山药糖化工艺的研究

总第192

期

2021

年第2

期山西化工

SHANXI CHEMICAL INDUSTRYTotal 192

No. 2, 2021

科研有羿发/ DOI

： 10. 16525/j. cnki. cnl4-1109/tq. 2021. 02. 05

山药糖化工艺的研究

张天爽，赵华* *

收稿日期：2021-01-08

作者简介：张天爽，女，1996

年出生，在读硕士研究生，研究方向为生

物工程。

*通讯作者：赵华，男, 1963

年出生，博士学位，教授，研究方向为

发酵工程。（天津科技大学生物工程学院，天津 300457）

摘要：

为提高山药酒的发酵效率，以淀粉的水解程度为主要指标，利用单因素实验和正交实验对山药的

糖化工艺进行优化，最终确定山药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 °C,

糖

化时间为3 h

。在此实验条件下进行3

次验证实验，其水解程度可达到96. 26（

士2. 89）%

。本研究为山

药酒添加到复合饮料的开发与研究提供参考与理论依据。

关键词：

山药；单因素实验；正交实验；糖化

中图分类号.TQ92

文献标识码:A

文章编号:1004-7050（2021）01-0016-03

山药是一种药食同源的多年生草本植物

：1］o

《神农本草经》云：“薯殒味甘温，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”⑵。山药具有补脾养

胃、生津益肺的功效［网；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g］。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f去皮、清洗f蒸煮f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 niL

容量瓶 中，采用直接滴定法检测山药样品中还原糖的含

量［如，计算公式见式

（1）

。

水解程度

（％）=G/ Co/xloo （1）

式中：G

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 °C

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 °C）

和液化时间

（15

、

30

、45

、60

、75 min）,

再加入150 U/g

的糖化酶，在

60 °C

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°C

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 °C

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 °C）

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

。2021

年第2

期张天爽，等：山药糖化工艺的研究・17

・

表1

液化条件正交实验水平表

水平因素

液化酶用量（A）/

液化温度（B）/

液化时间（C）/

minU

・gT °C

118530

229045

339560

表2糖化条件正交实验水平表

因素

水平

糖化酶用量（A）/

糖化温度（B）/

糖化时间（C）/

u

・g-1 °Ch

1150552

2200602.5

3250653

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 °C

下分别保温60 min,

待温

度降低到60 °C

左右，加入100

、150

、200

、250

、300 U/g

的

糖化酶,60 °C

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。

96 r

炭88 -

卜

系 /

84 - /

F

80--------------------------------------

50 100 150 200 250 300 350

糖化酶添加量/U • g_1

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/go

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 °C

下分别保温60 min,

待

温度降低到50 °C

左右，加入200 U/g

的糖化酶，分

别在50

、55

、60

、65

、70 °C

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

所加。怖

45 50 55 60 65 70 75

糖化温度/兀

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 C

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 °CO

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 °C

下分别保温60 min,

待温

度降低到50 °C

左右，加入200 U/g

的糖化酶，在60 °C

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。

6

4

2

0

8

6

4

2

09

9

9

9

8

8

8

8

8

78

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

糖化时间/h

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）%O

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

。