中溫型α-淀粉酶水解山藥淀粉制備麥芽糊精研究

曹允潔

（濱州學(xué)院化工與安全學(xué)院，山東 濱州 256603）

麥芽糊精為DE 值（葡萄糖值）小于20 的淀粉水解產(chǎn)物，具有無色、無臭、溶解性能好、水溶液流動(dòng)性能高、黏度適中、吸濕性低、保水性能優(yōu)良、泡沫穩(wěn)定性和乳化性強(qiáng)、成膜性和賦形性佳、甜度低、易被人體吸收、有一定的包裹性和吸附性、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)[1]。此外它還含有微量元素及礦物質(zhì)（鐵、鈣）等人體不能缺少的物質(zhì)，對(duì)人體正常的新陳代謝有促進(jìn)作用。在食品加工行業(yè)，麥芽糊精被廣泛利用[2-4]。

山藥是一種藥食兩用的中藥材，在熱帶和亞熱帶地區(qū)分布廣泛，具有不同的產(chǎn)地特征。山藥含有大量的淀粉、氨基酸、礦質(zhì)元素（鐵、鈣等）以及高分子糖、淀粉糖化酶、維生素等生物活性成分，具備滋養(yǎng)脾胃、抗老化、免疫調(diào)節(jié)等療效，可治療脾虛腹瀉、肺虛咳喘、糖尿病、慢性腸炎等疾病[5]。新鮮山藥中，淀粉占總質(zhì)量的百分比為16%～20%，提取山藥多糖后的淀粉質(zhì)量百分比為60%～85%。最近幾年，從山藥中提取高分子糖、蛋白質(zhì)、維生素等成分的研究很多[6-9]，但提純之后的山藥淀粉卻沒有被充分利用。因此，提高山藥淀粉的利用率，不僅可以增加淀粉的種類，還能拓展山藥的應(yīng)用領(lǐng)域，增加其附加價(jià)值。

本文以山藥為原料提取山藥淀粉，采用中溫型α-淀粉酶酶法水解山藥淀粉，制備了麥芽糊精，并對(duì)工藝條件進(jìn)行了研究，期望能開發(fā)制備麥芽糊精的簡(jiǎn)易方法，為提高山藥淀粉的利用率提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試劑：山藥，中溫型α-淀粉酶（3700U·g-1）、NaOH、HCl、硫代硫酸鈉、I2、H2SO4、KI、可溶性淀粉、酒石酸鉀鈉、CuSO4·5H2O、葡萄糖、Na2CO3（均為AR）。

儀器：AUY120 型分析電子天平，SSY 恒溫水浴箱，XYJ-802 臺(tái)式低速離心機(jī)，pH-3D 精密pH 計(jì)，JJ-1 電動(dòng)攪拌機(jī)，KDM 電熱套。

1.2 山藥淀粉的制備

山藥洗凈，削皮，切成碎片，用攪拌器攪拌成漿，用85℃熱水浸泡4h 以提取多糖。冷卻后2000 r·min-1離心得到沉淀，主要成分為淀粉，用95%乙醇浸泡4h（純化）。倒出乙醇，在烘箱中80 ℃烘干，研磨得到山藥淀粉。

1.3 麥芽糊精的制備

山藥淀粉用蒸餾水調(diào)成一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的淀粉漿液，用1mol·L-1的HCl 調(diào)pH 至6.0 左右，在恒溫水浴鍋中加熱到一定溫度，加入適量的α-淀粉酶反應(yīng)一定時(shí)間，加1mol·L-1的HCl 溶液，調(diào)pH 至2.0～3.0 左右。冷卻后再用1 mol·L-1的NaOH 調(diào)pH 至7.0 左右，2000 r·min-1離心20 min，取上清液測(cè)量DE 值。

1.4 麥芽糊精DE 值的測(cè)定[10-11]

1.4.1 配制溶液

A 液：稱取69.3 g 的CuSO4·5H2O 溶于500mL蒸餾水中，定容至1000 mL。

B 液：稱 取173 g 的KNaC4H4O6·4H2O 和50 g的NaOH 溶于300 mL 蒸餾水中，定容至500 mL。1.4.2 空白樣的測(cè)定

250 mL 碘量瓶中加入25 mL 蒸餾水，然后加入A、B 液各10 mL，加熱至微沸并保持2min。冷卻后，各加入10 mL 的KI 溶液和H2SO4溶液，再加入1%淀粉溶液2 mL。用0.1 mol·L-1的Na2S2O3溶液滴定至藍(lán)色消失，記錄消耗的Na2S2O3溶液體積V0。

1.4.3 標(biāo)準(zhǔn)樣的測(cè)定

5 mL 的1%葡萄糖溶液和20 mL 蒸餾水加入250 mL 碘量瓶中，然后加入A、B 液各10 mL，加熱至微沸，保持2min。冷卻后加入KI 溶液和H2SO4各10mL，再加入1%的淀粉溶液2mL。用0.1 mol·L-1的Na2S2O3溶液滴定至藍(lán)色消失，記錄消耗的Na2S2O3溶液體積V1。

1.4.4 樣品的測(cè)定

1 mL 樣品溶液和24 mL 蒸餾水加入250 mL 碘量瓶中，然后加入A、B 液各10 mL，加熱至微沸，保持2min。冷卻后加入KI 溶液和H2SO4各10 mL，再加入1%的淀粉溶液2 mL。用0.1 mol·L-1的Na2S2O3溶液滴定至藍(lán)色消失，記錄消耗的Na2S2O3溶液體積V2。

DE 值的計(jì)算公式為：

2 結(jié)果與討論

2.1 水解溫度對(duì)DE 值的影響

固定底物（山藥淀粉）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，中溫型α-淀粉酶的添加量為0.15g，水解時(shí)間20min，分別在50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃下進(jìn)行水解，研究水解溫度對(duì)DE 值的影響，結(jié)果見圖1。由充分糊化，反應(yīng)單一[12]，酶的活性隨溫度升高而增大，超過65℃后酶活性降低。因此酶的最適溫度是65℃。

圖1 水解溫度與DE 值關(guān)系曲線

2.2 酶添加量對(duì)DE 值的影響

固定底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，水解時(shí)間20min，水解溫度65 ℃，分別加入0.05g、0.1g、0.15g、0.2g、0.25g、0.3g 的中溫型α-淀粉酶，探討酶添加量對(duì)DE 值的影響，結(jié)果見圖2。由圖2 可看出，在相同的溫度、時(shí)間和底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，DE 值隨酶添加量的增多而增大，酶添加量在0.05～0.1 g 時(shí)，DE 值的變化速度小于0.1～0.15 g 的變化速度，而0.15～0.3 g時(shí)，DE 值的變化速度又小于0.05～0.1 g 的速度。這是因?yàn)槊噶康脑黾邮沟玫矸叟c酶的接觸更完全，所以淀粉水解得更加徹底；但隨著酶量增加，淀粉的分布也會(huì)不均勻，使得酶的催化效率降低。因此添加0.15g 的淀粉酶，淀粉的水解效果較好。

圖2 酶添加量與DE 值關(guān)系曲線

2.3 水解時(shí)間對(duì)DE 值的影響

固定底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，中溫型α-淀粉酶添加量為0.15g，水解溫度65℃，分別水解反應(yīng)5min、10min、15min、20min、25min、30min，冷卻后中和取樣，離心測(cè)定DE 值。水解時(shí)間與產(chǎn)物DE 值的關(guān)系見圖3。由圖3 可看出，在相同的溫度、酶量和底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，隨水解時(shí)間的延長，麥芽糊精的DE 值變化呈現(xiàn)拋物線趨勢(shì)。5～20 min 時(shí)呈上升趨勢(shì)，20～30 min 時(shí)呈下降趨勢(shì)，20 min 時(shí)達(dá)到最大值。這是因?yàn)殡S著時(shí)間延長，分子間的熱運(yùn)動(dòng)增加，更多的酶與淀粉發(fā)生接觸，使得DE 值增大。隨著時(shí)間的延長，反應(yīng)底物的直鏈淀粉基本被水解[13]，加上山藥淀粉中含有的蛋白質(zhì)及礦質(zhì)元素有褐變發(fā)生，阻礙了水解反應(yīng)，達(dá)到一定時(shí)間后DE 值下降。因此水解時(shí)間20 min 時(shí)，淀粉的水解效率更好。

圖3 水解時(shí)間與DE 值關(guān)系曲線

2.4 底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)DE 值的影響

固定中溫型α-淀粉酶添加量為0.15g，水解溫度65℃，水解時(shí)間20min，稱取山藥淀粉，分別調(diào)成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%、6%、8%、10%、12%、14%的漿液，研究底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)DE 值的影響，關(guān)系曲線見圖4。由圖4 可知，在相同的溫度、酶量和時(shí)間下，隨著底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，DE 值的變化為先增大后減小。濃度為4%～6%時(shí)，DE 值的變化較緩，6%～10%時(shí)增長較快，10%～14%時(shí)則出現(xiàn)下降。這是由于隨著底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，淀粉與酶的接觸更充分，反應(yīng)效率更高，DE 值也逐漸增加；但底物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大到一定程度后，淀粉糊化不徹底，反應(yīng)中的水分子相對(duì)減少，阻礙了水解反應(yīng)，導(dǎo)致DE 值下降。因此，根據(jù)水解效率，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的淀粉漿液較好。

圖4 底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與DE 值的關(guān)系曲線

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采取酶法水解山藥淀粉，制備了麥芽糊精。通過單因素實(shí)驗(yàn)，研究了水解溫度、酶添加量、水解時(shí)間和底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)產(chǎn)物DE 值的影響。得到以下結(jié)論：

1）隨著水解溫度升高，麥芽糊精DE 值先增大后減小，65℃出現(xiàn)最大值。麥芽糊精的DE 值隨酶添加量的增加而增大并趨向平穩(wěn)。隨水解時(shí)間的增加，麥芽糊精的DE 值大致呈拋物線狀，20min 時(shí)有最大DE 值。隨著底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，麥芽糊精的DE 值大致呈拋物線狀，10%時(shí)有最大值。

2）最佳的工藝條件為：水解溫度65℃、酶添加量為0.15g、水解時(shí)間為20min、底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，所得麥芽糊精的DE 值為5.80。

3）山藥淀粉制備得到的麥芽糊精是濃縮液體，無異味，可廣泛用于食品加工中。利用山藥淀粉制備麥芽糊精，拓展了山藥的應(yīng)用領(lǐng)域，增加了其附加價(jià)值。