红小豆粉液化及糖化条件研究

胡 静，孟芮羽，张 盈，孙 琳，杜双奎*

（西北农林科技大学 食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100）

红小豆（Vigna angularis）为豆科植物赤豆的种子，外被赤褐色或红色外衣包裹，又名赤小豆、红豆。因其富含淀粉，可为人类提供膳食能量，所以又称之为“饭豆”。红小豆，全国各地都有栽培，每年产量为20～40万t，主要分布于华北、东北地区，南方部分地区也有少量种植[1]。据报道，每100g红小豆中除含有糖类58.5g、蛋白质20.0g、脂肪0.5g、粗纤维4.9g以及微量元素外，还含有色素、三菇皂甙、植物甾醇等有效成分。国内外研究表明，红小豆具有补脾、补血、生津、益气、益肾、补肝等保健功能，在糖尿病、肿瘤等疾病的预防和控制方面具有一定的作用[2-4]。红小豆豆皮中含有的多酚类物质具有抗氧化作用[2]。红小豆除直接食用外，常加工成豆沙或豆馅[5]，近年来也相继开发了红豆奶、红豆冰激淋、红豆酸奶等相关产品[6-7]。韩涛等[8]对红小豆种皮中红色素的理化性质进行研究，高群玉等[9-10]对红小豆淀粉理化特性研究，何梅等[11]对红小豆膳食纤维开展了研究，YOUSIF AM等[12]研究了贮藏对红小豆蛋白质和淀粉性质的影响。由此可见，对红小豆的加工利用、性质研究越来越深入，但涉及发酵研究鲜见报道。红小豆中含有丰富的淀粉，可经糊化、液化、糖化处理后成为可发酵性糖，从而为发酵微生物所用。本研究以红小豆为试验材料，对红小豆粉液化、糖化工序进行研究，探讨液化、糖化条件，以期为红小豆的深加工、红小豆发酵食品的开发奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红小豆：购于陕西杨陵大型超市，籽粒饱满，色泽正常，符合NY/T 599-2002。

DNS试剂（称取3.25g 3，5-二硝基水杨酸溶于少量蒸馏水中，移入500mL容量瓶，加2mol/L氢氧化钠溶液162.5mL，再加入22.5g丙三醇，摇匀，定容至500mL，贮存于棕色瓶放置7d后备用）；α-淀粉酶（活力≥3700U/g）、糖化酶（活力≥100000 U/g）：北京奥博星生物技术有限公司；HCl溶液、NaOH溶液等。

1.2 仪器与设备

UV-1200分光光度计：上海光谱仪器有限公司；SHA-C恒温振荡器：常州国华电器有限公司；KDC-40低速离心机：科大创新股份有限公司中佳分公司；S-3400N型扫描电子显微镜：株式会社日立制作所（HITACHI）；MSP-1S型离子溅射仪：日本真空装置有限公司；FW100高速万能粉碎机：天津泰斯特仪器有限公司；DHG-9146A型电热恒温鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

红小豆→粉碎→加水→糊化→液化→糖化

1.3.2 操作要点

（1）粉碎：将红小豆放入粉碎机中粉碎，过40目筛，收集红小豆粉备用。

（2）加水：取红小豆粉，按料水比1∶4（m∶v）加入蒸馏水，为红小豆淀粉的糊化做准备。

（3）糊化：将红小豆粉-水混合物沸水浴30min，使红小豆淀粉充分吸水膨胀，发生糊化，期间不断搅拌，有利于充分糊化。

（4）液化：液化是将淀粉水解成为可溶性的低聚糖或糊精的过程，液化效果的好坏直接影响后续的糖化作用。α-淀粉酶可以随机降解淀粉内的α-1，4糖苷键，使淀粉水解。按试验设计加入一定量的α-淀粉酶，控制试验温度、pH值，酶解30min，碘液显色为无色，表明液化完全。

（5）糖化：糖化是进一步将液化水解的产物水解成为小分子的糖的过程。糖化酶能催化水解α-1，6糖苷键，使淀粉水解更加彻底。在液化体系中加入一定量的糖化酶，在一定温度、pH值条件下，糖化20h，分析糖化效果。

1.3.3 液化工序单因素试验

以还原糖含量为试验指标，以α-淀粉酶添加量（0.005%～0.065%）、温度（40℃～80℃）、pH值（4～8）为试验因素设计单因素试验，分别研究液化条件对液化规律的影响，确定α-淀粉酶的酶解条件。

1.3.4 糖化工序单因素试验

以还原糖含量为试验指标，以糖化酶加量（0.1%～1.7%）、温度（50℃～80℃）、pH值（3～7）为试验因素设计单因素试验，分别研究糖化因素对糖化效果的影响，确定糖化酶的酶解条件。

1.3.5 还原糖测定

采用DNS法测定液化液、糖化液中的还原糖含量。取适量液化液、糖化液于离心管中，于3800r/min离心30min，取上清液采用DNS法测定还原糖含量。

1.3.6 微观结构观察

分别取少量红小豆粉、糖化残渣固定在扫描电子显微镜的样品台上，并进行喷金处理。经过短暂干燥后，用扫描电子显微镜观察并拍摄具有代表性的微观结构，以观察红小豆的水解情况。

2 结果与分析

2.1 红小豆液化条件的确定

2.1.1 α-淀粉酶加量对红小豆液化效果的影响

固定液化温度为60℃，pH值为5，设置α-淀粉酶添加量分别为0.005%、0.02%、0.035%、0.05%、0.065%（以红豆粉质量计），液化30min，α-淀粉酶加量对红小豆液化效果的影响见图1。

图1 α-淀粉酶添加量对红小豆液化效果的影响Fig.1 Effects of α-amylase amount on liquefaction of adzuki bean

由图1可以看出，随着α-淀粉酶添加量的增加，还原糖含量呈增加趋势。当α-淀粉酶添加量大于0.035%，还原糖含量增加趋于平缓。这可能是由于α-淀粉酶添加量达到0.035%时，α-淀粉酶与底物结合基本完全，致使还原糖含量基本保持不变。因此确定液化α-淀粉酶添加量为0.035%。

2.1.2 液化温度对红小豆液化效果的影响

控制α-淀粉酶添加量为0.035%，pH值为5，分别在40℃、50℃、60℃、70℃、80℃液化30min，液化温度对红小豆液化效果的影响见图2。

图2 温度对红小豆液化效果的影响Fig.2 Effects of temperature on liquefaction of adzuki bean

由图2可知，随着液化温度的升高，还原糖含量呈先逐渐增大后减小趋势，温度为60℃时，还原糖含量最大。这与所选用α-淀粉酶为中温生物酶有关。当温度超过60℃，α-淀粉酶的活性有所减弱，液化效果下降，还原糖含量逐渐减小。所以60℃为适宜的液化温度。

2.1.3 pH值对红小豆液化效果的影响

固定α-淀粉酶添加量为0.035%，温度为60℃，分别在pH值为4、5、6、7、8时液化30min，pH值对红小豆液化效果的影响见图3。

图3 pH值对红小豆液化效果的影响Fig.3 Effects of pH on liquefaction of adzuki bean

由图3可以看出，随着pH值的升高，还原糖含量有先增大后减小趋势。当pH值为5时，还原糖含量最高。这可能是由于随着pH值的增加，接近了α-淀粉酶的最适pH值，α-淀粉酶的活力逐渐增强，还原糖含量逐渐增加。随着pH值的继续增大，α-淀粉酶的活力越来越弱，作用力下降，还原糖含量逐渐减小。确定选取液化最适pH值为5。

2.2 红小豆糖化条件的确定

2.2.1 糖化酶添加量对红小豆糖化效果的影响

待液化完全后，按红豆粉质量分别添加0.1%、0.5%、0.9%、1.3%、1.7%（以红豆粉质量计）糖化酶，在60℃、pH 5的条件下糖化20h，以还原糖含量为指标，分析糖化酶添加量对红豆糖化效果的影响，结果见图4。

图4 糖化酶加量对红小豆糖化效果的影响Fig.4 Effects of glucoamylase amount on saccharification of adzuki bean

由图4可知，随着糖化酶加量的增加，还原糖含量呈不断增加趋势。当糖化酶添加量为0.9%时，还原糖含量最大。当糖化酶添加量超过0.9%，还原糖含量增加趋于平缓，表明糖化酶与底物已达到了饱和作用。确定糖化时的适宜加酶量为0.9%。

2.2.2 糖化温度对红小豆糖化效果的影响

控制糖化酶加量为0.9%，pH值为5，糖化温度分别设为50℃、60℃、70℃、80℃，糖化20h，试验结果见图5。

图5 糖化温度对红小豆糖化效果的影响Fig.5 Effects of temperature on saccharification of adzuki bean

由图5可以看出，糖化温度对还原糖含量有影响，随着温度的升高，还原糖含量有下降趋势，60℃时还原糖含量最高，表明糖化酶作用效果充分；70℃、80℃时还原糖含量明显下降，这可能与部分糖化酶失活有关。因此确定糖化时的最适温度为60℃。

2.2.3 pH值对红小豆糖化效果的影响

固定糖化酶加量为0.9%，温度为60℃糖化20h，pH值对红小豆糖化效果的影响见图6。

图6 pH对红小豆糖化效果的影响Fig.6 Effects of pH on saccharification of adzuki bean

由图6可知，随着糖化体系pH值升高，还原糖含量呈先增大后减小趋势。当pH值为4时，还原糖含量最大，但与pH值为3时的还原糖含量差异不显著，pH值为7时，还原糖含量最低。这与试验用糖化酶适宜作用pH值为3～5有关。选择pH值为4为最佳条件。

2.3 微观结构分析

对红小豆粉、糖化残渣进行电镜扫描观察，结果见图7。

由图7可以看出，红小豆粉中的粉状颗粒呈分散状态，淀粉颗粒比较完整，为圆形、肾形，由蛋白膜、纤维等包裹。糖化残渣中蛋白膜展开，体系成为絮状的团块结构，蛋白膜上有凹陷或空洞，这可能是淀粉颗粒原来所在位置，淀粉颗粒基本完全消失，表明淀粉颗粒基本水解完全。

图7 电镜扫描图片（400×）Fig.7 Scanning electron microscopy images

3 结论

通过对红豆粉液化与糖化条件单因素试验分析，红小豆粉液化时α-淀粉酶加量为0.035%，液化温度为60℃，pH值为5，液化30min还原糖含量为35.63mg/mL。其液化液在0.9%糖化酶、60℃、pH值为4时糖化20h，还原糖含量达87.10mg/mL，还原糖含量显著提高。对糖化残渣进行电镜扫描观察，红小豆淀粉已基本水解完全，为后续发酵的进行奠定良好的基础。

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