竹芋淀粉液化及糖化條件的優化

薛娟萍，朱昌叁，安家成

（廣西生態工程職業技術學院，廣西柳州545004）

竹芋淀粉液化及糖化條件的優化

薛娟萍，朱昌叁，安家成*

（廣西生態工程職業技術學院，廣西柳州545004）

以竹芋淀粉為原料，以葡萄糖當量值（DE）為評價指標，對竹芋淀粉液化及糖化工藝進行研究，考察酶添加量、溫度、時間對DE值的影響。通過單因素試驗和正交試驗確定了竹芋淀粉最佳的液化及糖化工藝。結果表明：最優的液化工藝條件為酶添加量1.5%，液化時間2.5 h，液化溫度75℃；糖化的最優條件為酶添加量1.5%、糖化時間2.5 h、糖化溫度55℃。在此條件下，最終水解液的DE值為76.36%。

竹芋；液化；糖化

竹芋（Maranta arundinacea L.），英文名Arrowroot，為竹芋科竹芋屬多年生草本植物，高40 cm～100 cm，葉卵形或卵狀披針形，長10 cm～20 cm，寬4 cm～10 cm，綠色，葉背面無毛或薄被柔毛；肉質根狀莖白色，紡錘形，長5 cm～7 cm，富含淀粉，可煮食或提取淀粉食用或糊用，藥用有清肺，利水之效。原產于南美洲熱帶地區，我國南方常見栽培[1]。竹芋每株每年產根狀莖10多個，根狀莖含水分67%～75%，淀粉20%～28%，蛋白質1%～2%，灰分1.3%～1.4%，纖維0.6%～1.3%及少許糖分[2-3]，不含有毒物質。其淀粉含量比馬鈴薯、木薯高，可得到更高的淀粉提取率，經濟效益也更高。用竹芋生產酒精也是增加農產品附加值、開拓生物燃料的一個重要的途徑。在竹芋淀粉的酒精生產工藝中，淀粉的液化及糖化條件優化是提高酒精得率的重要環節之一。作者根據對竹芋淀粉的液化及糖化工藝研究結果，總結出本文，為竹芋深加工和利用提供科學數據。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

竹芋淀粉[4]：實驗室自制；a-淀粉酶、糖化酶；其他試劑均為分析純；電子萬用爐：天津市泰斯特儀器有限公司；電子天平：梅特勒—托利多儀器（上海）有限公司；數顯恒溫水浴鍋：常州國華電器有限公司；電熱恒溫干燥箱：上海躍進醫療器械有限公司等。

1.2 方法

12.1 竹芋淀粉水解工藝流程

1.2.1.1 竹芋淀粉液化工藝流程

1.2.1.2 竹芋淀粉糖化化工藝流程糖化酶

1.2.2 水解液相關指標的測定方法

還原糖（以葡萄糖計）測定：斐林試劑法[5]；DE值：葡萄糖當量值，是還原糖（以葡萄糖計）占溶液干物質的百分比。

1.2.3 竹芋淀粉液化工藝試驗設計[6-13]

將竹芋淀粉按料液比1∶10（m/v）糊化后，進行液化工藝的優化。單因素試驗條件定為a-淀粉酶添加量1%、液化時間3 h、液化溫度70℃。改變其中一個條件，固定其他條件分析各因素對液化效果的影響。各因素梯度分別為a-淀粉酶添加量0.25%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%；液化時間1、1.5、2、2.5、3、3.5 h；液化溫度50、55、60、65、70、75℃。

通過單因素試驗確定3個因素的合適水平范圍，選取L9（34）正交表，以液化DE值為考核指標，設計三因素三水平的正交試驗，確定液化最優條件組合。

1.2.4 竹芋淀粉糖化工藝試驗設計

在最佳的液化工藝條件下進行糖化工藝的優化。單因素試驗條件定為糖化酶添加量1%、糖化時間3h、糖化溫度60℃。改變其中一個條件，固定其他條件分析各因素對糖化效果的影響。各因素梯度分別為糖化酶添加量0.25%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%；糖化時間1、1.5、2、2.5、3、3.5h；糖化溫度40、45、50、55、60、65℃。

通過單因素試驗確定3個因素的合適水平范圍，選取L9（34）正交表，以糖化DE值為考核指標，設計3因素3水平的正交試驗，確定糖化最優條件組合。

2 結果與討論

2.1 竹芋淀粉液化最佳工藝的確定

2.1.1 a-淀粉酶添加量對液化液DE值的影響

a-淀粉酶添加量對液化液DE值的影響見圖1。

圖1 a-淀粉酶添加量對液化液DE值的影響Fig.1 Effect of a-amylae amount on DE of liquefaction

由圖1可知，竹芋淀粉液化液DE值隨著a-淀粉酶添加量的增加而增加，a-淀粉酶添加量超過1.5%時，DE值的增加減緩，考慮到成本因素，選取1.5%為較優的a-淀粉酶添加量。

2.1.2 液化時間對液化液DE值的影響

液化時間對液化液DE值的影響見圖2。

圖2 液化時間對液化液DE值的影響Fig.2 Effect of liquefaction time on DE of liquefaction

由圖2可知，液化液的DE值隨著液化時間的延長，先增大而后減少，考慮成本因素，所以較優的液化時間為2.5 h。

2.1.3 液化溫度對液化液DE值的影響

液化溫度對液化液DE值的影響見圖3。

圖3 液化溫度對液化液DE值的影響Fig.3 Effect of temperature on DE of liquefaction

由圖3可知，液化液DE值隨著液化溫度的上升而增加，綜合考慮成本等因素，較優的液化溫度為70℃。

2.1.4 竹芋淀粉液化的正交試驗

在單因素試驗的基礎上，確定因素水平（見表1），選取L9（34）正交表進行試驗。

表1 因素水平表Table 1Facters and levels of the orthogonal test

由表2可知，各因素對液化液DE值均有影響，其影響的主次順序為：液化溫度＞液化時間＞a-淀粉酶添加量，綜合考慮成本等因素，液化的最優水平組合為A2B2C3，即a-淀粉酶添加量1.5%，液化時間為2.5 h，液化溫度為75℃。

表2 正交試驗表L9（34）Table2 Results of the orthogonal test

2.2 竹芋淀粉糖化最佳工藝的確定

2.2.1 糖化酶添加量對糖化液DE值的影響

糖化酶添加量對糖化液DE值的影響見圖4。

圖4 糖化酶添加量對糖化液DE值的影響Fig.4 Effect of glucoamylase amount on DE of saccharification

由圖4可知，糖化夜DE值隨著糖化酶添加量的增加而增加，在糖化酶添加量為1.5%時達到最大值，所以糖化最優的糖化酶添加量為1.5%左右。

2.2.2 糖化時間對液化液DE值的影響

糖化時間對糖化液DE值的影響見圖5。

圖5 糖化時間對糖化液DE值的影響Fig.5 Effect of saccharification time on DE of saccharification

由圖5可知，隨著時間的延長，糖化液DE值先增大后減小，時間為2.5 h時DE值最大，所以糖化的較優時間在2.5 h左右。

2.2.3 糖化溫度對液化液DE值的影響

糖化溫度對液化液DE值的影響見圖6。

圖6 糖化溫度對糖化液DE值的影響Fig.6 Effect of temperature on DE of saccharification

由圖6可知，糖化液DE值隨著糖化溫度的升高先增加后降低，在溫度為50℃時，糖化液DE值達到最大，所以糖化的較優溫度在50℃左右。

2.2.4 竹芋淀粉糖化的正交試驗

在單因素試驗的基礎上，確定因素水平（見表3），選取L9（34）正交表進行試驗。

表3 因素水平表Table 3Facters and levels of the orthogonal test

表4 正交試驗表L9（34）Table 4Results of the orthogonal test

由表4可知，各因素對糖化液DE值均有影響，其影響的主次順序為：糖化酶添加量＞糖化溫度＞糖化時間，綜合考慮成本等因素，液化的最優水平組合為A3B2C3，即糖化酶添加量2%，糖化時間為2.5 h，糖化溫度為55℃。

2.3 正交驗證試驗

在液化的最佳條件下（a-淀粉酶添加量1.5%，液化時間為2.5 h，液化溫度為75℃），對竹芋淀粉進行液化，然后將液化液在最佳的糖化條件下（糖化酶添加量2%，糖化時間為2.5 h，糖化溫度為55℃），最終得到DE為76.3%的水解液，小于正交試驗組中糖化DE值的最高組合，所以確定糖化最優水平組合為A2B2C3，即糖化酶添加量1.5%，糖化時間為2.5 h，糖化溫度為55℃。

3 結論

本試驗對竹芋淀粉的液化和糖化工藝進行研究，確定最佳液化工藝條件為：a-淀粉酶添加量1.5%，液化時間為2.5 h，液化溫度為75℃，此時液化液的DE值為31.63%，過濾后水解液澄清透明，色澤淺黃，不粘稠。在此條件下，先液化后進行糖化，得到糖化的最佳工藝條件為：糖化酶添加量1.5%，糖化時間為2.5 h，糖化溫度為55℃，此時糖化的DE值為76.36%。

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Optimization of Process Conditions for Arrowroot Starch Liquefacation and Saccharification

XUE Juan-ping，ZHU Chang-san，AN Jia-cheng*
（Guangxi Eco-engineering Vocational And Technical College，Liuzhou 545004，Guangxi，China）

With arrowroot starch as the raw material，study on the liquefaction and saccharification processes investigated effects of enzyme dosage，temperature and time on the DE values.Through single factor test and orthogonal test arrowroot starch liquefaction and saccharification processes best.The results show that：the optimal conditions for the liquefaction process the amount of enzyme added 1.5%，liquefaction time 2.5 h，the liquefaction temperature of 75℃；Optimal conditions for saccharification the enzyme dosage 1.5%，saccharification time 2.5 h，saccharification temperature of 55℃.Under this condition，the final DE of the hydrolyzate 76.36%.

arrowroot starch；liquefaction；saccharification

2014-10-03

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.02.020

廣西林業科技項目《廣西特色森林蔬菜人工栽培技術研究及種植示范》（桂林科字（2012）第1號）

薛娟萍（1979—），女（漢），講師，碩士研究生，主要從事食品加工及新產品開發。

*通信作者：安家成（1961—），男，教授，從事植物分類與應用研究。