竹芋淀粉液化及糖化條件的優(yōu)化

薛娟萍，朱昌叁，安家成

（廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西柳州545004）

竹芋淀粉液化及糖化條件的優(yōu)化

薛娟萍，朱昌叁，安家成*

（廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西柳州545004）

以竹芋淀粉為原料，以葡萄糖當(dāng)量值（DE）為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)竹芋淀粉液化及糖化工藝進(jìn)行研究，考察酶添加量、溫度、時(shí)間對(duì)DE值的影響。通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定了竹芋淀粉最佳的液化及糖化工藝。結(jié)果表明：最優(yōu)的液化工藝條件為酶添加量1.5%，液化時(shí)間2.5 h，液化溫度75℃；糖化的最優(yōu)條件為酶添加量1.5%、糖化時(shí)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(zhì)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(chǎn)于南美洲熱帶地區(qū)，我國南方常見栽培[1]。竹芋每株每年產(chǎn)根狀莖10多個(gè)，根狀莖含水分67%～75%，淀粉20%～28%，蛋白質(zhì)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(zhì)。其淀粉含量比馬鈴薯、木薯高，可得到更高的淀粉提取率，經(jīng)濟(jì)效益也更高。用竹芋生產(chǎn)酒精也是增加農(nóng)產(chǎn)品附加值、開拓生物燃料的一個(gè)重要的途徑。在竹芋淀粉的酒精生產(chǎn)工藝中，淀粉的液化及糖化條件優(yōu)化是提高酒精得率的重要環(huán)節(jié)之一。作者根據(jù)對(duì)竹芋淀粉的液化及糖化工藝研究結(jié)果，總結(jié)出本文，為竹芋深加工和利用提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

竹芋淀粉[4]：實(shí)驗(yàn)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(shù)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(jìn)醫(yī)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(guān)指標(biāo)的測定方法

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

1.2.3 竹芋淀粉液化工藝試驗(yàn)設(shè)計(jì)[6-13]

將竹芋淀粉按料液比1∶10（m/v）糊化后，進(jìn)行液化工藝的優(yōu)化。單因素試驗(yàn)條件定為a-淀粉酶添加量1%、液化時(shí)間3 h、液化溫度70℃。改變其中一個(gè)條件，固定其他條件分析各因素對(duì)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(shí)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(yàn)確定3個(gè)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(biāo)，設(shè)計(jì)三因素三水平的正交試驗(yàn)，確定液化最優(yōu)條件組合。

1.2.4 竹芋淀粉糖化工藝試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在最佳的液化工藝條件下進(jìn)行糖化工藝的優(yōu)化。單因素試驗(yàn)條件定為糖化酶添加量1%、糖化時(shí)間3h、糖化溫度60℃。改變其中一個(gè)條件，固定其他條件分析各因素對(duì)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(shí)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(yàn)確定3個(gè)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(biāo)，設(shè)計(jì)3因素3水平的正交試驗(yàn)，確定糖化最優(yōu)條件組合。

2 結(jié)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(duì)液化液DE值的影響

a-淀粉酶添加量對(duì)液化液DE值的影響見圖1。

圖1 a-淀粉酶添加量對(duì)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(shí)，DE值的增加減緩，考慮到成本因素，選取1.5%為較優(yōu)的a-淀粉酶添加量。

2.1.2 液化時(shí)間對(duì)液化液DE值的影響

液化時(shí)間對(duì)液化液DE值的影響見圖2。

圖2 液化時(shí)間對(duì)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(shí)間的延長，先增大而后減少，考慮成本因素，所以較優(yōu)的液化時(shí)間為2.5 h。

2.1.3 液化溫度對(duì)液化液DE值的影響

液化溫度對(duì)液化液DE值的影響見圖3。

圖3 液化溫度對(duì)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(yōu)的液化溫度為70℃。

2.1.4 竹芋淀粉液化的正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定因素水平（見表1），選取L9（34）正交表進(jìn)行試驗(yàn)。

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

由表2可知，各因素對(duì)液化液DE值均有影響，其影響的主次順序?yàn)椋阂夯瘻囟龋疽夯瘯r(shí)間＞a-淀粉酶添加量，綜合考慮成本等因素，液化的最優(yōu)水平組合為A2B2C3，即a-淀粉酶添加量1.5%，液化時(shí)間為2.5 h，液化溫度為75℃。

表2 正交試驗(yàn)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(duì)糖化液DE值的影響

糖化酶添加量對(duì)糖化液DE值的影響見圖4。

圖4 糖化酶添加量對(duì)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(shí)達(dá)到最大值，所以糖化最優(yōu)的糖化酶添加量為1.5%左右。

2.2.2 糖化時(shí)間對(duì)液化液DE值的影響

糖化時(shí)間對(duì)糖化液DE值的影響見圖5。

圖5 糖化時(shí)間對(duì)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(shí)間的延長，糖化液DE值先增大后減小，時(shí)間為2.5 h時(shí)DE值最大，所以糖化的較優(yōu)時(shí)間在2.5 h左右。

2.2.3 糖化溫度對(duì)液化液DE值的影響

糖化溫度對(duì)液化液DE值的影響見圖6。

圖6 糖化溫度對(duì)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(shí)，糖化液DE值達(dá)到最大，所以糖化的較優(yōu)溫度在50℃左右。

2.2.4 竹芋淀粉糖化的正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定因素水平（見表3），選取L9（34）正交表進(jìn)行試驗(yàn)。

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

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

由表4可知，各因素對(duì)糖化液DE值均有影響，其影響的主次順序?yàn)椋禾腔柑砑恿浚咎腔瘻囟龋咎腔瘯r(shí)間，綜合考慮成本等因素，液化的最優(yōu)水平組合為A3B2C3，即糖化酶添加量2%，糖化時(shí)間為2.5 h，糖化溫度為55℃。

2.3 正交驗(yàn)證試驗(yàn)

在液化的最佳條件下（a-淀粉酶添加量1.5%，液化時(shí)間為2.5 h，液化溫度為75℃），對(duì)竹芋淀粉進(jìn)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(shí)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(yàn)組中糖化DE值的最高組合，所以確定糖化最優(yōu)水平組合為A2B2C3，即糖化酶添加量1.5%，糖化時(shí)間為2.5 h，糖化溫度為55℃。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)對(duì)竹芋淀粉的液化和糖化工藝進(jìn)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(shí)間為2.5 h，液化溫度為75℃，此時(shí)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(jìn)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(shí)間為2.5 h，糖化溫度為55℃，此時(shí)糖化的DE值為76.36%。

[1]宋新南,宋爽.纖維素生物燃料酒精技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].釀酒科技,2007(9):86-87

[2]莊馥萃.值得開發(fā)的淀粉作物-竹芋[J].技術(shù)開發(fā)與引進(jìn),1992(3): 13-14

[3]徐雄譯.竹芋-糧食、飼料、燃料和纖維的來源[J].野生植物研究, 1985,25(3):12-19

[4]薛娟萍.竹芋淀粉的提取工藝研究[J].食品研究與開發(fā),2014,35 (8):59-61

[5]周光理.食品分析與檢測技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006: 77-80

[6]伍時(shí)華,蔣常德,易弋,等.木薯酒精濃醪發(fā)酵中液化條件的優(yōu)化[J].食品科學(xué),2007,28(10):381-383

[7]謝主蘭,吳雪輝.板栗深加工中淀粉的酶水解研究[J].食品科學(xué), 2003,24(10):62-66

[8]鐘浩,譚興和,熊興耀,等.雙酶法液化及糖化馬鈴薯干粉工藝的研究[J].食品研究與開發(fā),2009,30(1):8-12

[9]陳輝,林親錄,田蔚,等.大米淀粉酶法液化工藝的研究[J].糧食與食品工業(yè).2008,15(4):31-33

[10]李次力,繆銘.酶解甜玉米糖化液開發(fā)營養(yǎng)性飲料的研究[J].食品科學(xué),2005,26(5):175-178

[11]喬聚林,劉傳富,左進(jìn)華,等.糯米稠酒生產(chǎn)中液化條件的研究[J].食品工業(yè)科技,2009(3):234-236

[12]劉鐘棟,高莉,王艷麗,等.小麥淀粉液化工藝優(yōu)化與液化淀粉納米結(jié)構(gòu)研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2008,39(1):88-90

[13]秦捷,姚茂君.涼薯液化糖化工藝[J].食品研究與開發(fā),2010,31 (10):117-120

歡迎訂閱2015年《食品研究與開發(fā)》

《食品研究與開發(fā)》是由天津市食品研究所有限公司和天津市食品工業(yè)生產(chǎn)力促進(jìn)中心主辦，國內(nèi)外公開發(fā)行的食品專業(yè)科技期刊，于1980年創(chuàng)刊，2013年變更為半月刊，采用國際流行開本大16開。其專業(yè)突出，內(nèi)容豐富，印刷精美，是一本既有基礎(chǔ)理論研究，又包括實(shí)用技術(shù)的刊物。本刊已被“萬方數(shù)據(jù)庫”、“中文科技期刊數(shù)據(jù)庫”、《烏利希期刊指南》、美國《化學(xué)文摘》、英國國際農(nóng)業(yè)與生物科學(xué)研究中心（CABI）等知名媒體收錄，并被列入“中文核心期刊”、“中國科技核心期刊”。主要欄目有：基礎(chǔ)研究、分離提取、食品研發(fā)、工藝技術(shù)、天然產(chǎn)物、檢測分析、生物工程、營養(yǎng)保健、貯藏保鮮、質(zhì)量安全、專題論述、食品機(jī)械等。

本刊國內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)CN 12-1231/TS；國際刊號(hào)ISSN 1005-6521；郵發(fā)代號(hào)：6-197。全國各地郵局及本編輯部均可訂閱。從本編輯部訂閱全年刊物享八折優(yōu)惠。2015年定價(jià)：20元/冊(cè)，全年480元。

本編輯部常年辦理郵購，訂閱辦法如下：

（1）郵局匯款。地址：天津市靜?？h靜海經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)南區(qū)科技路9號(hào)；收款人：《食品研究與開發(fā)》編輯部；郵政編碼：301600。

（2）銀行匯款。開戶銀行：工商銀行靜海支行

賬號(hào)：0302095119300204171；單位：天津市食品研究所有限公司。

《食品研究與開發(fā)》編輯部

E-mail：tjfood@vip.163.com

電話（傳真）：022-59525671

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(yè)科技項(xiàng)目《廣西特色森林蔬菜人工栽培技術(shù)研究及種植示范》（桂林科字（2012）第1號(hào)）

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

*通信作者：安家成（1961—），男，教授，從事植物分類與應(yīng)用研究。