小米谷物饮料制作工艺研究

李根 ，杨志，马寅斐，赵岩，丁辰，朱风涛，初乐*

（1.中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东济南 250014；2.山东农业工程学院，山东德州 251100）

小米（Setaria italica var.germanica Schred.）是一年生禾本科狗尾草属的草本植物，营养价值高，富含碳水化合物、优质蛋白质、氨基酸、多不饱和脂肪酸、VB1、矿物质、膳食纤维等功能成分[1]。这些物质对人体有益，如VB1能改善人体精神状况，有助于消除疲劳和改善注意力，预防和治疗脚气病、周围神经炎及消化不良等[2]。随着社会经济的发展及人民生活水平的提高，谷物杂粮在城镇及乡村居民的消费占比中呈逐渐下降趋势。由于食物的细腻和单调，以及动物脂肪摄入的增加，我国居民的高血压和心血管疾病发生率不断攀升，再加上吃的谷物过于精细，中老年人群中肠道疾病、心血管疾病和糖尿病等疾病的发病率也在逐年增加[3]。近年来越来越多的消费者开始追求自然健康、口感醇香、营养丰富的谷物杂粮食品，故而小米等谷物杂粮饮料的研制具有重要意义和广阔的发展空间。

目前市场上小米多以小米粥、小米糕等传统食品为主，食用方法单一，开发产品品种较少[4]。小米谷物饮料的研制，改变了小米的传统食用方法，方便快捷，同时能使人们获得碳水化合物、优质蛋白质及氨基酸、多不饱和脂肪酸、维生素、矿物质、膳食纤维等对人体有益的功能成分。但是目前开发的小米谷物饮料并不多，对小米饮料的优化程度仍有待提高，目前市场上大多是将小米与豆制品或牛奶等通过一定的加工工艺混合，其开发品种较少，消费人群有限，未能大批量生产[5]。除此之外，小米中的高淀粉含量对产品的稳定性和口感存在直接影响，现阶段有研磨、酶解两种处理方法，酶解处理因其原料利用高、耗时短等优点得到了广泛应用。因此本试验研究了酶解工艺对小米汁酶解效果的影响，通过单因素和正交试验对酶解条件进行优化，确定了最佳工艺参数，以获得品质较好的小米汁，为小米谷物饮料的产业化生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

龙山小米，购于济南章丘；高温淀粉酶（80 000 U/mL），苏州宏达制酶有限公司；其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

HH-4 数显恒温水浴锅，江苏省金坛市正基仪器有限公司；STEPHAN UM5 破碎机，德国；YXQ-LS-100A 型蒸汽灭菌器，上海博迅实业有限公司；离心机，上海安亭科学仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

小米→清洗→浸泡→加水打浆→加热酶解→冷却→离心→调配→灌装杀菌

用60 ℃左右热水浸泡小米30 min，使小米充分软化。准确称取200 g 小米于烧杯中，按一定料液比破碎打浆得到小米原浆，再加入一定量的高温淀粉酶，酶解一段时间后于3000 r/min 离心5 min，取上清液灌装后于121 ℃灭菌10 min。

1.3.2 酶解工艺单因素试验

采用单因素试验优化酶解工艺，料液比设置为1:4、1:6、1:8、1:10、1:12（g/mL），酶解时间分别为10、20、40、60、80 min，酶添加量为4、20、40、60、80 U/mL，每次优化一个因素，研究各因素对小米酶解效果的影响。

1.3.3 酶解工艺正交优化试验

根据单因素试验结果，选取加酶量、酶解时间和料液比进行三因素三水平试验，试验因素水平设计见表1。

表1 小米酶解工艺的正交设计表Table 1 The orthogonal design table of millet beverage enzymolysis process

1.3.4 小米谷物饮料调配工艺

按正交试验最佳工艺得到的小米汁，与红枣浓缩汁、苹果脱色脱酸浓缩汁按不同方案进行复配，通过感官评价筛选出口感、风味俱佳的小米谷物饮料复配方案。

复配方案为（1）小米汁含量为94%、红枣浓缩汁含量为4%、苹果脱酸脱色浓缩汁为2%；（2）小米汁含量为93%、红枣浓缩汁含量为4%、苹果脱酸脱色浓缩汁为3%；（3）小米汁含量为93%、红枣浓缩汁含量为5%、苹果脱酸脱色浓缩汁为2%；（4）小米汁含量为92%、红枣浓缩汁含量为5%、苹果脱酸脱色浓缩汁为3%。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 还原糖

采用GB 5009.7—2016 食品安全国家标准 食品中还原糖测定的方法测定小米中还原糖含量。

1.4.2 固形物

取适量小米浆放入恒质量干燥小烧杯中，放入烘箱105 ℃下烘至恒质量。固形物含量计算公式见式（1）。同时做2 个平行测定,结果取其平均值[6]。

1.4.3 DE 值

DE 值即还原糖（以葡萄糖计）占糖浆干物质的百分比，计算公式见式（2）[7]。

1.4.4 感官评价

邀请10 名感官评价人员，按照感官评分标准（见表2）对小米饮料进行评价，以平均值为最终评定结果。

表2 小米谷物饮料的感官评分表Table 2 Sensory evaluation table of millet cereal beverage

2 结果与分析

2.1 酶解工艺单因素试验

2.1.1 料液比对小米酶解效果的影响

小米汁酶解程度是通过还原糖含量来表示的，料液比对体系中还原糖含量有直接影响，因此把DE 值作为小米酶解程度的指标。料液比对小米酶解效果的影响见图1。由图可知，料液比由1:4 到1:8，DE 值从20.56%升至25.39%，呈明显上升趋势；1:8 到1:10 时，DE 值从25.39%变为25.74%，变化较小；1:10 到1:12 时，DE 值从25.74%降为24.79%，略有下降。原因可能是在料液比较大时，小米含有大量的淀粉，在加热过程中淀粉糊化，使酶解液黏稠度增加，导致酶与底物接触难度增大，从而影响了酶与底物的作用效果；而料液比过小时，稀释了酶的浓度，进而影响了酶的作用效果[8]。因此，料液比选择1:10。

2.1.2 酶解时间对小米酶解效果的影响

由图2 可知，在添加一定量的淀粉酶之后，随着酶解时间的延长，还原糖的含量不断增加，在酶解时间为10～40 min 时，还原糖含量从2.26%增至2.82%，呈上升趋势；40～80 min 时，还原糖含量从2.82%变为2.90%，趋于平缓。原因可能是随着时间增加，酶与底物不断反应，淀粉不断转化为还原糖；当反应时间足够长时，由于底物不断减少，或者酶的量过少，导致反应速率降低，还原糖增幅放缓[9]。因此，酶解时间选择40 min。

2.1.3 酶添加量对小米酶解效果的影响

高温淀粉酶与淀粉发生作用，在高温条件下将淀粉酶解为还原性糖，此过程可降低底物溶液黏度。直链淀粉最终产物以葡萄糖为主，还有少量的麦芽三糖及麦芽糖[10]。在分解支链淀粉时，也有很大一部分生成葡萄糖，因此葡萄糖含量可反映小米中淀粉水解的效果。由图3 可知，淀粉在淀粉酶的作用下可产生还原糖，加酶量在4～40 U/mL 之间，还原糖含量从2.31%增加至3.30%，呈明显上升趋势；加酶量在40～80 U/mL 时还原糖的含量从3.0%变为3.60%，趋于稳定；随着酶添加量的增大，还原糖含量上升幅度不大。由于酶添加量的不断升高，与小米底物中淀粉的作用也不断增强，从而将更多的淀粉更快转化为葡萄糖，增加了还原糖含量[11]。因此，酶添加量选择40 U/mL。

2.2 酶解工艺正交试验

由表3、4 可知，料液比、酶解时间、酶的添加量对小米汁的酶解程度均有影响，影响大小为A>C>B，即酶的添加量>料液比>酶解时间。小米酶解工艺最佳工艺条件为A3B2C3，即酶添加量60 U/mL、酶解时间40 min、料液比1:12。经验证试验，得出该工艺条件下得到的小米谷物饮料的DE 值为35.22%，均优于其他试验组。

表3 小米酶解工艺正交试验结果Table 3 Result of orthogonal experiment of millet enzymatic hydrolysis process

表4 方差分析结果Table 4 The results of variance analysis

2.3 小米饮料调配

表5 小米复配饮料感官评价结果/分Table 5 Sensory evaluation results of millet compound beverage/score

由表5 可知，四个方案的总分呈先升后降的趋势，由于浓缩红枣汁和苹果脱色脱酸浓缩汁的糖度较高，加入之后会赋予小米汁香甜醇厚的口味，随着缩红枣汁和脱色脱酸浓缩苹果汁的增加，与小米汁复配后香甜口味增强，谷物醇香感增加，但随着浓缩红枣汁和脱色脱酸苹果浓缩汁的比例不断增大，使谷物饮料的甜腻感凸显，或者浓缩红枣汁、苹果脱色脱酸浓缩汁与小米汁三者比例不协调，使其口感降低。综合来看方案（2）得分最高，即红枣浓缩汁含量为4%、苹果脱酸脱色浓缩汁含量为3%、小米汁含量为93%。

3 结论

通过酶解法研制小米饮料，小米浆中淀粉经过酶解之后，生成还原性糖等小分子化合物，使酶解后的小米饮料风味更加细腻，口感更加醇香、顺畅，同时也降低了产品分层、析水、淀粉返生现象，提高了谷物饮料的稳定性和人体的消化和吸收效率。通过进行料液比、酶解时间、酶添加量对小米酶解效果影响的单因素试验，结合正交优化试验，得出影响小米酶解效果的大小顺序为酶添加量>料液比>酶解时间，确定最佳酶解工艺参数为料液比1:12，酶解时间40 min，酶添加量60 U/mL，此时值为35.22%。通过复配工艺，得出在红枣浓缩汁添加量为4%、苹果脱酸脱色浓缩汁为3%时，小米谷物饮料在风味、口感等综合指标达到最佳，得分为85.2 分。

小米谷物饮料若不经调酸则pH 较高，需进行高压高温杀菌，这样既浪费能源又会对品质产生不利的影响。后期可通过益生菌发酵，降低pH 满足杀菌要求的同时又能提高其产品附加值。此外，小米饮料后期储存过程中易分层沉淀，可通过均质或添加稳定剂来提高产品的稳定性。