山藥糖化工藝的研究

張?zhí)焖?趙 華

(天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院，天津 300457)

山藥是一種藥食同源的多年生草本植物[1]。《神農(nóng)本草經(jīng)》云：“薯蕷味甘溫，主傷中、補(bǔ)虛羸，除寒熱邪氣，補(bǔ)中益氣，長(zhǎng)肌肉，久服耳目聰明，輕身不饑，延年。” 《本草綱目》認(rèn)為山藥能“益腎氣、健脾胃、止瀉痢、化癱涎、潤(rùn)毛皮”[2]。山藥具有補(bǔ)脾養(yǎng)胃、生津益肺的功效[3-4]；臨床研究顯示，山藥還具有促進(jìn)細(xì)胞增殖，抑制微生物活性，降低血糖，預(yù)防心肌梗塞等多種重要藥理作用[5-9]。鐵棍山藥的主要組成成分為水分、淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪等，淀粉含量豐富，易糊化，有利于進(jìn)行微生物發(fā)酵。

本文利用單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)對(duì)山藥糖化條件進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳預(yù)處理?xiàng)l件，為山藥發(fā)酵酒的研究和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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(shí)驗(yàn)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(fā)酵→離心→山藥汁

1.2.2 淀粉水解程度測(cè)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(cè)山藥樣品中還原糖的含量[10]，計(jì)算公式見式(1)。

水解程度(%)=C1/C0/×100

(1)

式中：C1為糖化后待測(cè)樣品中還原糖質(zhì)量濃度，g/L；C0為酸水解后樣品中還原糖質(zhì)量濃度，g/L。

1.2.3 山藥液化單因素實(shí)驗(yàn)

將新鮮的山藥清洗干凈后，去除山藥皮，在105 ℃的高壓鍋內(nèi)蒸煮15 min，按照料液比為1∶1.5進(jìn)行打漿，制備山藥漿。以淀粉水解程度為主要參考標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)間(15、30、45、60、75 min)，再加入150 U/g的糖化酶，在60 ℃下糖化2 h后進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，確定最佳的液化條件。

1.2.4 山藥糖化單因素實(shí)驗(yàn)

將新鮮的山藥清洗干凈后，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(jìn)行打漿，制備山藥漿。在山藥漿中加入2 U/g的液化酶，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(shí)間(1、1.5、2、2.5、3 h)進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，以淀粉水解程度為主要指標(biāo)，確定最佳的糖化條件。

1.2.5 正交實(shí)驗(yàn)

以單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果為基礎(chǔ)，以糖化后的淀粉水解程度為主要標(biāo)準(zhǔn)，利用正交實(shí)驗(yàn)對(duì)山藥漿的最佳液化與糖化條件進(jìn)行優(yōu)化，液化和糖化條件的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表見第17頁(yè)表1和表2，以確定最佳的山藥預(yù)處理?xiàng)l件。

表1 液化條件正交實(shí)驗(yàn)水平表

表2 糖化條件正交實(shí)驗(yàn)水平表

2 結(jié)果及討論

2.1 糖化實(shí)驗(yàn)條件的確定

2.1.1 糖化酶添加量對(duì)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95 ℃下分別保溫60 min，待溫度降低到60 ℃左右，加入100、150、200、250、300 U/g的糖化酶，60 ℃保溫2 h，檢測(cè)樣品中的還原糖含量，確定最佳液化時(shí)間。結(jié)果如圖1所示。

圖1 糖化酶添加量對(duì)水解程度的影響

由圖1可知，糖化酶的添加量明顯提高了山藥淀粉的水解效率，隨著糖化酶添加量的增加，淀粉水解程度也在逐漸提高，當(dāng)糖化酶添加量達(dá)到200 U/g時(shí)，再繼續(xù)增加糖化酶的添加量，水解程度幾乎沒有變化。可推斷，當(dāng)糖化酶的量達(dá)到200 U/g時(shí)，糖化酶已和多糖、糊精等充分反應(yīng)，糖化的效率已接近最大值。因此，選擇最佳糖化酶添加量為200 U/g。

2.1.2 糖化溫度對(duì)淀粉水解程度的影響

將處理過后的山藥漿，按照2 U/g的液化酶添加量加入山藥漿中，在95 ℃下分別保溫60 min，待溫度降低到50 ℃左右，加入200 U/g的糖化酶，分別在50、55、60、65、70 ℃下保溫2 h，檢測(cè)樣品中的還原糖含量，確定最佳液化時(shí)間。結(jié)果如圖2所示。

圖2 糖化溫度對(duì)水解程度的影響

由圖2可知，隨著糖化溫度的升高，淀粉水解程度也在不斷提高。當(dāng)糖化溫度達(dá)到60 ℃時(shí)，淀粉的水解程度達(dá)到最大值，再提高溫度，淀粉的水解程度降低。可能原因在于，溫度過高，糖化酶的活性降低，使酶部分失活。因此，選擇最佳糖化溫度為60 ℃。

2.1.3 糖化時(shí)間對(duì)淀粉水解程度的影響

將處理后的山藥漿，按照2 U/g的液化酶添加量加入山藥漿中，在95 ℃下分別保溫60 min，待溫度降低到50 ℃左右，加入200 U/g的糖化酶，在60 ℃下保溫糖化1、1.5、2、2.5、3 h，檢測(cè)樣品中的還原糖含量，確定最佳液化時(shí)間。結(jié)果如圖3所示。

圖3 糖化時(shí)間對(duì)水解程度的影響

由圖3可知，在一定糖化時(shí)間范圍內(nèi)，糖化時(shí)間與淀粉的水解程度幾乎可成正相關(guān)關(guān)系，隨著糖化時(shí)間的延長(zhǎng)，水解程度在不斷提高。當(dāng)糖化時(shí)間為2 h時(shí)，水解程度達(dá)到91.25(±0.89)%。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，當(dāng)糖化時(shí)間為3 h時(shí)，淀粉水解程度達(dá)到92.31(±1.35)%，增長(zhǎng)了1.16%，增幅較小。在實(shí)際生產(chǎn)中，可能存在糖化與發(fā)酵同時(shí)的情況，再考慮生產(chǎn)周期等因素。因此，選擇最佳糖化時(shí)間為2 h。

2.2 山藥糖化條件正交實(shí)驗(yàn)

以淀粉的水解程度為主要考察指標(biāo)，以單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)L9(34)正交實(shí)驗(yàn)對(duì)山藥的糖化工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳的糖化條件。正交實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果如第18頁(yè)表3所示。

由表3和表4可知，以淀粉的水解程度作為主要考察指標(biāo)，在這3個(gè)影響因素中，對(duì)淀粉糖化的影響主次糖化時(shí)間>糖化溫度>糖化酶的添加量，即糖化時(shí)間對(duì)淀粉糖化的影響程度最大。且通過方差分析，糖化時(shí)間對(duì)淀粉水解程度具有顯著影響(0.010.05)，通過分析比較，最佳糖化條件組合為A2B2C3，即，糖化酶的添加量為200 U/g，糖化溫度為60 ℃，糖化時(shí)間為3 h，此時(shí)山藥中淀粉的水解程度達(dá)到最大，糖化效果最好，并在此實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，淀粉水解程度為96.26(±2.89)%。

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

表4 方差分析結(jié)果

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)對(duì)山藥中淀粉的糖化工藝進(jìn)行優(yōu)化，最終確定最佳預(yù)處理?xiàng)l件為糖化酶的添加量為200 U/g，糖化溫度為60 ℃，糖化時(shí)間為3 h。再進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，在此最佳預(yù)處理?xiàng)l件下，山藥的淀粉水解程度可達(dá)到96.26(±2.89)%，為進(jìn)一步利用山藥酒調(diào)配復(fù)合飲料的開發(fā)與研究提供參考與理論依據(jù)。