TSS content and sensory evaluation of quinoa milk

由图3 可知，当酶添加量为0.2%～0.6%时，藜麦奶中TSS 含量逐渐增加。当酶的添加量为0.6%时，藜麦奶中TSS 含量为6.55%，此时的感官评分为82。由此可知，当底物浓度一定时，通过增加酶的添加量能够有效提高藜麦奶中TSS 含量。酶添加量大于0.6%时，藜麦奶中TSS 含量没有显著差异（P＞0.05）。为了节约成本，确定酶添加量为0.6%（α-淀粉酶:纤维素酶=0.15%:0.45%）。

2.1.4 酶解温度对藜麦奶TSS 含量及感官评分的影响

酶解温度对藜麦奶TSS 含量及感官评分的影响如图4 所示。

图4 酶解温度对藜麦奶TSS 含量的影响Fig.4 Effects of enzymatic hydrolysis temperature on TSS contentand sensory evaluation of quinoa milk

由图4 可知，当酶解温度为45～60 ℃时，藜麦奶的TSS 含量和感官评分随着酶解温度的增加而增加。当酶解温度为60 ℃时，藜麦奶的TSS 含量达到最大值。由此可知，适宜的温度能够加快α-淀粉酶和纤维素酶与底物浓度反应速率，使得藜麦奶的TSS 含量不断增加。当酶解温度为65 ℃时，藜麦奶的TSS 含量和感官评分均小于酶解温度为60 ℃。故选择最适温度为60 ℃，此时的感官评分为82。

2.1.5 酶解时间对藜麦奶溶液中TSS 含量的影响及感官评分的影响

酶解时间对藜麦奶TSS 含量及感官评分的影响如图5 所示。

图5 酶解时间对藜麦奶TSS 含量的影响Fig.5 Effect of enzymatic hydrolysis time on TSS content and sensory evaluation of quinoa milk solution

由图5 可知，当酶解时间为90 min 时，藜麦奶的TSS 含量及其感官评分值达到最大值。当酶解时间大于90 min 时，藜麦奶的TSS 含量和感官评分值均随酶解时间的延长逐渐降低。由此可知，过长的酶解时间无法提高藜麦奶的TSS 含量，并且无法得到较高的感官评分值。因此，选择最佳酶解时间为90 min，此时的感官评分为88。

2.2 响应面试验

2.2.1 响应面优化结果分析

结合单因素试验，以TSS 含量（Y1）和感官评分（Y2）作为试验设计的响应值，加酶量（A）、酶解温度（B）、酶解时间（C）为自变量，设计响应曲面试验，试验结果如表3 所示。

表3 响应面设计及结果Table 3 Response surface design and results

使用Design-Expert 8.0 对试验结果进行回归分析，得到藜麦奶的回归方程为Y1=6.26+0.16A-0.21B+0.031C+0.012AB-0.087AC+0.075BC-0.093A2-0.23B2+0.095C2，Y2=81.4A-6B+0.5C-2AB-3.5AC+1.5AB-0.2A2-9.2B2+0.3C2。

2.2.2 方差及显著性分析

方差及显著性分析如表4 所示。

表4 TSS 含量方差及显著性分析Table 4 Variance and significance analysis of TSS content

由表4 可知，以TSS 含量为响应值，模型的P＜0.000 1，说明建立的回归方程极显著，失拟项的P=0.514＞0.05，差异不显著，因此模型对试验的拟合程度较好。模型的决定系数R2=0.978 3，RAdj2=0.950 4，说明回归方程可较好地解释各因素和响应值之间的真实关系。由方差分析结果可知，酶添加量（A）和酶解温度（B）对藜麦奶的TSS 含量具有极显著影响。酶解时间（C）对藜麦奶的TSS 含量影响不显著。AC 和BC 的方差分析结果可知其P 值均小于0.05，说明AC 和BC 之间的交互作用对藜麦奶的TSS 含量具有显著影响。通过方差与平均值分析得出对TSS 含量的影响次序为：酶解温度＞酶添加量＞酶解时间。

由表5 可知，以感官评分为响应值，该模型的P=0.010 9，说明建立的回归方程显著。失拟项的P=0.501 1＞0.05，差异不显著。由此可知，该模型对试验的拟合程度较好。模型的决定系数R2=0.893 4，RAdj2=0.756 3，酶解温度对藜麦奶感官评分的影响极显著。A、C、AC、BC和AB 的方差分析结果可知，P 值均大于0.05，影响不显著。通过方差与平均值分析得出对TSS 含量的影响次序为：酶解温度＞酶添加量＞酶解时间。

表5 感官评分结果方差及显著性分析Table 5 Variance and significance analysis of sensory evaluation results

2.2.3 响应面交互作用分析

响应面曲面可以反映两个因素交互作用对响应值的影响程度，响应面曲面坡度越平缓，则表示两因素交互作用对该响应值的影响越不显著，响应面曲面坡度越陡峭，则表示两因素交互作用对该响应值的影响越显著。根据回归方程拟合绘制响应面图，两因素交互作用对藜麦奶中TSS 含量和感官评分的响应面图见图6 和图7。

图6 两因素间的交互作用对TSS 含量的影响Fig.6 Effect of the interaction between two factors on TSS content

图7 两因素间的交互作用对感官评分的影响Fig.7 Effect of the interaction between two factors on sensory evaluation

由图6 和图7 可知，藜麦奶的TSS 含量与感官评分的响应面结果与方差分析结果一致，能够达到预期的试验结果。

2.2.4 验证试验

采用响应面优化分析得到的最优工艺条件为酶添加量0.8%、酶解温度57.42 ℃、酶解时间90 min，此时藜麦奶TSS 含量为6.559%。考虑到实际操作的方便性，将最佳工艺条件确定为酶添加量0.8%、酶解温度58 ℃、酶解时间90 min，试验测得藜麦奶TSS 含量为6.5%，接近理论值6.559%，藜麦奶感官评分为87.95，接近理论值88，由此可知，该模型能够用于藜麦奶的工艺优化。

2.6 理化指标

藜麦奶的理化指标如表6 所示。

表6 藜麦奶理化指标Table 6 Physicochemical indexes of quinoa milk g/100 mL

由表6 可知，由此工艺制作的藜麦奶蛋白质含量为1.536 g/100 mL，同时藜麦奶有较为均衡的必须氨基酸含量。并且藜麦奶的总膳食纤维含量较高，有利于肠道菌群的发酵吸收，从而增加肠道菌群的丰富度。

3 结论

采用过热蒸汽技术结合酶解法对藜麦奶饮料的加工工艺进行优化，得到了最佳的工艺条件为α-淀粉酶0.2%，纤维素酶0.6%、酶解温度58 ℃、酶解时间90 min和料液比1∶12（g/mL），此时藜麦奶TSS 含量为6.5%。该藜麦奶蛋白质含量为1.536 g/100 mL、总固形物含量为6.560 g/100 mL、总膳食纤维含量为3.630 g/100 mL，总糖含量为0.064 g/100 mL。本研究所制备的藜麦奶不含牛乳，口感润滑细腻，营养均衡全面，并且不含苦味，具有独特的藜麦香味，市场应用前景广阔。