豇豆饮料液化工艺条件的优化

高愿军石瑞华詹现璞唐艳红路 源

（1.郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南 郑州 450002；2.漯河食品职业学院，河南 漯河 462000；3.河南科技学院新科学院，河南 新乡 453000）

豇豆饮料液化工艺条件的优化

高愿军1石瑞华1詹现璞2唐艳红2路 源3

（1.郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南 郑州 450002；2.漯河食品职业学院，河南 漯河 462000；3.河南科技学院新科学院，河南 新乡 453000）

通过单因素和均匀试验，对豇豆饮料加工中α－淀粉酶酶解部分的最佳工艺条件进行研究。结果表明，最佳液化条件：α－淀粉酶添加量0.08%，pH 6.0，酶解温度64℃，酶解时间44min。采用以上工艺条件处理可为下一步的糖化过程提供有利条件。

豇豆；饮料；α－淀粉酶；液化

豇豆，又名黑眼豆、饭豆、蔓豆等，是中国六大食用豆类作物之一。豇豆含蛋白质20%～25%、脂肪1%～2%、碳水化合物55%～60%和多种氨基酸［1］，豇豆籽粒蛋白质的氨基酸组成比较齐全，富含人和动物不可缺少的8种必需氨基酸，特别是赖氨酸（2%左右）、色氨酸（0.2%左右）和谷氨酸（5%左右）含量高［2］。它还含有丰富的B族维生素，膳食纤维，以及胡萝卜素，钙、磷、铁等诸多有益成分。尤其是蛋白质、维生素B含量最为丰富，而且有毒物质、抗代谢物（胰蛋白酶抑制剂、血球凝集素和肠胃胀气因素）含量少［2］。此外，豇豆在食疗保健中有着重要的功能，明代李时珍称：“此豆可菜、可果、可谷，乃豆中上品”［3］。祖国医学认为其味甘咸平，有化湿补脾作用，对动脉硬化、高血压、糖尿病、水肿、消化不良、暑热及便秘等病症有较好的辅助治疗效果。

目前，国内外对豇豆蛋白的研究相对较多，而对豇豆深加工研究较少，有关豇豆酶解的研究还未见报道。本研究以豇豆为原料，研制出一种新型的豇豆饮料，并研究了豇豆饮料加工中酶解的工艺条件。利用液化酶酶解豇豆浆液，可以提高豇豆饮料的稳定性，同时也提高了原料利用率。本研究旨在为豇豆饮料加工提供理论依据和技术参数，提高豇豆的综合利用价值。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

豇豆：花豇豆，市售；

α－淀粉酶（液化酶）：3 000U/g，北京恒奥拓达生物制品有限公司；

其他试剂与药品：均为分析纯。

1.2 主要仪器与设备

料理机：JYL－A070型，九阳股份有限公司；

胶体磨：JM－L80型，温州市长宏轻工机械有限公司；

电热恒温水浴锅：DZKW－4型，北京市光明医疗器械厂；

阿贝折光仪：2W型，上海光学仪器五厂；

紫外可见分光光度计：1810系列，北京普析通用仪器有限责任公司；

黏度计：DV－Ⅱ＋Pro型，美国Brookfield公司；

实验室酸度计：PHS－2C型，上海鸿盖仪器有限公司；

增力电动搅拌器：JJ－1型，江苏省金坛市医疗仪器厂；

精密电子天平：AL204/01型，梅特勒－托利多仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

原料预处理→浸泡→预煮糊化→打浆→胶磨→α－淀粉酶酶解→葡萄糖淀粉酶酶解→灭酶→调pH→过滤→豇豆饮料酶解液

1.3.2 操作要点

（1）原料预处理：将花豇豆进行筛分，去除杂质、霉变、虫蛀的豇豆籽粒，用流动水清洗干净。

（2）浸泡［4］：将豇豆在20℃下以1∶4（m∶V）的料液比浸泡8h，使干豇豆籽粒吸水膨胀，组织充分软化，便于预煮、打浆。

（3）预煮糊化：将豇豆籽粒加水煮沸12min，使豇豆籽粒充分糊化，便于打浆细化，也为酶解提供有利条件。

（4）打浆、胶磨：将经预煮糊化的豇豆以1∶10（m∶V）的料水比打浆3min，然后在胶体磨中细磨8min。

（5）α－淀粉酶酶解［5］：向胶磨后的豇豆原浆中加入一定量的α－淀粉酶，在pH及温度适宜的条件下酶解一定时间。

1.3.3 液化酶酶解单因素试验 分别以料液比、加酶量、酶解时间、酶解温度和pH为可变因素，研究各因素对酶解反应的影响规律。

1.3.4 液化酶最佳酶解条件的确定 根据均匀试验设计表U6（64）进行试验，重点研究加酶量，酶解温度，酶解时间和pH对反应的影响，并以此确定最佳的淀粉酶酶解条件。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 可溶性固形物含量 折光法。

1.4.2 原料利用率 按式（1）计算：

1.4.3 DE值 按式（2）计算［6］：

1.4.4 还原糖含量的测定 3，5－二硝基水杨酸比色法。

1.4.5 总固形物含量的测定 105℃恒重法。

1.4.6 黏度的测定 黏度计法。

2 结果与分析

2.1 料液比对豇豆原浆可溶性固形物含量及原料利用率的影响

料液比对成品饮料的品质有重要影响。选取不同料液比1∶6，1∶8，1∶10，1∶12，1∶14（m∶V），观测料液比对豇豆原浆可溶性固形物含量及原料利用率的影响，结果见图1。

由图1可知，随料液比的增加，原料利用率逐渐提高，在料液比1∶10（m∶V）以后几乎不再提高；豇豆原浆中可溶性固形物含量随料液比的增加逐渐降低。当料液比为1∶6（m∶V）时，豇豆原浆较为浓稠，口感不佳，且原料利用率较低；当料液比为1∶14（m∶V）时可溶性固形物含量较低，且原浆中豇豆香气较淡。当料液比为1∶10（m∶V）时豇豆原浆香气浓郁，口感较佳，且原料利用率较高。因此，在本试验中选择料液比为1∶10（m∶V）。

图1 料液比对豇豆原浆可溶性固形物含量及原料利用率的影响Figure 1 Effect of solid－liquid ratio on soluble solids content and utilization of raw materials

2.2 α－淀粉酶添加量对酶解反应的影响

固定料液比1∶10（m∶V），酶解温度为60℃，pH 6.5，反应时间为1h，以豇豆浆液DE值和水解率为指标，α－淀粉酶添加量对酶解反应的影响见图2。

图2 α－淀粉酶添加量对豇豆浆液DE值及水解率的影响Figure 2 Effect ofα－amylase dosage on DE values and hydrolysis rates of the cowpea serous

由图2可知，随着α－淀粉酶添加量的增加，酶解液DE值不断增大，但当加酶量增至0.1%时上升趋势变得平缓，这可能是因为当加酶量达到一定量以后，随着酶量的增加，单位酶作用底物减少，所以DE值增量也减少。且加酶量为0.1%时DE值在20～25，有利于下一步糖化时糖化酶与底物形成络合物［7］。因此选择加酶量0.1%进行后续试验。

2.3 酶解温度对α－淀粉酶酶解反应的影响

向pH 6.5的豇豆原浆中加入0.1%的α－淀粉酶，固定酶解时间为1h，分别研究不同酶解温度50，55，60，65，70℃对α－淀粉酶酶解规律的影响，结果见图3。

图3 液化过程酶解温度对豇豆浆液DE值及水解率的影响Figure 3 Effect of enzymolysis temperatures on DE values and hydrolysis rates of the cowpea serous in the liquefaction process

由图3可知，随温度的升高，豇豆酶解液DE值及水解率先增大后减小。当酶解温度增至60℃时，酶解液的DE值最大，水解率最大。65℃以后DE值明显下降，酶活性可能有所减弱，所以最佳酶解温度在60℃左右。

2.4 酶解时间对α－淀粉酶酶解反应的影响

固定α－淀粉酶添加量为0.1%，温度为60 ℃，pH 6.5，考察不同酶解时间对酶解后豇豆浆液DE值和水解率的影响，结果见图4。

图4 液化过程酶解时间对豇豆浆液DE值及水解率的影响Figure 4 Effect of enzymolysis time on DE values and hydrolysis rates of the cowpea serous in the liquefaction process

由图4可知，豇豆浆液DE值及水解率随酶解时间的增加不断加大，开始上升趋势较明显，酶解40min以后增加缓慢；故选取40min为下面单因素试验的酶解时间。

2.5 pH对α－淀粉酶酶解反应的影响

固定料液比为1∶10（m∶V），酶添加量为0.1%，酶解温度为60℃，反应时间为40min，分别研究pH为5.5，6.0，6.5，7.0，7.5时对酶解反应的影响，结果见图5。

由图5可知，随pH的增加，豇豆酶解液的DE值先增加后降低，pH为6.5的酶解效果较佳。

图5 液化过程pH对豇豆浆液DE值及水解率的影响Figure 5 Effect of pH on DE values and hydrolysis rates of the cowpea serous in the liquefaction process

2.6 均匀试验法优化液化酶酶解工艺

2.6.1 均匀试验表的选择及结果分析 根据均匀设计原理，综合单因素试验结果，选取加酶量，酶解温度，酶解时间及pH为试验因素，采用U6（64）安排均匀试验。考虑水平重复对于结果可靠性有较大提高，再根据U6（64）的使用表选择1，2，3，4列。采纳方法 U6（64）表的｛1，2｝水平简化为实际的1水平，同理U6（64）表的｛3，4｝水平简化为实际的2水平，U6（64）表的｛5，6｝水平简化为实际的3水平。因素水平表见表1。以豇豆液化酶解液的DE值为考察指标，结果见表2。

将试验结果经DPS软件数据处理系统二次多项式逐步回归分析，并对该模型进行显著性检验，结果见表3。

表1 液化工艺优化试验因素水平表Table 1 The level of the table of experimental factors of the liquefaction process to optimize

表2 均匀设计法优化α－淀粉酶酶解工艺结果Table 2 The optimization results ofα－amylase enzymolysis process obtained by uniform design method

经二次多项式逐步回归，根据相关系数，得回归方程：

Y＝35.151 5－1 290.675 5X1X3＋7 896.093 2X1X4＋0.025 06X2X3－0.183 9X2X4

表3 用二次多项式逐步回归法处理的数据结果Table 3 The data results obtained by quadratic polynomial stepwise regression

相关系数R＝0.999 9，F值 ＝873.164 5，显著水平P＝0.025 4，剩余标准差S＝0.056 4，说明该方程能很好地拟合α－淀粉酶酶解豇豆原浆的过程。

从表3各变量显著性检验P值的大小，可以知道各因素对豇豆酶解液DE值影响的大小为X2X4＞X2X3＞X1X3＝XIX4，从回归的结果可知，因素之间存在多个且显著的交互作用。

从回归方程可以求得最佳参数为α－淀粉酶添加量0.08%，酶解温度64℃，酶解时间44min，pH 6.0。

2.6.2 验证实验 将上述所得优化条件平行进行3次验证实验，在此优化条件下的豇豆液化酶解液DE值为24.96，比均匀试验中6组试验结果都高，且小于25，满足试验要求，可为下一步糖化提供有利条件。

3 结论

通过本试验可以得出：豇豆原液打浆料液比为1∶10（m∶V）；α－淀粉酶液化豇豆原浆最佳酶解条件为酶添加量0.08%，酶解温度64℃，酶解时间44min，pH 6.0。此时豇豆酶解液中还原糖（以葡萄糖计）占糖浆干物质的百分比（即DE值）为24.96，且液化程度合适，有利于下一步糖化反应的进行。

1 周显青.食用豆类加工与利用［M］.北京：化学工业出版社，2003：30～32.

2 林汝法.中国小杂粮［M］.北京：中国农业科学技术出版社，2005：56～58.

3 邬时民.豆中上品－豇豆［J］.健康社区，2011（8）：15～17.

4 韦玉芳.活性大豆饮料生产工艺的研究［J］.食品与机械，2009，25（5）：163～165.

5 Kaura S，Singha N，Sodhi n S，et al.Diversity in properties of seed and flour of kidney bean germplasm［J］.Food Chemistry，2009，117（2）：280～286.

6 马晓佩.黑米饮料及其抗氧化活性的研究［D］.无锡：江南大学，2008.

7 马坤，张晖，王立，等.苦荞麦饮料的酶解工艺研究［J］.食品工业科技，2009（10）：265～269.

Optimization of the liquefaction process conditions of cowpea beverage with uniform design method

GAO Yuan－jun1SHI Rui－hua1ZHAN Xian－pu2TANG Yan－hong2LU Yuan3

（1.College of Food and Biological Engineering，Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou，Henan450002，China；2.Luohe Food Vocational College，Luohe，Henan462000，China；3.Xinke College，Henan Institute of Science and Technology，Xinxiang，Henan453000，China）

By using univariate and uniform design experiment，the optimum conditions for theα－amylase enzymatic hydrolysis of the cowpea beverage were studied.The results showed that，the optimum liquefaction conditions were obtained as follows：under the condition of pH 6.0，64 ℃，α－amylase added 0.08%，enzymatic hydrolysis 44min.It could provide favorable conditions for the next saccharification process using above process conditions.

cowpea；beverage；α－amylase；liquefaction

10.3969 /j.issn.1003－5788.2012.04.060

漯河市创新型团队项目（编号：2012）

高愿军（1957－），男，郑州轻工业学院教授，博士。E－mail：gyj57＠163.com

2012－05－15