山药糖化工艺的研究

张天爽， 赵 华

(天津科技大学生物工程学院，天津 300457)

山药是一种药食同源的多年生草本植物[1]。《神农本草经》云：“薯蓣味甘温，主伤中、补虚羸，除寒热邪气，补中益气，长肌肉，久服耳目聪明，轻身不饥，延年。” 《本草纲目》认为山药能“益肾气、健脾胃、止泻痢、化瘫涎、润毛皮”[2]。山药具有补脾养胃、生津益肺的功效[3-4]；临床研究显示，山药还具有促进细胞增殖，抑制微生物活性，降低血糖，预防心肌梗塞等多种重要药理作用[5-9]。铁棍山药的主要组成成分为水分、淀粉、蛋白质和脂肪等，淀粉含量丰富，易糊化，有利于进行微生物发酵。

本文利用单因素实验和正交实验对山药糖化条件进行优化，确定最佳预处理条件，为山药发酵酒的研究和发展奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

铁棍山药：河南焦作；高效液化酶，诺维信公司；高效糖化酶，诺维信公司。

EX125DZH电子天平，奥豪斯仪器(常州)有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程

铁棍山药→去皮、清洗→蒸煮→按1∶1.5料液比打浆→酶解液化→糖化→发酵→离心→山药汁

1.2.2 淀粉水解程度测定

称取15 g捣碎的山药样品于250 mL容量瓶中，采用直接滴定法检测山药样品中还原糖的含量[10]，计算公式见式(1)。

水解程度(%)=C1/C0/×100

(1)

式中：C1为糖化后待测样品中还原糖质量浓度，g/L；C0为酸水解后样品中还原糖质量浓度，g/L。

1.2.3 山药液化单因素实验

将新鲜的山药清洗干净后，去除山药皮，在105 ℃的高压锅内蒸煮15 min，按照料液比为1∶1.5进行打浆，制备山药浆。以淀粉水解程度为主要参考标准，分别以液化酶的添加量(1、2、3、4、5 U/g)，液化温度(80、85、90、95、100 ℃)和液化时间(15、30、45、60、75 min)，再加入150 U/g的糖化酶，在60 ℃下糖化2 h后进行单因素实验，确定最佳的液化条件。

1.2.4 山药糖化单因素实验

将新鲜的山药清洗干净后，去皮，使用高压锅在105℃下蒸煮15 min，再按照1:1.5的料液比进行打浆，制备山药浆。在山药浆中加入2 U/g的液化酶，在95 ℃下液化60 min，分别以糖化酶的添加量(100、150、200、250、300 U/g)，糖化温度(50、55、60、65、70 ℃)和糖化时间(1、1.5、2、2.5、3 h)进行单因素实验，以淀粉水解程度为主要指标，确定最佳的糖化条件。

1.2.5 正交实验

以单因素实验的结果为基础，以糖化后的淀粉水解程度为主要标准，利用正交实验对山药浆的最佳液化与糖化条件进行优化，液化和糖化条件的正交实验设计表见第17页表1和表2，以确定最佳的山药预处理条件。

表1 液化条件正交实验水平表

表2 糖化条件正交实验水平表

2 结果及讨论

2.1 糖化实验条件的确定

2.1.1 糖化酶添加量对淀粉水解程度的影响

将处理过的山药浆，按照2 U/g的液化酶添加量加入山药浆中，在95 ℃下分别保温60 min，待温度降低到60 ℃左右，加入100、150、200、250、300 U/g的糖化酶，60 ℃保温2 h，检测样品中的还原糖含量，确定最佳液化时间。结果如图1所示。

图1 糖化酶添加量对水解程度的影响

由图1可知，糖化酶的添加量明显提高了山药淀粉的水解效率，随着糖化酶添加量的增加，淀粉水解程度也在逐渐提高，当糖化酶添加量达到200 U/g时，再继续增加糖化酶的添加量，水解程度几乎没有变化。可推断，当糖化酶的量达到200 U/g时，糖化酶已和多糖、糊精等充分反应，糖化的效率已接近最大值。因此，选择最佳糖化酶添加量为200 U/g。

2.1.2 糖化温度对淀粉水解程度的影响

将处理过后的山药浆，按照2 U/g的液化酶添加量加入山药浆中，在95 ℃下分别保温60 min，待温度降低到50 ℃左右，加入200 U/g的糖化酶，分别在50、55、60、65、70 ℃下保温2 h，检测样品中的还原糖含量，确定最佳液化时间。结果如图2所示。

图2 糖化温度对水解程度的影响

由图2可知，随着糖化温度的升高，淀粉水解程度也在不断提高。当糖化温度达到60 ℃时，淀粉的水解程度达到最大值，再提高温度，淀粉的水解程度降低。可能原因在于，温度过高，糖化酶的活性降低，使酶部分失活。因此，选择最佳糖化温度为60 ℃。

2.1.3 糖化时间对淀粉水解程度的影响

将处理后的山药浆，按照2 U/g的液化酶添加量加入山药浆中，在95 ℃下分别保温60 min，待温度降低到50 ℃左右，加入200 U/g的糖化酶，在60 ℃下保温糖化1、1.5、2、2.5、3 h，检测样品中的还原糖含量，确定最佳液化时间。结果如图3所示。

图3 糖化时间对水解程度的影响

由图3可知，在一定糖化时间范围内，糖化时间与淀粉的水解程度几乎可成正相关关系，随着糖化时间的延长，水解程度在不断提高。当糖化时间为2 h时，水解程度达到91.25(±0.89)%。随着时间的延长，当糖化时间为3 h时，淀粉水解程度达到92.31(±1.35)%，增长了1.16%，增幅较小。在实际生产中，可能存在糖化与发酵同时的情况，再考虑生产周期等因素。因此，选择最佳糖化时间为2 h。

2.2 山药糖化条件正交实验

以淀粉的水解程度为主要考察指标，以单因素实验结果为基础，设计L9(34)正交实验对山药的糖化工艺进行优化，确定最佳的糖化条件。正交实验分析结果如第18页表3所示。

由表3和表4可知，以淀粉的水解程度作为主要考察指标，在这3个影响因素中，对淀粉糖化的影响主次糖化时间>糖化温度>糖化酶的添加量，即糖化时间对淀粉糖化的影响程度最大。且通过方差分析，糖化时间对淀粉水解程度具有显著影响(0.010.05)，通过分析比较，最佳糖化条件组合为A2B2C3，即，糖化酶的添加量为200 U/g，糖化温度为60 ℃，糖化时间为3 h，此时山药中淀粉的水解程度达到最大，糖化效果最好，并在此实验条件下进行3次验证实验，淀粉水解程度为96.26(±2.89)%。

表3 正交实验结果分析

表4 方差分析结果

3 结论

本实验通过单因素实验和正交实验对山药中淀粉的糖化工艺进行优化，最终确定最佳预处理条件为糖化酶的添加量为200 U/g，糖化温度为60 ℃，糖化时间为3 h。再进行验证实验，在此最佳预处理条件下，山药的淀粉水解程度可达到96.26(±2.89)%，为进一步利用山药酒调配复合饮料的开发与研究提供参考与理论依据。