酶法液化玉米淀粉技术的研究

韩冬梅 李桐徽

【摘 要】 本试验是利用中温α-淀粉酶液化玉米淀粉，以期得到较高DE值的产品，系统的研究了液化过程中的主要影响因素及其相互作用。通过实验确定优化的最佳液化条件为：液化温度为75℃，α-淀粉酶的用量为25mg酶/g淀粉，底物浓度为35%，液化时间为26min。此条件下水解液的DE值为56.55%

【关键词】 玉米淀粉；中温α-淀粉酶；液化

[Abstract] This study was conducted to liquefy corn starch with medium temperature and high-q amylase in order to obtain high DE value products. The main influencing factors and their interactions in the liquefaction process were systematically studied. Optimized through experiments the optimum liquefaction conditions as follows： the liquefaction temperature of 75 ℃， the amount of alpha amylase is 25 mg/g starch enzyme， substrate concentration was 35%， the liquefaction time of 26 min. Under this condition， the DE value of hydrolytic solution is 56.55%.

[Key words] maize starch； Q - q - amylase at medium temperature； liquefied

1 前言

淀粉是一种普遍存在于植物中的天然高分子化合物，它构成了谷物最主要的部分，一直是人类食品的最主要成分，为人们的生命活动提供着能量。

本文将通过对玉米淀粉液化过程中的各个因素的研究，可以确定制备玉米淀粉水解糖的操作要点及工艺参数，从而可以作为实验室的其他研究工作的前期准备工作，把玉米淀粉水解糖应用到微生物发酵培养基的碳源，从而降低发酵的成本。

2 材料与方法

2.1 原料与试剂

玉米淀粉、α-淀粉酶、氢氧化钠、葡萄糖、丙三醇、3，5-二硝基水杨酸、可溶性淀粉、碘化钾、碘、磷酸氢二钠，柠檬酸。

2.2 仪器与设备

电热恒温水浴锅（江苏常熟科学仪器厂）；YHW远红外干燥箱（厦门医疗电子仪器厂）；电磁炉（广州爱达电子电器有限公司）；722可见分光光度计（上海光谱仪器有限公司）；PHS-3C型精密pH计（上海精密科学仪器有限公司）；电子分析天平（嘉兴市中心医疗器械有限公司）；LD4-2A型低速离心机（北京医用离心机厂）；手持式折光仪（成都太华光学公司）。

2.3 实验方案

液化的工艺流程如下：

恒温蒸馏水—→加入玉米淀粉—→糊化5分钟—→加α-淀粉酶—→恒温反应—→pH3.0以下灭酶—→4000r/min离心20min―→测定分析结果

2.4 测定方法

2.4.1液化单因素实验 液化阶段首先采用单因素试验，分别研究了液化温度、酶用量、底物浓度以及液化时间对液化的影响，以液化液的DE值为测定指标。确定液化阶段各因素的取值范围。

2.4.2液化实验旋转正交设计 采用4因素旋转正交设计，优化液化条件。因素水平表见表1。

3 结果与分析

3.1 液化单因素条件的确定

3.1.1液化时间对DE值的影响 固定酶用量（10mg酶/g淀粉），温度70℃，淀粉：水=30g：200ml。分别取不同的液化时间（每间隔两分钟，总计60min），测定DE值。由实验结果可知，随着液化时间的延长，液化液的DE值增大，在水解的前10min，水解的速度很快，DE值迅速增加，当液化时间达到10min以后，DE值增加量趋于平缓，水解速度变慢。所以试验拟采用的液化时间范围为8-32min。

3.1.2酶用量对DE值的影响 固定底物浓度为淀粉：水=30g：200ml，温度70℃，作用时间为20min。测定计算出DE值。α-淀粉酶的用量对水解度有很大的影响，随着淀粉酶用量的增大，DE值开始增大，但是当酶用量达到一定程度时，容易发生一些复合反应，导致DE下降。本试验确定的酶用量范围为10～30mg酶/g淀粉。

3.1.3底物浓度对DE值的影响 以上述试验结果酶用量10mg酶/g淀粉，时间为20min，温度70℃，分别取不同的底物浓度：10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%，测定DE值。底物浓度是影响液化效果的关键因素之一，由上面的图及表可以看出，DE值随着底物浓度的增大而增大，当底物浓度达到20%时，液化液的DE值最大，而继续加大底物浓度，会使淀粉浆过于稠密导致酶作用不完全。因此，本实验选定的底物浓度范围为15～35%。

3.1.4液化温度对DE值的影响 取底物浓度为淀粉：水=30g：200ml、酶用量10mg酶/g淀粉、液化时间20min为基本。分别取不同的液化温度，测定DE值。液化的温度直接影响酶作用的效果，随着液化温度的升高，液化液DE值先升高，然后降低，本试验选定的液化温度范围为70～90℃。

3.2 最佳液化条件的确定

在确定了影響液化的各单因素范围下，设计旋转设计，从而优化液化条件，达到所需要的DE值。由SAS分析可以得出DE值与反应的各因素的关系方程为Y=36.67-3.28X1+3.46X2+1.68X3+1.10X4-0.998X1*X4+0.397X2*X3-1.20X1* X1+0.41 X2* X2+1.98 X3* X3+1.75X4*X4。由SAS分析方程可以看出，在各因素的交互作用中，因素X1与X4（即液化温度与液化时间）、X2与X3（即酶用量与底物浓度）之间的相互作用较其它因素间的交互作用明显，因此用SAS绘图软件分析因素X1与X4对DE值的综合影响，以及因素X2与X3对DE值的影响，分析结果如下：

由液化温度与液化时间对DE值的影响图5及图6上，我们可以知道，因素x1与x4（即液化温度与液化时间）是实验中较为重要的影响因素。要想获得较高的DE值的液化液，由上图我们可以这样选择他们的取值范围：液化温度的取值范围为71.5～78.5℃，液化时间的取值范围为23～32min。在此条件下进行液化实验，得到的DE值较高，理论上可以达到48以上。

综上，在液化的影响因素中，液化的酶用量与底物浓度对液化效果的影响较其它两个因素（液化温度及时间）更大。所以根据SAS分析图，要想得到需要的DE值，优化的四个因素的取值范围分别为：液化温度（x1）为71.5～78.5℃，α-淀粉酶（x2）的用量25～30mg酶/g淀粉，底物浓度（x3）为30.5-35%，液化时间（x4）的取值范围为23～32min。

4 结论

本实验采用的中温α-淀粉酶是一种高效的液化酶，所得产品可以达到很高的DE值。

试验确定了获得高DE值产品的玉米淀粉液化的主要参数：液化温度为75℃，α-淀粉酶的用量为25mg酶/g淀粉，底物浓度为35%，液化时间为25min 。此条件下水解玉米淀粉，得到产品的DE值可以达到56.55%。

参考文献：

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[2] 杨柳新，徐以撒. 淀粉液化液灭酶方法的研究.江苏石油化 工学院学报，第十四卷（3）22-24.

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