青稞粉液化糖化工藝研究

朱文優(yōu)，張超，*，吳成君，馬華東，魏琴，凌生隆

（1.宜賓學(xué)院生命科學(xué)與食品工程學(xué)院，四川宜賓644000；2.宜賓學(xué)院發(fā)酵資源與應(yīng)用四川高校重點(diǎn)試驗(yàn)室，四川宜賓644000；3.宜賓市思坡醋業(yè)有限責(zé)任公司，四川宜賓644000）

青稞粉液化糖化工藝研究

朱文優(yōu)1，2，張超1，2，*，吳成君1，馬華東1，魏琴2，凌生隆3

（1.宜賓學(xué)院生命科學(xué)與食品工程學(xué)院，四川宜賓644000；2.宜賓學(xué)院發(fā)酵資源與應(yīng)用四川高校重點(diǎn)試驗(yàn)室，四川宜賓644000；3.宜賓市思坡醋業(yè)有限責(zé)任公司，四川宜賓644000）

通過單因素和正交試驗(yàn)，探討不同因素對青稞粉液化糖化過程的影響。試驗(yàn)結(jié)果得出60目青稞粉的最佳液化條件，料水比為 1∶4.0（g/mL），α-淀粉酶添加量為 500.1 nkat/g，pH 為 6.0～6.5，液化溫度為 85 ℃，液化時(shí)間為 30 min；最佳糖化工藝條件，pH為4.5，糖化酶添加量為5001.0 nkat/g，糖化溫度為60℃，糖化時(shí)間為60 h。

青稞；糖化；液化

Abstract:The optimum condition was investigated by viscosity,after the single factor and orthogonal experiments,the optimum liquefaction conditions was as follows:ratio of materials to water is 1∶4.0(g/mL),pH was 6.0-6.5,temperature was 85 ℃,the time was 30 min,The use of α-amylase amount was 500.1 nkat/g.The optimum saccharification conditions was as follows:pH was 4.5,temperature was 60℃,the time was 60 h,the use of glucoamylase amount was 5001.0 nkat/g.

Key words：barley;saccharification;liquefaction

青稞也叫裸大麥、米大麥，是大麥的一種特殊類型，是藏民的主要糧食之一。青稞富含淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、β-葡聚糖、膳食纖維等營養(yǎng)物質(zhì)，具有降血糖、血脂和防治糖尿病、結(jié)腸癌、心血管病等功效，是釀制保健型發(fā)酵食品的良好原料[1]。一直以來，青稞主要用于加工糌粑、青稞面和利用傳統(tǒng)方法釀造啤酒、青稞咂酒及青稞白酒[1-3]，青稞深加工途徑匱乏。本文對青稞原料直接液化糖化性能進(jìn)行了研究，以方便利用液態(tài)發(fā)酵法生產(chǎn)酒精、青稞酒和食醋等產(chǎn)品，以期拓寬青稞深加工途徑，為青稞的綜合利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

青稞：購于青海省互助土族自治縣，淀粉含量為75.37%；α-淀粉酶（活力為61679.0 nkat/g）、糖化酶（活力為1667000.0 nkat/g）：北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司。其他化學(xué)試劑均為市售分析純。

1.2 儀器設(shè)備

60目鋼絲篩：北京普華實(shí)驗(yàn)儀器公司；旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)：上海恒平科學(xué)儀器有限責(zé)任公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋：江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 青稞粉液化糖化工藝流程[4]

青稞粉→過60目篩→稱取70 g→調(diào)漿（加水和氯化鈣）→調(diào)節(jié)pH→加α-淀粉酶→液化→冷卻→調(diào)節(jié)pH→加糖化酶→糖化→滅酶10 min→冷卻→糖化液

1.3.2 液化單因素試驗(yàn)

在以料水比 1∶4.0（g/mL）、α-淀粉酶添加量 40 U/g、液化溫度70℃、pH 6.0、液化時(shí)間30 min為初始液化條件的基礎(chǔ)上，分別考察料水比（1∶2.0、1∶3.0、1∶4.0、1∶5.0 和 1∶6.0 g/mL）、α-淀粉酶添加量（166.7、333.4、500.1、666.8、833.5 和 1000.2 nkat/g）、pH（4.5、5.5、6.0、6.5、7.0和 7.5）、液化溫度（50、60、70、80和 90℃）及液化時(shí)間（10、20、30、40、50 和 60 min）對青稞粉液化的影響。

1.3.3 液化程度對糖化效果的影響

液化程度應(yīng)控制適當(dāng)，液化水平低，黏度大且還原性末端少，使得糖化酶與底物接觸困難和接觸機(jī)會(huì)少，影響糖化速度；但液化水平高，底物分子量小，糖化酶難與底物糊精生成絡(luò)合結(jié)構(gòu)，而造成糖化液的最終DE值低。為便于探討液化程度與糖化效果之間的關(guān)系，分別取DE值在10～30的液化液，調(diào)節(jié)其pH為4.0，加入3334.0 nkat/g的糖化酶，在55℃下糖化48 h，測定糖化液的DE值。

1.3.4 液化正交試驗(yàn)

根據(jù)1.3.2和1.3.3試驗(yàn)結(jié)果，采用L9（34）進(jìn)行正交試驗(yàn)，設(shè)定其因素水平，見表1。

表1 液化正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 The table of factor and level for orthogonal experiment of liquefaction

1.3.5 糖化單因素試驗(yàn)

在以pH 4.5、糖化酶添加量3334.0 nkat/g、糖化溫度55℃、糖化時(shí)間36 h為初始糖化條件的基礎(chǔ)上，分別考察糖化時(shí)間（12、24、36、48、60 和 72 h）、糖化酶（833.5、1667.0、3334.1、5001.0 和 6668.0 nkat/g）、溫度（45、50、55、60 和 65 ℃）、pH（3.5、4.0、4.5、5.0 和 5.5）對青稞粉糖化的影響。

1.3.6 糖化正交試驗(yàn)

根據(jù)1.3.5試驗(yàn)結(jié)果，采用L9（34）進(jìn)行正交試驗(yàn)，設(shè)定其因素水平，見表2。

表2 糖化正交試驗(yàn)因素水平表Table 2 The table of factor and level for orthogonal experiment of saccharification

1.4 測定方法

黏度的測定[5]；還原糖的測定[6]：菲林試劑法；淀粉的測定[6]：酶水解法；DE值的計(jì)算[6]：指糖化液中的還原糖含量（以葡萄糖計(jì)）占淀粉含量的百分率。

2 結(jié)果與分析

2.1 液化單因素試驗(yàn)

2.1.1 料水比對液化效果的影響

按1.3.2進(jìn)行試驗(yàn)，研究了料水比對液化效果的影響，其結(jié)果見表3。

表3 不同料水比對液化效果的影響Table 3 Influence of material concentration on liquefaction

由表3可知，DE值隨著料水比的增加而顯著提高，但當(dāng)料水比增加至 1∶4.0（g/mL）后，DE 值的增加率逐漸減慢；液化液的黏度隨著料水比的增加而顯著降低，但當(dāng)料水比增加至1∶4.0（g/mL）后，黏度趨于平緩，液化液的流動(dòng)狀態(tài)良好。料水比會(huì)影響到料液的黏度，料水比小則黏度大，酶在料液中滲透能力差，不利于淀粉的酶解，但料水比大，最后糖化液中的可發(fā)酵性糖含量低，后續(xù)發(fā)酵產(chǎn)物濃度也減小，因此料液濃度不宜過低。因此，料水比應(yīng)控制在1∶4.0（g/mL）～1∶4.5（g/mL）之間。

2.1.2 α-淀粉酶添加量對液化效果的影響

按1.3.2進(jìn)行試驗(yàn)，研究了液化酶添加量對液化效果的影響，其結(jié)果見表4。

表4 α-淀粉酶添加量對液化效果的影響Table 4 Influence of α-amylase amount on liquefaction

由表4可知，DE值隨著α-淀粉酶添加量的增加而顯著提高，但當(dāng)α-淀粉酶添加量達(dá)到666.8 nkat/g后，DE值的增加量較小；液化液的黏度隨著α-淀粉酶添加量的增加而顯著降低，但當(dāng)α-淀粉酶添加量為666.8 nkat/g時(shí)，黏度達(dá)到最低值?？赡苁敲阜肿右掩呌陲柡?，一部分酶分子沒有機(jī)會(huì)和底物接觸，水解速度不再增大。從節(jié)約生產(chǎn)成本的角度考慮α-淀粉酶的添加量在666.8 nkat/g～833.5 nkat/g時(shí)有較好的液化效果。

2.1.3 不同pH對液化效果的影響

按1.3.2進(jìn)行試驗(yàn)，研究了pH對液化效果的影響，其結(jié)果見表5。

表5 不同pH對液化效果的影響Table 5 Influence of pH on liquefacfion

由表5可知，當(dāng)pH在6.0～6.5之間時(shí)，DE值達(dá)到較大值且液化液黏度較小，液化效果較好。

2.1.4 不同液化溫度對液化效果的影響

按1.3.2進(jìn)行試驗(yàn)，研究了液化溫度對液化效果的影響，其結(jié)果見表6。

表6 不同液化溫度對液化效果的影響Table 6 Influence of temperature on liquefaction

由表6可知，隨著液化溫度的提高，DE值隨之升高，液化液黏度也隨之降低，但若溫度達(dá)到90℃則會(huì)導(dǎo)致酶失活，且溫度越高，還原糖與氨基酸易發(fā)生氨基糖反應(yīng)，同時(shí)還原糖之間發(fā)生焦糖化反應(yīng)，使糖分損失，黏度增加。因此液化溫度控制在80℃左右為宜。

2.1.5 不同液化時(shí)間對液化效果的影響

按1.3.2進(jìn)行試驗(yàn)，研究了不同液化時(shí)間對液化效果的影響，其結(jié)果見表7。

表7 不同液化時(shí)間對液化效果的影響Table 7 Influence of time on liquefaction

由表7可知，隨著液化時(shí)間的增加，DE值隨之增加，同時(shí)液化液黏度隨之降低，當(dāng)時(shí)間超過40 min時(shí)DE值增加和液化液黏度降低均不顯著，因此液化時(shí)間保持在40 min為佳。

2.2 液化程度（液化DE值）對糖化效果（糖化DE值）的影響

按1.3.3進(jìn)行試驗(yàn)，獲得了液化DE值與糖化DE值的關(guān)系，其結(jié)果見表8。

表8 液化DE值與糖化DE值的關(guān)系Table 8 Relationship between DE value of liquefaction and DE value of saccharification

由表8知，液化DE值對糖化DE值的影響較大，當(dāng)液化DE值為23左右時(shí)，糖化效果最好。為便于液化正交試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)糖化DE值的變化趨勢，對液化DE值進(jìn)行打分。設(shè)定當(dāng)液化DE在10～12之間為80分、在12～14之間為82分、在14～16之間為85分、在16～18之間為88分、在18～20之間為93分、在20～22之間為96分、在22～24之間為100分、在24～26之間為97分、在26～28之間為 95分、在28～30之間為90分。

2.3 液化正交試驗(yàn)

按1.3.4進(jìn)行試驗(yàn)，用單因素試驗(yàn)中最佳的試驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，其結(jié)果見表9。

表9 液化正交試驗(yàn)結(jié)果及分析Table 9 The orthogonal experiment of liquefaction direct analysis

由表9可知，影響青稞粉液化DE值的主次因素順序依次為：料水比>液化時(shí)間>α-淀粉酶添加量>液化溫度，最佳組合為 A2B2C3D2，即料水比為 1∶4.0（g/mL），α-淀粉酶添加量為500.1 nkat/g，液化溫度為85℃，液化時(shí)間為30 min。驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明在此條件下，液化DE值為23.13，按2.2試驗(yàn)結(jié)果可知，其評分為100分，是最佳液化狀態(tài)。

2.4 糖化單因素試驗(yàn)

2.4.1 糖化時(shí)間對糖化效果的影響

按1.3.5進(jìn)行試驗(yàn)，研究了糖化時(shí)間對糖化效果的影響，其結(jié)果見表10。

表10 糖化時(shí)間對糖化效果的影響Table 10 Influence of time on saccharification

從表10中可知，在48 h之前，DE值增長迅速，此后增長非常緩慢，且糖液顏色加深。可能是淀粉水解到一定程度后，糊精分子越來越小，不利糖化酶與其形成絡(luò)合物而催化水解，同時(shí)糖液中葡萄糖濃度增加而使副反應(yīng)加劇，葡萄糖損失掉且產(chǎn)生有色物質(zhì)。因此糖化時(shí)間控制在48 h~60 h為宜。

2.4.2 糖化酶添加量對糖化效果的影響

按1.3.5進(jìn)行試驗(yàn)，研究了糖化酶添加量對糖化效果的影響，其結(jié)果見表11。

表11 糖化酶添加量對糖化效果的影響Table 11 Influence of glucoamylase amount on saccharification

從表11中可知，酶用量在5001.0 nkat/g，糖化效果較好，用量更大后發(fā)而起相反的結(jié)果，這是因葡萄糖的復(fù)合反應(yīng)引起的結(jié)果。

2.4.3 糖化溫度對糖化效果的影響

按1.3.5進(jìn)行試驗(yàn)，研究了糖化溫度對糖化效果的影響，其結(jié)果見表12。

表12 糖化溫度對糖化效果的影響Table 12 Influence of temperature on saccharification

從表12中可知，溫度在55℃～60℃之間，DE值達(dá)到最大值，糖化效果較好。

2.4.4 pH對糖化效果的影響

按1.3.5進(jìn)行試驗(yàn)，研究了pH對糖化效果的影響，其結(jié)果見表13?？芍?，pH在4.5時(shí)，糖化液的DE值較高，說明最適pH在4.5。

表13 pH對糖化效果的影響Table 13 Influence of pH on saccharification

2.5 糖化正交試驗(yàn)

按1.3.6進(jìn)行試驗(yàn)，取糖化單因素試驗(yàn)中的最佳結(jié)果進(jìn)行正交試驗(yàn)，其結(jié)果見表14。

表14 糖化正交試驗(yàn)結(jié)果及分析Table 14 The orthogonal experiment of saccharification directanalysis

從表14中可知，影響青稞粉糖化的因素主次順序?yàn)閜H>糖化酶添加量>糖化時(shí)間>糖化溫度，最佳組合為A2B2C2D3，即pH為4.5，糖化酶添加量為5001.0 nkat/g，糖化溫度為60℃，糖化時(shí)間為60 h。在此條件下，糖化DE值為76.24，得到驗(yàn)證。

3 結(jié)論

經(jīng)試驗(yàn)獲得青稞粉的最佳液化工藝為：料水比為1∶4.0（g/mL），α-淀粉酶添加量為 500.1 nkat/g，液化溫度為85℃，pH為6.0～6.5，液化時(shí)間為30 min。最佳糖化工藝為：pH為4.5，糖化酶添加量為5001.0 nkat/g，糖化溫度為60℃，糖化時(shí)間為60 h。

[1]呂遠(yuǎn)平,熊茉君,賈利蓉,等.青稞特性及在食品中的應(yīng)用[J].食品科學(xué),2005,26(7):266-270

[2]曲凌夫,武文斌.青稞炒面工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)研究[J].鄭州糧食學(xué)院學(xué)報(bào),1998,19(4):59-61

[3]吳昆侖.青稞功能元素與食品加工利用簡述[J].作物雜志,2008(2):15-17

[4]張國權(quán),史一一,羅勤貴,等.蕎麥淀粉雙酶水解工藝條件的優(yōu)化研究[J].中國糧油學(xué)報(bào).2008,23(4):86-91

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Study on Technique of Liquefaction and Saccharification of Barley

ZHU Wen-you1,2,ZHANG Chao1,2，*,WU Cheng-jun1,MA Hua-dong1,WEI Qin2,LING Sheng-long3
（1.Department of Life Science and Food Engineering,Yibin University,Yibin 644000,Sichuan,China;2.Key Lab.of Fermentation Resource and Application of Institutes of Higher Learning in Sichuan,Yibin 644000,Sichuan,China;3.Yibin Sipo Vinegar Co.,Ltd.，Yibin 644000,Sichuan,China）

2011-12-11

宜賓市重點(diǎn)科技項(xiàng)目（2010NY004）；發(fā)酵資源與應(yīng)用四川省高校重點(diǎn)試驗(yàn)室項(xiàng)目（2010KFJ003）；宜賓學(xué)院項(xiàng)目（2011Z25）

朱文優(yōu)（1980—），男（漢），講師，碩士，主要從事食品生物技術(shù)方面的教學(xué)與研究工作。

*通信作者：張超（1966—），男（漢），副教授，碩士生導(dǎo)師。