山藥液化工藝的研究

張天爽， 趙 華

(天津科技大學生物工程學院，天津，300457)

山藥是一類藥食兩用的薯蕷科(dioscoreaceae)薯蕷屬植物[1]，在我國分布廣泛，種類繁多。山藥中含有許多具有研究價值的功能性成分，如，山藥多糖、尿囊素、皂苷、黃酮等[2-3]。山藥具有抗氧化性[4-7]、抗衰老[8]、抗腫瘤[9-10]、降低糖脂[11-12]、提升免疫力[13]、抵抗組織性疾病[14]、減輕疼痛[15-16]、緩和疲勞[17]以及調節心血管[18]等多種功效。鐵棍山藥的主要組成成分為水分、淀粉、蛋白質和脂肪等，淀粉含量豐富，易糊化，有利于進行微生物發酵。

本文利用單因素實驗和正交實驗對山藥的液化條件進行優化，確定最佳預處理條件，為山藥發酵酒的研究和發展奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鐵棍山藥，河南焦作；高效液化酶，諾維信公司；高效糖化酶，諾維信公司。

EX125DZH電子天平，奧豪斯儀器(常州)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程

鐵棍山藥→去皮，清洗→蒸煮→按1:1.5料液比打漿→酶解液化→糖化→發酵→離心→山藥汁。

1.2.2 淀粉水解程度測定

稱取15 g搗碎的山藥樣品于250 mL容量瓶中，采用直接滴定法檢測山藥樣品中還原糖的含量[19]。山藥水解程度計算見式(1)。

水解程度(%)=C1/C0×100

(1)

式中，C1糖化后待測樣品中還原糖質量濃度，g/L；C0酸水解后樣品中還原糖質量濃度，g/L。

1.2.3 山藥液化單因素實驗

將新鮮的山藥清洗干凈后，去除山藥皮，在105 ℃的高壓鍋內蒸煮15 min，按照料液比為1∶1.5進行打漿，制備山藥漿。以淀粉水解程度為主要參考標準，分別以液化酶的添加量(1、2、3、4、5 U/g)、液化溫度(80、85、90、95、100 ℃)和液化時間(15、30、45、60、75 min)，再加入150 U/g糖化酶，在60 ℃下糖化2 h后進行單因素實驗，確定最佳的液化條件。

1.2.4 山藥糖化單因素實驗

將新鮮山藥清洗干凈后，去皮，使用高壓鍋在105 ℃下蒸煮15 min，再按照1∶1.5的料液比進行打漿，制備山藥漿。在山藥漿中加入2 U/g液化酶，在95 ℃下液化60 min，分別以糖化酶的添加量(100、150、200、250、300 U/g)，糖化溫度(50、55、60、65、70 ℃)和糖化時間(1、1.5、2、2.5、3 h)進行單因素實驗，以淀粉水解程度為主要指標，確定最佳糖化條件。

1.2.5 正交實驗

以單因素實驗結果為基礎，以糖化后的淀粉水解程度為主要標準，利用正交實驗對山藥漿的最佳液化條件進行優化，液化和糖化條件的正交實驗設計表見第24頁表1和表2，以確定最佳的山藥預處理條件。

表1 液化條件正交實驗水平表

表2 糖化條件正交實驗水平表

2 結果及討論

2.1 液化實驗條件的確定

2.1.1 液化酶添加量對淀粉水解程度的影響

將處理過的山藥漿，按照1、2、3、4、5 U/g的液化酶添加量加入山藥漿中，在85 ℃下保溫30 min，待溫度降低到60 ℃左右，加入150 U/g的糖化酶，60 ℃保溫2 h，檢測樣品中還原糖的含量，確定最佳液化酶用量。結果如圖1所示。

圖1 液化酶添加量對水解程度的影響

由圖1可知，液化酶的添加量可以明顯提高淀粉水解程度，隨著液化酶添加量的增加，淀粉的水解程度隨之提高，當液化酶的添加量為2 U/g時，淀粉水解程度有明顯提高，再增加液化酶的添加量，水解程度提高較低，因此選擇最佳液化酶添加量為2 U/g。

2.1.2 液化溫度對淀粉水解程度的影響

將處理過的山藥漿，按照2 U/g的液化酶添加量加入山藥漿中，在80、85、90、95、100 ℃下分別保溫30 min，待溫度降低到60 ℃左右，加入150 U/g的糖化酶，60 ℃保溫2 h，檢測樣品中還原糖的含量，確定最佳液化溫度。結果如圖2所示。

由圖2可知，隨著液化溫度的逐漸提高，淀粉的水解程度也在逐漸增加，達到90 ℃時，水解程度達到最大值，超過90 ℃，在逐漸下降。主要是因為，溫度過高，導致液化酶活性降低，進而水解的程度也就下降，因此選擇最佳的液化溫度為90 ℃。

圖2 液化溫度對于水解程度的影響

2.1.3 液化時間對淀粉水解程度的影響

將處理過的山藥漿，按照2 U/g的液化酶添加量加入山藥漿中，在90 ℃下分別保溫15、30、45、60、75 min，待溫度降低到60 ℃左右，加入150 U/g的糖化酶，60 ℃保溫2 h，檢測樣品中的還原糖含量，確定最佳液化時間。結果如圖3所示。

圖3 液化時間對水解程度的影響

由圖3可知，液化時間對淀粉的水解有較為明顯的影響，隨著時間的延長，水解程度不斷升高，在液化時間為45 min后，水解程度增長較小，且考慮生產周期等問題，因此選擇最佳的液化時間為45 min。

2.1.4 山藥液化條件正交實驗

以淀粉水解程度為主要考察指標，以單因素實驗結果為基礎，設計L9(34)正交實驗對山藥的液化工藝進行優化，確定最佳的液化條件。正交實驗分析結果如第25頁表3、表4所示。

由表3和表4可知，以淀粉水解程度為主要考察指標，在這3個液化條件中，對山藥液化影響的主次順序為液化時間>液化溫度>液化酶添加量，即，液化時間對DE值的影響最大。通過方差分析，液化溫度和液化時間對液化效果具有明顯的影響(0.010.05)，且通過比較分析，確定最佳的組合為A2B3C3，即，液化酶的添加量為2 U/g，液化溫度為95 ℃，液化時間為60 min時，山藥中淀粉的水解程度達到最大，即液化效果最佳。在該實驗條件下進行3次驗證實驗，淀粉水解程度可達到(90.57±1.68)%，均高于9組正交實驗的結果。

表3 正交實驗結果分析

表4 方差分析結果

3 結論

本實驗通過單因素實驗和正交實驗對山藥中淀粉的液化工藝進行優化，最終確定最佳預處理條件為液化酶的添加量為2 U/g，液化溫度為95 ℃，液化時間為60 min。再進行驗證實驗，在此最佳預處理條件下，山藥的淀粉水解程度可達到(90.57±1.68)%，為進一步利用山藥酒調配復合飲料的開發與研究提供參考與理論依據。