复合酶改性玉米粉的制备及其粘弹性和延展性分析

复合酶改性玉米粉的制备及其粘弹性和延展性分析

玉米是世界上最富有的粮食之一，在中国有相当大的种植面积。玉米作为传统食物,具有高膳食纤维、高蛋白和多微量元素等特点。由于受传统加工方法的限制,使得玉米传统食品口感粗糙,适口性差,产生胃酸过多,不易消化,很难被大多数人所接受。为了使玉米产品能够被大家所接受,需要对玉米粉的品质进行改良。到目前为止,用于改良玉米粉的方法有物理改良法、化学改良法和生物改良法。目前,秉承节能降耗和可持续发展战略的宗旨,国内外研究的热点是应用生物技术对玉米粉进行改良。近年来,国内外学者运用生物技术对玉米粉改性做了大量研究,主要是通过微生物发酵、蛋白酶修饰和淀粉酶修饰来提高玉米粉的粘弹性和延展性。微生物发酵有较多的不确定因素,比较难做到定量定性分析;而单酶修饰又具有改性的局限性。因此,本试验采用多酶复合对玉米粉进行修饰。这样可以对玉米粉改性做到定量定性,并且改性的程度较大。这对玉米粉改性工业化生产具有一定的参考价值。1材料和方法1.1蛋白酶的种类玉米粉(市售),含水量为14%(湿基);谷氨酰胺转氨酶、中性蛋白酶、普鲁兰酶、葡萄糖氧化酶、异淀粉酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶、木瓜蛋白酶、酸性蛋白酶、碱性蛋白酶、水解蛋白酶,均为食品级。1.2实验仪器和仪器中草药粉碎机(FW177),天津市泰斯特仪器有限公司;质构仪(TA.XTplus型),英国StableMicroSystem公司;电热鼓风干燥箱(101A-3ET),上海实验仪器厂有限公司;DT系列电子天平,常热市意欧仪器有限公司;电热恒温水浴锅,北京市光明医疗仪器厂;JJ-1精密增力电搅拌器,金坛市江南仪器厂。1.3测试方法1.3.1搅拌和灭酶剂的制备将普通玉米粉过80目筛。过筛后的玉米粉与水以1∶2混合均匀,调到一定pH值,放入一定温度的水浴锅里,用搅拌器进行搅拌。等搅拌平稳后,加入酶,一定时间后,对样品加热灭酶。然后进行烘干、粉碎,得到改性玉米粉。1.3.2酶改造玉米粉末的单因素试验(1)水浴温度称取6份样品,每份400g,加水量为800mL,pH为7.0,水浴温度50℃。酶的添加量分别为0、50、100、150、200、250μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其对玉米粉质构特性的影响。(2)水浴温度称取6份样品,每份400g,加水量为800mL,pH为6.5,水浴温度45℃。酶的添加量分别为0、10、20、30、40、50μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其对玉米粉质构特性的影响。(3)水浴温度称取6份样品,每份400g,加水量为800mL,pH为6.5,水浴温度60℃。酶的添加量分别为0、200、400、600、800、1000μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其对玉米粉质构特性的影响。(4)水浴温度称取6份样品,每份400g,加水量为800mL,pH为3.0,水浴温度40℃。酶的添加量分别为0、200、400、600、800、1000μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其对玉米粉质构特性的影响。(5)水浴温度称取6份样品,每份400g,加水量为800mL,pH为10.0,水浴温度40℃。酶的添加量分别为0、200、400、600、800、1000μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其对玉米粉质构特性的影响。(6)水浴温度2.5称取6份样品,每份400g,加水量为800mL,pH为6.0,水浴温度50℃。酶的添加量分别为0、200、400、600、800、1000μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其对玉米粉质构特性的影响。(7)水浴温度称取6份样品,每份400g,加水量为800mL,pH为5.5,水浴温度55℃。酶的添加量分别为0、20、40、60、80、100μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其对玉米粉质构特性的影响。(8)水浴温度称取6份样品,每份400g,加水量为800mL,pH为6.8,水浴温度50℃。酶的添加量分别为0、20、40、60、80、100μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其对玉米粉质构特性的影响。(9)水浴温度称取6份样品,每份400g,加水量为800mL,pH为5.0,水浴温度50℃。酶的添加量分别为0、20、40、60、80、100μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其对玉米粉质构特性的影响。(10)水浴温度称取6份样品,每份400g,加水量为800mL,pH为6.5,水浴温度60℃。酶的添加量分别为0、20、40、60、80、100μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其对玉米粉质构特性的影响。(11)水浴温度称取6份样品,每份400g,加水量为800mL,pH为5.5,水浴温度50℃。酶的添加量分别为0、20、40、60、80、100μ/g(玉米粉),酶解水解3h,考察其对玉米粉质构特性的影响。1.3.3玉米粉内修饰剂为复合酶通过查阅各种资料得出各种酶的适用pH、最适pH、适用温度和最适温度如表1。通过单因素试验结果确定各种酶的改性效果。以面团的粘度和延展距离为主要指标,以面团的恢复性和硬度为参考指标,并根据玉米粉的组成和各种酶的作用条件,选择中性蛋白酶、谷氨酰胺转氨酶、普鲁兰酶、葡萄糖氧化酶复合对玉米粉进行修饰。在足够长的反应时间和一定的pH条件下,以各种酶的添加量为因素设计L9(34)试验。因素水平如表2。1.3.4质构特性测定将改性玉米粉烘干、粉碎,过120目筛。改性玉米粉与一定量的水混合均匀(成团),用StableTA.XTplus质构分析仪对面团的质构特性进行测定。2结果与分析2.1蛋白酶添加量对玉米面团粘度的影响从图1可以看出,葡萄糖氧化酶、中性蛋白酶、普鲁兰酶、碱性蛋白酶和异淀粉酶对面团粘度影响较大,其它酶影响相对较小。玉米粉主要由玉米淀粉和玉米蛋白组成,从酶的添加量来看,蛋白酶的添加量比淀粉酶的添加量要大,这与玉米粉中玉米蛋白的含量要比玉米淀粉少。从修饰效果来看,单用蛋白酶要达到明显的改性效果,蛋白酶的添加量就要加大。葡萄糖氧化酶、中性蛋白酶和异淀粉酶对面团粘度的影响随酶添加量的增加先增大后减小,分别在80、200、80u/g(玉米粉)时粘度达到最大值。普鲁兰酶和碱性蛋白酶对面团粘度的影响开始随酶添加量的增加而迅速增大,最后趋于平缓。2.2普鲁兰酶添加量对面团延迟距离的影响从图2可以看出,葡萄糖氧化酶、普鲁兰酶、木瓜蛋白酶、异淀粉酶和中性蛋白酶对面团延展距离影响较大,其它酶影响相对较小。面团的延展距离随普鲁兰酶添加量的增加开始迅速增大,后减小。这是因为普鲁兰酶能水解α-1.6糖苷键,迅速降低支链淀粉的分子量,但酶的添加量过多时,分子链太小,延展距离下降。葡萄糖氧化酶能够氧化淀粉分子,使其在分子间和分子内形成化学键,大大的增加了面团的延展性,但酶量增加到一定程度时,延展距离趋于平缓。2.3其它酶影响玉米面团的恢复性以及谷氨酰胺氧化酶的影响从图3可以看出,葡萄糖氧化酶、普鲁兰酶、谷氨酰胺转氨酶、异淀粉酶和中性蛋白酶对面团恢复性影响较大,其它酶影响相对较小。面团的恢复性是面团的弹性和咀嚼性的综合表现。中性蛋白酶能够使玉米粉中的醇溶蛋白和碱性蛋白水解成多肽,增加了玉米蛋白的水溶性。谷氨酰胺转氨酶能够将多肽或蛋白质发生铰链形成网络结构,增加了面团的保水性和弹性。淀粉酶对面团恢复性的影响比较相似,当酶添加量达到一定量时趋于平缓。2.4葡萄糖氧化酶添加量对面团硬度的影响从图4可以看出,葡萄糖氧化酶、木瓜蛋白酶、谷氨酰胺转氨酶、普鲁兰酶、碱性蛋白酶和中性蛋白酶对面团硬度影响较大,其它酶影响相对较小。面团硬度随葡萄糖氧化酶添加量的增加迅速增大,然后趋于平缓。这是因为开始酶的浓度低,淀粉的浓度大,随着酶的加入淀粉分子之间迅速形成网状结构,当酶的量达到一定时,酶的添加量的增大对面团的硬度影响不大。中性蛋白酶添加量在200u/g(玉米粉)时面团硬度达到最大。木瓜蛋白酶、谷氨酰胺转氨酶、碱性蛋白酶对面团硬度的影响都是随酶添加量的增加先增大后趋于平缓。2.5对面团延迟距离的影响复合酶对玉米粉修饰的正交试验及结果如表3所示。从正交试验的数据分析可以得出,对面团的粘度的影响为A>C>B>D,对面团的延展距离的影响为A>D>B>C。玉米粉的改性主要是增加玉米粉面团的粘度和延展性,以面团的粘度和延展性为指标,可得在A2B3C1D2条件下,玉米粉面团的粘度和延展性最大,分别为216.85Pa.s和28.26mm。与普通玉米粉相比,复合酶改性后的玉米粉的粘度和延展距离都有很大的提高。2.6复合酶提高了玉米的恢复性从图5可以看出,复合酶对玉米粉进行改性后,面团粘度、延展距离、硬度和恢复性都有很大提高,并且面团粘附性下降。由数据可得,粘度提高了365%,延展距离提高了177%,硬度提高了1572%,恢复性提高了296%,粘附性降低了61%。复合酶中包含淀粉酶和蛋白酶,淀粉酶和蛋白酶相互互补,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碱性蛋白,增加了玉米蛋白的水溶性,从而增加了面团的保水性和恢复性。谷氨酰胺转氨酶能够随机的将多肽或蛋白质分子之间相互连接成网状,从而增加了面团的延展性。普鲁兰酶能够水解α-1,6糖苷键,使淀粉分子量迅速降低,小分子的支链淀粉更容易糊化,增加面团的粘度和硬度。葡萄糖氧化酶能够使淀粉分子之间或分子内发生铰链,形成网状结构,增加面团的延展性和硬度。3复合酶对玉米粉改性的影响通过单种酶对玉米粉改性试验结果分析得出,中性蛋白酶、谷氨酰胺转氨酶、普鲁兰酶和葡萄糖氧化酶对玉米粉的粘度和延展性具有较明显的改善作用。为了进一步改善玉米粉的特性,将这几种酶进一步复合对玉米粉改性。试验条件优化结果显示,当中性蛋白酶的添加量为200u/