復(fù)合酶改性玉米粉的制備及其粘彈性和延展性分析

復(fù)合酶改性玉米粉的制備及其粘彈性和延展性分析

玉米是世界上最富有的糧食之一，在中國有相當(dāng)大的種植面積。玉米作為傳統(tǒng)食物,具有高膳食纖維、高蛋白和多微量元素等特點(diǎn)。由于受傳統(tǒng)加工方法的限制,使得玉米傳統(tǒng)食品口感粗糙,適口性差,產(chǎn)生胃酸過多,不易消化,很難被大多數(shù)人所接受。為了使玉米產(chǎn)品能夠被大家所接受,需要對(duì)玉米粉的品質(zhì)進(jìn)行改良。到目前為止,用于改良玉米粉的方法有物理改良法、化學(xué)改良法和生物改良法。目前,秉承節(jié)能降耗和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的宗旨,國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)是應(yīng)用生物技術(shù)對(duì)玉米粉進(jìn)行改良。近年來,國內(nèi)外學(xué)者運(yùn)用生物技術(shù)對(duì)玉米粉改性做了大量研究,主要是通過微生物發(fā)酵、蛋白酶修飾和淀粉酶修飾來提高玉米粉的粘彈性和延展性。微生物發(fā)酵有較多的不確定因素,比較難做到定量定性分析;而單酶修飾又具有改性的局限性。因此,本試驗(yàn)采用多酶復(fù)合對(duì)玉米粉進(jìn)行修飾。這樣可以對(duì)玉米粉改性做到定量定性,并且改性的程度較大。這對(duì)玉米粉改性工業(yè)化生產(chǎn)具有一定的參考價(jià)值。1材料和方法1.1蛋白酶的種類玉米粉(市售),含水量為14%(濕基);谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、中性蛋白酶、普魯蘭酶、葡萄糖氧化酶、異淀粉酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶、木瓜蛋白酶、酸性蛋白酶、堿性蛋白酶、水解蛋白酶,均為食品級(jí)。1.2實(shí)驗(yàn)儀器和儀器中草藥粉碎機(jī)(FW177),天津市泰斯特儀器有限公司;質(zhì)構(gòu)儀(TA.XTplus型),英國StableMicroSystem公司;電熱鼓風(fēng)干燥箱(101A-3ET),上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司;DT系列電子天平,常熱市意歐儀器有限公司;電熱恒溫水浴鍋,北京市光明醫(yī)療儀器廠;JJ-1精密增力電攪拌器,金壇市江南儀器廠。1.3測(cè)試方法1.3.1攪拌和滅酶劑的制備將普通玉米粉過80目篩。過篩后的玉米粉與水以1∶2混合均勻,調(diào)到一定pH值,放入一定溫度的水浴鍋里,用攪拌器進(jìn)行攪拌。等攪拌平穩(wěn)后,加入酶,一定時(shí)間后,對(duì)樣品加熱滅酶。然后進(jìn)行烘干、粉碎,得到改性玉米粉。1.3.2酶改造玉米粉末的單因素試驗(yàn)(1)水浴溫度稱取6份樣品,每份400g,加水量為800mL,pH為7.0,水浴溫度50℃。酶的添加量分別為0、50、100、150、200、250μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其對(duì)玉米粉質(zhì)構(gòu)特性的影響。(2)水浴溫度稱取6份樣品,每份400g,加水量為800mL,pH為6.5,水浴溫度45℃。酶的添加量分別為0、10、20、30、40、50μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其對(duì)玉米粉質(zhì)構(gòu)特性的影響。(3)水浴溫度稱取6份樣品,每份400g,加水量為800mL,pH為6.5,水浴溫度60℃。酶的添加量分別為0、200、400、600、800、1000μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其對(duì)玉米粉質(zhì)構(gòu)特性的影響。(4)水浴溫度稱取6份樣品,每份400g,加水量為800mL,pH為3.0,水浴溫度40℃。酶的添加量分別為0、200、400、600、800、1000μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其對(duì)玉米粉質(zhì)構(gòu)特性的影響。(5)水浴溫度稱取6份樣品,每份400g,加水量為800mL,pH為10.0,水浴溫度40℃。酶的添加量分別為0、200、400、600、800、1000μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其對(duì)玉米粉質(zhì)構(gòu)特性的影響。(6)水浴溫度2.5稱取6份樣品,每份400g,加水量為800mL,pH為6.0,水浴溫度50℃。酶的添加量分別為0、200、400、600、800、1000μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其對(duì)玉米粉質(zhì)構(gòu)特性的影響。(7)水浴溫度稱取6份樣品,每份400g,加水量為800mL,pH為5.5,水浴溫度55℃。酶的添加量分別為0、20、40、60、80、100μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其對(duì)玉米粉質(zhì)構(gòu)特性的影響。(8)水浴溫度稱取6份樣品,每份400g,加水量為800mL,pH為6.8,水浴溫度50℃。酶的添加量分別為0、20、40、60、80、100μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其對(duì)玉米粉質(zhì)構(gòu)特性的影響。(9)水浴溫度稱取6份樣品,每份400g,加水量為800mL,pH為5.0,水浴溫度50℃。酶的添加量分別為0、20、40、60、80、100μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其對(duì)玉米粉質(zhì)構(gòu)特性的影響。(10)水浴溫度稱取6份樣品,每份400g,加水量為800mL,pH為6.5,水浴溫度60℃。酶的添加量分別為0、20、40、60、80、100μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其對(duì)玉米粉質(zhì)構(gòu)特性的影響。(11)水浴溫度稱取6份樣品,每份400g,加水量為800mL,pH為5.5,水浴溫度50℃。酶的添加量分別為0、20、40、60、80、100μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其對(duì)玉米粉質(zhì)構(gòu)特性的影響。1.3.3玉米粉內(nèi)修飾劑為復(fù)合酶通過查閱各種資料得出各種酶的適用pH、最適pH、適用溫度和最適溫度如表1。通過單因素試驗(yàn)結(jié)果確定各種酶的改性效果。以面團(tuán)的粘度和延展距離為主要指標(biāo),以面團(tuán)的恢復(fù)性和硬度為參考指標(biāo),并根據(jù)玉米粉的組成和各種酶的作用條件,選擇中性蛋白酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、普魯蘭酶、葡萄糖氧化酶復(fù)合對(duì)玉米粉進(jìn)行修飾。在足夠長的反應(yīng)時(shí)間和一定的pH條件下,以各種酶的添加量為因素設(shè)計(jì)L9(34)試驗(yàn)。因素水平如表2。1.3.4質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定將改性玉米粉烘干、粉碎,過120目篩。改性玉米粉與一定量的水混合均勻(成團(tuán)),用StableTA.XTplus質(zhì)構(gòu)分析儀對(duì)面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行測(cè)定。2結(jié)果與分析2.1蛋白酶添加量對(duì)玉米面團(tuán)粘度的影響從圖1可以看出,葡萄糖氧化酶、中性蛋白酶、普魯蘭酶、堿性蛋白酶和異淀粉酶對(duì)面團(tuán)粘度影響較大,其它酶影響相對(duì)較小。玉米粉主要由玉米淀粉和玉米蛋白組成,從酶的添加量來看,蛋白酶的添加量比淀粉酶的添加量要大,這與玉米粉中玉米蛋白的含量要比玉米淀粉少。從修飾效果來看,單用蛋白酶要達(dá)到明顯的改性效果,蛋白酶的添加量就要加大。葡萄糖氧化酶、中性蛋白酶和異淀粉酶對(duì)面團(tuán)粘度的影響隨酶添加量的增加先增大后減小,分別在80、200、80u/g(玉米粉)時(shí)粘度達(dá)到最大值。普魯蘭酶和堿性蛋白酶對(duì)面團(tuán)粘度的影響開始隨酶添加量的增加而迅速增大,最后趨于平緩。2.2普魯蘭酶添加量對(duì)面團(tuán)延遲距離的影響從圖2可以看出,葡萄糖氧化酶、普魯蘭酶、木瓜蛋白酶、異淀粉酶和中性蛋白酶對(duì)面團(tuán)延展距離影響較大,其它酶影響相對(duì)較小。面團(tuán)的延展距離隨普魯蘭酶添加量的增加開始迅速增大,后減小。這是因?yàn)槠蒸斕m酶能水解α-1.6糖苷鍵,迅速降低支鏈淀粉的分子量,但酶的添加量過多時(shí),分子鏈太小,延展距離下降。葡萄糖氧化酶能夠氧化淀粉分子,使其在分子間和分子內(nèi)形成化學(xué)鍵,大大的增加了面團(tuán)的延展性,但酶量增加到一定程度時(shí),延展距離趨于平緩。2.3其它酶影響玉米面團(tuán)的恢復(fù)性以及谷氨酰胺氧化酶的影響從圖3可以看出,葡萄糖氧化酶、普魯蘭酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、異淀粉酶和中性蛋白酶對(duì)面團(tuán)恢復(fù)性影響較大,其它酶影響相對(duì)較小。面團(tuán)的恢復(fù)性是面團(tuán)的彈性和咀嚼性的綜合表現(xiàn)。中性蛋白酶能夠使玉米粉中的醇溶蛋白和堿性蛋白水解成多肽,增加了玉米蛋白的水溶性。谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶能夠?qū)⒍嚯幕虻鞍踪|(zhì)發(fā)生鉸鏈形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),增加了面團(tuán)的保水性和彈性。淀粉酶對(duì)面團(tuán)恢復(fù)性的影響比較相似,當(dāng)酶添加量達(dá)到一定量時(shí)趨于平緩。2.4葡萄糖氧化酶添加量對(duì)面團(tuán)硬度的影響從圖4可以看出,葡萄糖氧化酶、木瓜蛋白酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、普魯蘭酶、堿性蛋白酶和中性蛋白酶對(duì)面團(tuán)硬度影響較大,其它酶影響相對(duì)較小。面團(tuán)硬度隨葡萄糖氧化酶添加量的增加迅速增大,然后趨于平緩。這是因?yàn)殚_始酶的濃度低,淀粉的濃度大,隨著酶的加入淀粉分子之間迅速形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),當(dāng)酶的量達(dá)到一定時(shí),酶的添加量的增大對(duì)面團(tuán)的硬度影響不大。中性蛋白酶添加量在200u/g(玉米粉)時(shí)面團(tuán)硬度達(dá)到最大。木瓜蛋白酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、堿性蛋白酶對(duì)面團(tuán)硬度的影響都是隨酶添加量的增加先增大后趨于平緩。2.5對(duì)面團(tuán)延遲距離的影響復(fù)合酶對(duì)玉米粉修飾的正交試驗(yàn)及結(jié)果如表3所示。從正交試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析可以得出,對(duì)面團(tuán)的粘度的影響為A>C>B>D,對(duì)面團(tuán)的延展距離的影響為A>D>B>C。玉米粉的改性主要是增加玉米粉面團(tuán)的粘度和延展性,以面團(tuán)的粘度和延展性為指標(biāo),可得在A2B3C1D2條件下,玉米粉面團(tuán)的粘度和延展性最大,分別為216.85Pa.s和28.26mm。與普通玉米粉相比,復(fù)合酶改性后的玉米粉的粘度和延展距離都有很大的提高。2.6復(fù)合酶提高了玉米的恢復(fù)性從圖5可以看出,復(fù)合酶對(duì)玉米粉進(jìn)行改性后,面團(tuán)粘度、延展距離、硬度和恢復(fù)性都有很大提高,并且面團(tuán)粘附性下降。由數(shù)據(jù)可得,粘度提高了365%,延展距離提高了177%,硬度提高了1572%,恢復(fù)性提高了296%,粘附性降低了61%。復(fù)合酶中包含淀粉酶和蛋白酶,淀粉酶和蛋白酶相互互補(bǔ),最大化的改性玉米粉。中性蛋白酶水解玉米粉中的醇溶蛋白和堿性蛋白,增加了玉米蛋白的水溶性,從而增加了面團(tuán)的保水性和恢復(fù)性。谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶能夠隨機(jī)的將多肽或蛋白質(zhì)分子之間相互連接成網(wǎng)狀,從而增加了面團(tuán)的延展性。普魯蘭酶能夠水解α-1,6糖苷鍵,使淀粉分子量迅速降低,小分子的支鏈淀粉更容易糊化,增加面團(tuán)的粘度和硬度。葡萄糖氧化酶能夠使淀粉分子之間或分子內(nèi)發(fā)生鉸鏈,形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),增加面團(tuán)的延展性和硬度。3復(fù)合酶對(duì)玉米粉改性的影響通過單種酶對(duì)玉米粉改性試驗(yàn)結(jié)果分析得出,中性蛋白酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、普魯蘭酶和葡萄糖氧化酶對(duì)玉米粉的粘度和延展性具有較明顯的改善作用。為了進(jìn)一步改善玉米粉的特性,將這幾種酶進(jìn)一步復(fù)合對(duì)玉米粉改性。試驗(yàn)條件優(yōu)化結(jié)果顯示,當(dāng)中性蛋白酶的添加量為200u/