紅小米酵素的制備及其工藝條件優化研究

張一凡 王琳琳 高育哲 徐杰 宋威 李偉娜 姚金豆 湯震宇

摘要：以遼寧省朝陽市北票地區特有的紅谷子為主要原料，利用酵母菌發酵制備小米酵素。以α-淀粉酶活力為測定指標，通過正交試驗確定制備小米酵素的最優發酵條件為：發酵時間3.5 h、發酵溫度32 ℃、干酵母接種量3.5%，此條件下制得的小米酵素α-淀粉酶活力最大。

關鍵詞：紅谷子小米；小米酵素；α-淀粉酶活力；工藝條件；正交試驗

中圖分類號：TS213 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2018）02-0033-03

小米是一種典型的藥食，其中含有多種維生素、蛋白質和脂肪等人體所必需的營養成分，同時具有清熱、滋陰、補脾腎及抗癌等功效。以小米為主要營養源，利用微生物將小米發酵制成小米酵素，其營養價值遠遠超過小米本身，可以進一步提高小米的保健功能。小米酵素的制得既滿足了人們對健康食品的需求，又開辟了小米深加工利用的新途徑，提高了小米的附加值，具有廣闊的市場應用前景。本課題利用紅谷子小米為原料制得發芽小米，以發芽小米酵素發酵過程中α-淀粉酶活力作為評價指標，來優化發酵工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅谷子：品種為靠山紅，產地為遼寧朝陽北票地區；發芽小米粉：實驗室自制；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；麥芽粉：中藥飲片銷售有限公司。

試劑：無水乙醇、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、硫酸銅、次甲基藍、亞鐵氰化鉀、葡萄糖等，均為分析純。

1.2 儀器與設備

SSB-25-12DT數控超聲波提取機：寧波新芝生物科技股份有限公司；AXTD5A型轉子離心機：美國科峻儀器公司；多功能粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司；DHG-9146A型電熱恒溫鼓風干燥機：上海精宏實驗設備有限公司；ESJ120-48電子天平：上海精密科學儀器有限公司；MODEL868型pH計：奧立籠科學儀器有限公司；UV-2000紫外分光光度計：上海凌析儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 小米酵素制作工藝流程 小米酵素制作工藝流程為：小米→發芽小米→接種，混合→發酵→α-淀粉酶活力測定。將小米洗凈放入發芽機中發芽42 h，對制得的發芽小米進行烘干、粉碎，過80目篩；在發芽小米（以發芽小米粉為100%計）中添加20%麥芽粉、60%紅糖、5%氯化鈉、10倍水和高活性干酵母，進行發酵。

1.3.2 酵素指標檢測 α-淀粉酶活力測定：采用3，5-二硝基水楊酸比色法（DNS法）。

1.3.3 紅小米酵素酵母菌發酵條件單因素試驗

1） 發酵溫度的確定。設定高活性干酵母接種量為3%、發酵時間為3.5 h，在發酵溫度分別為24，28，32，36，40 ℃條件下對發芽小米進行發酵得到小米酵素，測定所得酵素的α-淀粉酶活力。

2） 發酵時間的確定。設定高活性干酵母接種量為3%、發酵溫度為32 ℃，在發酵時間分別為2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0 h條件下對發芽小米進行發酵得到小米酵素，測定所得酵素的α-淀粉酶活力。

3） 酵母菌接種量的確定。設定發酵溫度為32 ℃、發酵時間為3.5 h，在高活性干酵母接種量分別為2.5%，3.0%，3.5%，4.0%，4.5%，5.0%條件下對發芽小米進行發酵得到小米酵素，測定所得酵素的α-淀粉酶活力。

1.3.4 紅小米酵素酵母菌發酵條件正交試驗 以α-淀粉酶活力為指標，以發酵溫度、發酵時間和高活性干酵母接種量為影響因素，進行三因素三水平正交試驗設計，因素水平設計見表1。

2 結果與分析

2.1 小米酵素發酵工藝條件的單因素試驗結果

2.1.1 發酵溫度對α-淀粉酶活力的影響 不同發酵溫度下小米酵素的α-淀粉酶活力測定結果如圖1所示。

由圖1可以看出：小米發酵過程中，隨著溫度升高，α-淀粉酶活力先增大后減?。辉?2 ℃時α-淀粉酶活力達到最大；此后隨溫度繼續升高，酵母菌生長明顯受到抑制，α-淀粉酶活力受到影響、呈減小趨勢。因此，確定小米酵素最佳發酵溫度為32 ℃。

2.1.2 發酵時間對a-淀粉酶活力的影響 不同發酵時間下小米酵素的α-淀粉酶活力測定結果如圖2所示。

由圖2可以看出：隨著酵母菌生長代謝時間延長，α-淀粉酶活力逐漸增大，在3.5 h出現最大值；隨著發酵的繼續進行，酶的活性受到體系各因素的影響，導致α-淀粉酶活力逐漸減小。因此，確定小米酵素最佳發酵時間為3.5 h。

2.1.3 干酵母接種量對a-淀粉酶活力的影響 不同高活性干酵母接種量下小米酵素的α-淀粉酶活力測定結果如圖3所示。

由圖3可以看出：在高活性干酵母接種量為3.5%之前，接種量的增加可以促進酵母菌分泌α-淀粉酶，酶活力增大趨勢變化較大；在接種量為3.5%之后，α-淀粉酶活力呈現減小趨勢，這可能是由于接種量進一步增加使微生物之間的競爭不斷加劇，生長開始受到抑制，導致α-淀粉酶活力開始緩慢減小。因此，確定小米酵素最佳干酵母接種量為3.5%。

2.2 小米酵素發酵工藝優化的正交試驗結果

由單因素試驗結果可知：小米酵素在發酵時間為3.5 h、發酵溫度為32 ℃、干酵母接種量為3.5%時，其α-淀粉酶活力最大、為3.03 （mg/g）/5 min。根據單因素試驗結果進行正交試驗，結果見表2。

由表2可知：在發酵時間（A）、發酵溫度（B）和酵母菌接種量（C）3個因素中，對α-淀粉酶活力影響大小順序為A>C>B，即發酵時間對小米酵素發酵條件影響最大。綜合實際考慮，選擇最佳發酵條件為A2B2C2，即發酵時間3.5 h、發酵溫度32 ℃、干酵母接種量3.5%，在此條件下制得的小米酵素α-淀粉酶活力最大。

3 結論

通過單因素試驗及正交試驗優化得到制備小米酵素的最佳工藝條件為：發酵時間3.5 h、發酵溫度32 ℃、干酵母接種量3.5%，此條件下制得的小米酵素α-淀粉酶活力最大。

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