山藥糖化工藝的研究

張?zhí)焖?趙 華

(天津科技大學生物工程學院，天津 300457)

山藥是一種藥食同源的多年生草本植物[1]?！渡褶r本草經》云：“薯蕷味甘溫，主傷中、補虛羸，除寒熱邪氣，補中益氣，長肌肉，久服耳目聰明，輕身不饑，延年?！?《本草綱目》認為山藥能“益腎氣、健脾胃、止瀉痢、化癱涎、潤毛皮”[2]。山藥具有補脾養(yǎng)胃、生津益肺的功效[3-4]；臨床研究顯示，山藥還具有促進細胞增殖，抑制微生物活性，降低血糖，預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、蛋白質和脂肪等，淀粉含量豐富，易糊化，有利于進行微生物發(fā)酵。

本文利用單因素實驗和正交實驗對山藥糖化條件進行優(yōu)化，確定最佳預處理條件，為山藥發(fā)酵酒的研究和發(fā)展奠定基礎。

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 實驗方法

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山藥樣品中還原糖的含量[10]，計算公式見式(1)。

水解程度(%)=C1/C0/×100

(1)

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

1.2.3 山藥液化單因素實驗

將新鮮的山藥清洗干凈后，去除山藥皮，在105 ℃的高壓鍋內蒸煮15 min，按照料液比為1∶1.5進行打漿，制備山藥漿。以淀粉水解程度為主要參考標準，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后進行單因素實驗，確定最佳的液化條件。

1.2.4 山藥糖化單因素實驗

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 ℃)和糖化時間(1、1.5、2、2.5、3 h)進行單因素實驗，以淀粉水解程度為主要指標，確定最佳的糖化條件。

1.2.5 正交實驗

以單因素實驗的結果為基礎，以糖化后的淀粉水解程度為主要標準，利用正交實驗對山藥漿的最佳液化與糖化條件進行優(yōu)化，液化和糖化條件的正交實驗設計表見第17頁表1和表2，以確定最佳的山藥預處理條件。

表1 液化條件正交實驗水平表

表2 糖化條件正交實驗水平表

2 結果及討論

2.1 糖化實驗條件的確定

2.1.1 糖化酶添加量對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，檢測樣品中的還原糖含量，確定最佳液化時間。結果如圖1所示。

圖1 糖化酶添加量對水解程度的影響

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，當糖化酶添加量達到200 U/g時，再繼續(xù)增加糖化酶的添加量，水解程度幾乎沒有變化?？赏茢啵斕腔傅牧窟_到200 U/g時，糖化酶已和多糖、糊精等充分反應，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，檢測樣品中的還原糖含量，確定最佳液化時間。結果如圖2所示。

圖2 糖化溫度對水解程度的影響

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。當糖化溫度達到60 ℃時，淀粉的水解程度達到最大值，再提高溫度，淀粉的水解程度降低?？赡茉蛟谟冢瑴囟冗^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 糖化時間對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，檢測樣品中的還原糖含量，確定最佳液化時間。結果如圖3所示。

圖3 糖化時間對水解程度的影響

由圖3可知，在一定糖化時間范圍內，糖化時間與淀粉的水解程度幾乎可成正相關關系，隨著糖化時間的延長，水解程度在不斷提高。當糖化時間為2 h時，水解程度達到91.25(±0.89)%。隨著時間的延長，當糖化時間為3 h時，淀粉水解程度達到92.31(±1.35)%，增長了1.16%，增幅較小。在實際生產中，可能存在糖化與發(fā)酵同時的情況，再考慮生產周期等因素。因此，選擇最佳糖化時間為2 h。

2.2 山藥糖化條件正交實驗

以淀粉的水解程度為主要考察指標，以單因素實驗結果為基礎，設計L9(34)正交實驗對山藥的糖化工藝進行優(yōu)化，確定最佳的糖化條件。正交實驗分析結果如第18頁表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，在這3個影響因素中，對淀粉糖化的影響主次糖化時間>糖化溫度>糖化酶的添加量，即糖化時間對淀粉糖化的影響程度最大。且通過方差分析，糖化時間對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 ℃，糖化時間為3 h，此時山藥中淀粉的水解程度達到最大，糖化效果最好，并在此實驗條件下進行3次驗證實驗，淀粉水解程度為96.26(±2.89)%。

表3 正交實驗結果分析

表4 方差分析結果

3 結論

本實驗通過單因素實驗和正交實驗對山藥中淀粉的糖化工藝進行優(yōu)化，最終確定最佳預處理條件為糖化酶的添加量為200 U/g，糖化溫度為60 ℃，糖化時間為3 h。再進行驗證實驗，在此最佳預處理條件下，山藥的淀粉水解程度可達到96.26(±2.89)%，為進一步利用山藥酒調配復合飲料的開發(fā)與研究提供參考與理論依據。