張?zhí)焖?趙 華

(天津科技大學生物工程學院，天津，300457)

山藥是一類藥食兩用的薯蕷科(dioscoreaceae)薯蕷屬植物[1]，在我國分布廣泛，種類繁多。山藥中含有許多具有研究價值的功能性成分，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，有利于進行微生物發(fā)酵。

本文利用單因素實驗和正交實驗對山藥的液化條件進行優(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[19]。山藥水解程度計算見式(1)。

水解程度(%)=C1/C0×100

(1)

式中，C1糖化后待測樣品中還原糖質(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 山藥液化單因素實驗

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，確定最佳糖化條件。

1.2.5 正交實驗

以單因素實驗結(jié)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條件進行優(yōu)化，液化和糖化條件的正交實驗設計表見第24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(jié)果及討論

2.1 液化實驗條件的確定

2.1.1 液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，當液化酶的添加量為2 U/g時，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，達到90 ℃時，水解程度達到最大值，超過90 ℃，在逐漸下降。主要是因為，溫度過高，導致液化酶活性降低，進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 液化溫度對于水解程度的影響

2.1.3 液化時間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，檢測樣品中的還原糖含量，確定最佳液化時間。結(jié)果如圖3所示。

圖3 液化時間對水解程度的影響

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

2.1.4 山藥液化條件正交實驗

以淀粉水解程度為主要考察指標，以單因素實驗結(jié)果為基礎，設計L9(34)正交實驗對山藥的液化工藝進行優(yōu)化，確定最佳的液化條件。正交實驗分析結(jié)果如第25頁表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，在這3個液化條件中，對山藥液化影響的主次順序為液化時間>液化溫度>液化酶添加量，即，液化時間對DE值的影響最大。通過方差分析，液化溫度和液化時間對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 ℃，液化時間為60 min時，山藥中淀粉的水解程度達到最大，即液化效果最佳。在該實驗條件下進行3次驗證實驗，淀粉水解程度可達到(90.57±1.68)%，均高于9組正交實驗的結(jié)果。

表3 正交實驗結(jié)果分析

表4 方差分析結(jié)果

3 結(jié)論

本實驗通過單因素實驗和正交實驗對山藥中淀粉的液化工藝進行優(yōu)化，最終確定最佳預處理條件為液化酶的添加量為2 U/g，液化溫度為95 ℃，液化時間為60 min。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(90.57±1.68)%，為進一步利用山藥酒調(diào)配復合飲料的開發(fā)與研究提供參考與理論依據(jù)。