山藥液化工藝的研究

張?zhí)焖?趙 華

(天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院，天津，300457)

山藥是一類藥食兩用的薯蕷科(dioscoreaceae)薯蕷屬植物[1]，在我國(guó)分布廣泛，種類繁多。山藥中含有許多具有研究?jī)r(jià)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(diào)節(jié)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(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)山藥的液化條件進(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[19]。山藥水解程度計(jì)算見式(1)。

水解程度(%)=C1/C0×100

(1)

式中，C1糖化后待測(cè)樣品中還原糖質(zhì)量濃度，g/L；C0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)，確定最佳糖化條件。

1.2.5 正交實(shí)驗(yàn)

以單因素實(shí)驗(yàn)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24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 液化實(shí)驗(yàn)條件的確定

2.1.1 液化酶添加量對(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(cè)樣品中還原糖的含量，確定最佳液化酶用量。結(jié)果如圖1所示。

圖1 液化酶添加量對(duì)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(dāng)液化酶的添加量為2 U/g時(shí)，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(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(cè)樣品中還原糖的含量，確定最佳液化溫度。結(jié)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(dá)到90 ℃時(shí)，水解程度達(dá)到最大值，超過90 ℃，在逐漸下降。主要是因?yàn)椋瑴囟冗^高，導(dǎo)致液化酶活性降低，進(jìn)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(duì)于水解程度的影響

2.1.3 液化時(shí)間對(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(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 液化時(shí)間對(duì)水解程度的影響

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

2.1.4 山藥液化條件正交實(shí)驗(yàn)

以淀粉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)山藥的液化工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳的液化條件。正交實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果如第25頁(yè)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(biāo)，在這3個(gè)液化條件中，對(duì)山藥液化影響的主次順序?yàn)橐夯瘯r(shí)間>液化溫度>液化酶添加量，即，液化時(shí)間對(duì)DE值的影響最大。通過方差分析，液化溫度和液化時(shí)間對(duì)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(shí)間為60 min時(shí)，山藥中淀粉的水解程度達(dá)到最大，即液化效果最佳。在該實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，淀粉水解程度可達(dá)到(90.57±1.68)%，均高于9組正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

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)山藥中淀粉的液化工藝進(jìn)行優(yōu)化，最終確定最佳預(yù)處理?xiàng)l件為液化酶的添加量為2 U/g，液化溫度為95 ℃，液化時(shí)間為60 min。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(90.57±1.68)%，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)。