嫩竹酶促糖化工藝研究

黃業(yè)傳，李鳳

（西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川綿陽621002）

嫩竹酶促糖化工藝研究

黃業(yè)傳，李鳳

（西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川綿陽621002）

為了提高在飲料或果酒釀造中的附加值，用纖維素酶、果膠酶、淀粉酶等對嫩竹液進行糖化處理，以期提高其出汁率。研究表明通過酶解可以大幅度提高嫩竹液的可溶性固形物含量，最佳工藝為：纖維素酶6000 U/100 g、果膠酶2000 U/100 g聯(lián)合在pH為4.25、45℃～50℃作用50 min后，再用2500 U/100 g的淀粉酶在60℃、pH6下作用90 min；在最佳工藝條件下嫩竹中的可溶性固形物含量可達15%以上，是對照組的2.2倍。

嫩竹；酶解；可溶性固形物

Abstract:For imporving the additional value of tender bamboo in beverage and cider industry,the pectinase,cellulase and amylase were added to tender bamboo solution to improve the soluble solids in this paper.The result indicated the soluble solids of tender bamboo can be improved obviously through saccharifying by enmzyme.Thebesttechnolotyis：using6000U/100gcellulase，2000U/100gpectinaseatatemperatureof45 ℃～50℃and pH of 4.25 to hydrolyse the bamboo juice for 50 min,followed by 2500 U/100 g amylase at a temperature of 60℃and pH of 6 for 90 min;on this best condition,the soluble solids of tender bamboo juice may reach 15%,which is 2.2 times than that of the group of contrast.

Key words：tender bamboo;enzymatic hydrolysis;soluble solids

我國竹資源極其豐富，竹中含有維生素、脂肪、蛋白質(zhì)、葡萄糖以及鍺、硅、鈣、鐵等元素，營養(yǎng)十分豐富，而且傳統(tǒng)醫(yī)藥界認(rèn)為竹有止血、鎮(zhèn)痛、止咳、消炎、解熱等療效。利用嫩竹開發(fā)飲料或低度酒有很大潛力，但嫩竹中纖維素、果膠、淀粉等不可溶性物質(zhì)較多，會妨礙嫩竹的出汁率，降低其營養(yǎng)價值，因此利用酶糖化嫩竹液是一個值得研究的課題，本研究就纖維素酶、淀粉酶、蛋白酶、果膠酶等作用于嫩竹液[1-4]，以期提高其可溶性固形物含量，增加其在飲料或釀酒行業(yè)的應(yīng)用價值。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

嫩竹：一年生，7月中旬采伐；果膠酶：和氏璧生物技術(shù)有限公司；纖維素酶：上海奧伯生物科技有限公司；淀粉酶：天津利華酶制劑廠；中性蛋白酶：哈爾濱生物制藥有限公司；其它化學(xué)試劑：均為分析純。

1.2 主要設(shè)備與儀器

WYT型手持糖度儀：成都光學(xué)儀器廠；HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋：浙江金壇富華儀器有限公司；PHS-3C數(shù)字顯示pH計：成都方舟科技開發(fā)公司；家用榨汁機：九陽多功能料理機；臺式高速離心機：上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.3 測定方法

可溶性固形物：手持折光儀法；pH值：數(shù)字酸度計法。

1.4 方法

1.4.1 嫩竹液制備

嫩竹→分選、清洗→破碎（切成小塊）→蒸煮（120 ℃ ，2 h）→軟化打漿（料水比 1∶1，g/mL）→嫩竹液

將制得的嫩竹液進行酶解糖化試驗，酶解后，經(jīng)離心過濾（4000 r/min），即得清汁。

1.4.2 果膠酶對嫩竹液糖化效果的研究[1-2]

分別進行不同果膠酶劑量（pH3.5，溫度45℃，時間 2 h）、處理時間（pH3.5，溫度 45℃，酶劑量 2500 U/100 g）、溫度（pH3.5，時間 2 h，酶劑量 2500 U/100 g）和pH（溫度 45℃，時間 2 h，酶劑量 2500 U/100 g）對嫩竹液的糖化效果進行試驗，研究上述條件對提取液中可溶性固形物含量的影響。并在單因素試驗的基礎(chǔ)上進行正交試驗,確定果膠酶的最佳作用條件。

1.4.3 纖維素酶對嫩竹液糖化效果的研究[1-3]

分別進行不同纖維素酶劑量(pH4.5，溫度45℃，時間1 h)、處理時間(pH4.5，溫度45℃，酶劑量6000 U/100 g)、溫度(pH4.5，時間 1 h，酶劑量 6000 U/100 g)和pH(溫度50℃，時間1 h，酶劑量6000 U/100 g)對嫩竹液的糖化效果進行試驗，研究上述條件對提取液中可溶性固形物含量的影響。并在單因素試驗的基礎(chǔ)上進行正交試驗,確定纖維素酶的最佳作用條件。

1.4.4 淀粉酶對嫩竹液糖化效果的研究[4]

分別進行不同淀粉酶劑量(pH6，溫度60℃，時間3h)、處理時間（pH6，溫度 60℃ ，酶劑量 3000U/100g）、溫度(pH6，時間 3 h，酶劑量 3000U/100 g)和 pH(溫度60℃，時間3 h，酶劑量3000 U/100 g)對嫩竹液的糖化效果進行試驗，研究上述條件對提取液中可溶性固形物含量的影響。并在單因素試驗的基礎(chǔ)上進行正交試驗,確定淀粉酶的最佳作用條件。

1.4.5 中性蛋白酶對嫩竹液糖化效果的研究

分別進行不同中性蛋白酶劑量(pH7，溫度50℃，時間 3 h)、處理時間（pH7，溫度 50℃，酶劑量800 U/100 g)、溫度(pH7，時間 2.5 h，酶劑量 800 U/100 g）和pH（溫度 50℃，時間2.5 h，酶劑量 800 U/100 g）對嫩竹液的糖化效果進行試驗，研究上述條件對提取液中可溶性固形物含量的影響。并在單因素試驗的基礎(chǔ)上進行正交試驗,確定中性蛋白酶的最佳作用條件。（注：剛開始設(shè)定的時間為3 h，但第2步優(yōu)化后即選用的最優(yōu)時間2.5 h）

1.4.6 復(fù)合酶作用的研究

在單因素試驗的基礎(chǔ)上,進行復(fù)合酶解的工藝研究,共進行 9 個處理組,分別是：（1）不加酶；（2）纖維素酶；（3）纖維素酶+果膠酶；（4）纖維素酶+中性蛋白酶；（5）纖維素酶+淀粉酶；（6）纖維素酶+果膠酶+中性蛋白酶；（7）纖維素酶+果膠酶+淀粉酶；（8）纖維素酶+中性蛋白酶+淀粉酶；（9）纖維素酶+果膠酶+中性蛋白酶+淀粉酶（每一組處理均是按照上述單因素試驗確定的各自最佳條件按先后順序進行酶解）。

1.4.7 復(fù)合酶的作用順序

為研究選擇的3種酶的作用順序?qū)μ腔Ч挠绊?特設(shè)計以下幾組試驗：（1）纖維素酶→果膠酶→淀粉酶；（2）果膠酶→纖維素酶→淀粉酶；（3）果膠酶、纖維素酶→淀粉酶（表示果膠酶與纖維素酶同時添加，果膠酶與纖維素酶同時酶解的條件為47.5℃、pH4.25，1 h）；（4）果膠酶、纖維素酶→淀粉酶（果膠酶與纖維素酶同時酶解的條件為47.5℃、pH4.25，2 h）；（5）3 種酶同時添加(條件為 50 ℃、pH5，1 h)；（6）3 種酶同時添加(條件為 50 ℃、pH5，2 h)；（7）3 種酶同時添加(條件為50℃，pH5，3 h)。未注明的條件均為單因素試驗確定的該酶作用的最適條件。

1.4.8 酶用量的正交試驗

以L9（34）正交試驗來確定3種酶的最佳用量,因子水平表見表1。（酶解順序為1.4.7確定的最佳順序組合，即3號組合）。

表1 酶用量因子水平設(shè)計表Table 1 Levels of factors for enzyme dosage

1.4.9 果膠酶、纖維素酶復(fù)合酶酶解條件的確定

調(diào)配待酶解液的pH分別為4.0、4.25、4.5，在復(fù)合酶最佳酶量條件下，47.5℃酶解1 h，分別測定酶解液中可溶性固形物含量，以確定最佳的pH。

1.4.9.2 溫度的確定

調(diào)配待酶解液的pH為4.25，在復(fù)合酶最佳酶量條件下，分別在45、47.5、50℃酶解1 h，分別測定酶解液中可溶性固形物含量，以確定最佳的酶解溫度。

1.4.9.3 酶解時間的確定

調(diào)配待酶解液的pH為4.25，在復(fù)合酶最佳酶量條件下，47.5℃酶解，并在30 min后每隔10 min取樣測定酶解液的可溶性固形物含量，直至其不再變化，以確定最佳的酶解時間。

1.4.10 淀粉酶最佳作用時間的確定

按上述果膠酶與纖維素酶復(fù)合酶的最佳條件酶解后，調(diào)pH為6，在淀粉酶最佳酶量條件下，60℃進行酶解，并在60 min后每隔15 min取樣測定酶解液中可溶性固形物含量，直至其不再變化，以確定最佳的酶解時間。

受到雙冷源新風(fēng)機組安裝位置的限制，無法安裝制冷系統(tǒng)室外機，只能考慮將排風(fēng)作為制冷系統(tǒng)的排熱源，而受到房間正壓控制的需要，排風(fēng)量只有新風(fēng)量的80%左右，排風(fēng)不能完全帶走制冷系統(tǒng)的冷凝熱。因此考慮采用蒸發(fā)冷卻的方式，在排風(fēng)量一定的情況下利用水蒸發(fā)吸熱的特性加大排風(fēng)帶走的熱量，滿足機組制冷系統(tǒng)的需求。同時利用機組除濕過程中產(chǎn)生的冷凝水，利用提升泵送至蒸發(fā)冷卻器的補水箱，減少蒸發(fā)冷卻器的水的補充量。

2 結(jié)果與分析

2.1 果膠酶對嫩竹液糖化效果的研究結(jié)果

結(jié)果表明：最適作用條件為溫度45℃，時間2 h，酶劑量 2500 U/100 g，pH4。

2.2 纖維素酶對嫩竹液糖化效果的研究結(jié)果

結(jié)果表明：最適作用條件為溫度50℃，時間1 h，酶劑量 6000 U/100 g，pH4.5。

2.3 淀粉酶對嫩竹液糖化效果的研究結(jié)果

結(jié)果表明：最適作用條件為溫度60℃，時間3 h，酶劑量 3000 U/100 g，pH6。

2.4 中性蛋白酶對嫩竹液糖化效果的研究結(jié)果

結(jié)果表明：最適作用條件為溫度50℃，時間2.5 h，酶劑量 800 U/100 g，pH7。

對照組及4種酶在最佳酶解條件下得到的糖化液中可溶性固形物含量如圖1。

由圖1可以看出，4種酶都可以較顯著的提高竹汁中的可溶性固形物含量，其中纖維素酶的效果最顯著，從對照組的6.8%增加到了11.2%。為了進一步提高可溶性固形物含量，擬對各種酶進行組合，以效果最好的纖維素酶與其它酶聯(lián)合進行處理。

2.5 復(fù)合酶作用的研究結(jié)果

9組處理后糖化液中可溶性固形物含量如圖2所示。

由圖2可以看出，果膠酶、淀粉酶與纖維素酶有較強的協(xié)同作用，與第2組相比，第3組（纖+果）、第5組（纖+淀）、第7組（纖+果+淀）都使竹汁的可溶性固形物含量有較大提高，而中性蛋白酶協(xié)同作用不明顯（第4與第2組、第6與第3組、第8與第5組、第9與第7組相比均沒有明顯提高），究其原因，可能是由于所使用的纖維素酶、果膠酶均為粗酶，其中含有部分蛋白酶活性，能夠代替蛋白酶，使另添加的蛋白酶無明顯效果，而纖維素和果膠粗酶中雖然也含有一定的淀粉酶活性，但可能是由于嫩竹中淀粉含量較多，而粗酶中的活力不夠，所以另外添加淀粉酶后使竹汁中的可溶性固形物含量有明顯增加。因此選擇纖維素酶、果膠酶和淀粉酶進行后面的試驗。

2.6 復(fù)合酶作用順序的研究結(jié)果

7組處理后糖化液中可溶性固形物含量如圖3所示。

從圖3中可以看出，第3、4組可溶性固形物含量較高，可達15%以上，說明果膠酶和纖維素酶同時酶解有較好的協(xié)同作用，可能是由于原料中果膠和纖維素相互交織在一起，同時作用有增效的效果，而且能將果膠酶作用時間縮短為1 h（第4組與第3組效果相當(dāng)，無顯著增加）；通過第1組與第2組比較可得，先加果膠酶的效果不如先加纖維素酶，推測可能是由于原料中纖維素含量更高的原因，先加纖維素酶降解纖維素后更有利于果膠酶的作用；從第5、6、7組可以看出，3種酶同時添加效果遠(yuǎn)不如前面幾組，甚至不如3種酶單獨添加和不使用淀粉酶的對照組，分析原因，可能是3種酶的最適作用條件（特別是pH）不一致，本試驗中使用的pH為5.0，使3種酶均未在最適條件下作用；另外可能是果膠酶和纖維素酶將果膠和纖維素破壞后淀粉酶才能充分接觸淀粉起到酶解作用，所以第7組明顯高于第5、6組。從前述分析可以看出，在本試驗中，第3組為最佳組合，即果膠酶與纖維素酶共同作用1 h后，再添加淀粉酶作用3 h。

2.7 酶用量的正交試驗結(jié)果

確定酶用量的正交試驗結(jié)果和直觀分析分別如表2和圖4。

從極差分析和直觀分析圖可以看出，3種酶對可溶性固形物含量的影響順序為纖維素酶＞果膠酶＞淀粉酶，影響最顯著的為纖維素酶，可能是由于原料中纖維素含量最多，而且纖維素包裹著果膠和淀粉等物質(zhì)，只有纖維素酶作用或部分作用后，果膠酶和淀粉酶才能更好的作用，纖維素酶的最佳用量為6000 U/100 g，果膠酶的第2和3水平相差不大，為節(jié)約成本，這里選擇第2水平，即2000 U/100 g；淀粉酶對結(jié)果的影響最不顯著，其原因可能是兩方面，第一是果膠酶和纖維素酶均為粗酶，里面含有部分淀粉酶活性，第二是只有果膠酶和纖維素酶充分作用后，被包裹的淀粉才能充分與淀粉酶作用，在本試驗中淀粉酶最適用量為2500 U/100 g。所以本試驗選擇的最優(yōu)組合為A3B2C2，即纖維素酶、果膠酶、淀粉酶的用量分別為 6000、2000、2500 U/100 g。

表2 確定酶用量的L9（34）試驗結(jié)果Table 2 The results of s enzyme dosage ogonal experiment

2.8 果膠酶、纖維素酶復(fù)合酶酶解條件的確定

2.8.1 pH的確定

pH對可溶性固形物含量的影響變化，見圖5。

從圖5可以看出，當(dāng)pH為4.25時,酶解液中可溶性固形物含量最高,為14.5。

2.8.2 溫度的確定

溫度對可溶性固形物含量的影響變化見圖6。

從圖6可以看出，溫度在45℃～50℃之間變化時，對酶解液最終的可溶性固形物含量影響不大。

2.8.3 酶解時間的確定

酶解時間對可溶性固形物含量的影響變化，見圖7。

從圖7可以看出，當(dāng)復(fù)合酶作用50 min后，可溶性固形物含量基本不再升高，在沒有加入淀粉酶的情況下，可達14.4%。

2.9 淀粉酶最佳作用時間的確定

淀粉酶酶解時間對可溶性固形物含量的影響變化，見圖8。

從圖8可以看出，復(fù)合酶酶解后，再加淀粉酶，仍能較明顯的提高可溶性固形物含量，酶解90 min后，可溶性固形物含量基本不再增加，從14.4%增加到了15.1%。單因素試驗中，淀粉酶的最佳酶解時間為180 min，這里縮短了一半，原因可能是兩方面，一是復(fù)合酶中有淀粉酶活性，因此在復(fù)合酶作用時，一部分淀粉已經(jīng)被酶解，第二是復(fù)合酶作用后，原料中的纖維素和果膠被破壞，以利于淀粉酶更快的接觸和作用于淀粉。

3 結(jié)論

1）通過酶解可以大幅度提高嫩竹液的可溶性固形物含量，最佳工藝為：纖維素酶6000 U/100 g、果膠酶2000 U/100 g聯(lián)合在pH為4.25、45℃～50℃作用50 min后，再用2500 U/100 g的淀粉酶在60℃、pH6下作用90 min；在最佳工藝條件下嫩竹中的可溶性固形物含量可達15%以上，是對照組的2.2倍。

2）果膠酶和纖維素酶聯(lián)合作用有利于更快的破壞原料中的果膠和纖維素，能大大縮短酶解時間和提高可溶性固形物含量；復(fù)合酶作用后再加入淀粉酶，更有利于淀粉酶的作用。

3）果膠酶和纖維素酶中有部分淀粉酶和蛋白酶活性，在本試驗中，可代替蛋白酶和部分淀粉酶。

[1]唐小俊，池建偉，張名位.果膠酶和纖維素酶澄清荔枝提取液研究[J].食品工業(yè)，2007(2)：11－24

[2]楊佩榮.酶法澄清棗汁的研究[J].冷飲與速凍食品工業(yè)，2004,10(2)：21－23

[3]劉惠賓.嫩竹的糖化及嫩竹酒的研制[J].食品科學(xué)，1995,16(7)：32－34

[4]馬惠玲，岳田利，肖龍.蘋果渣酶促糖化效應(yīng)的研究[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2004,32(11)：76－80

Technology Study on Saccharifying by Enzyme of Tender Bamboo

HUANG Ye-chuan,LI Feng
（College of Life Science and Engineering，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621002,Sichuan，China）

2009-09-10

黃業(yè)傳（1976—），男（漢），講師，在讀博士，研究方向：食品加工。