紫薯功能飲料雙酶水解工藝

趙紅巖

（陜西學(xué)前師范學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)系，陜西西安710061）

紫薯功能飲料雙酶水解工藝

趙紅巖

（陜西學(xué)前師范學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)系，陜西西安710061）

采用α-淀粉酶和糖化酶協(xié)同水解作用生產(chǎn)紫薯功能飲料，通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定紫薯漿的雙酶協(xié)同水解工藝為α-淀粉酶0.75 g/L，糖化酶1.25 g/L，酶解溫度65℃，反應(yīng)時(shí)間70 m in，pH值為6.0。此工藝條件下的還原糖值為24.92%，生產(chǎn)的紫薯飲料穩(wěn)定性好，色澤紅艷、口感良好、營(yíng)養(yǎng)豐富。

紫薯；淀粉；雙酶水解；工藝

紫薯（Ipomoea batatas（L.）Lam）是旋花科甘薯屬草本植物。薯肉呈紫色至深紫色，因此又叫黑薯、紫紅薯、紫心甘薯、紫肉甘薯等。我國(guó)種植甘薯歷史悠久，是目前最大的甘薯種植國(guó)。紫薯為引進(jìn)種，20世紀(jì)末由日本引入我國(guó)種植。紫薯不僅色澤誘人，而且具有超越普通甘薯的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。紫薯富含淀粉、糖蛋白、維生素、氨基酸、硒、碘、鈣、磷、鐵等多種營(yíng)養(yǎng)成分，其含量均明顯高于普通甘薯[1-3]。據(jù)報(bào)道[4]，紫薯中具有抗氧化、抗腫瘤活性的碘、硒含量比普通甘薯高出20余倍；賴氨酸含量高5倍；銅、錳、鉀、鋅含量高4倍，紫薯還富含普通甘薯所沒(méi)有的花青素，其主要為芍藥素-3,5葡糖苷和矢車菊-3,5葡糖苷[5]，是一種天然色素，具有超強(qiáng)的抗氧化、清除自由基的能力。同時(shí)紫薯還是一種理想的減肥食品，其熱量?jī)H為大米的1/3，而且因富含纖維素和果膠而具有減少人體對(duì)糖、脂肪吸收的特殊功能。隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高，營(yíng)養(yǎng)健康、美觀、無(wú)公害的紫薯產(chǎn)品越來(lái)越受到人們的青睞，主要包括紫薯花青素、紫薯全粉制備等，但對(duì)紫薯功能飲料的報(bào)道還相對(duì)較少。紫薯因富含淀粉，在紫薯飲料的制備過(guò)程中存在澄清度和穩(wěn)定性差的問(wèn)題。本研究采用α-淀粉酶和糖化協(xié)同水解工藝生產(chǎn)紫薯功能飲料，在不破壞花青素的前提下有效提高紫薯汁的穩(wěn)定性，為紫薯的深加工提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫薯：楊凌金薯種業(yè)科技有限公司（川山薯品種）；淀粉酶（1 000 U/g）、糖化酶（1 200 U/g）：西安裕華生物科技有限公司；3,5-二硝基水楊酸（dinitrosalicylic acid，DNS）、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、苯酚、亞硫酸鈉、葡萄糖均為分析純：西安化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

JJ-2組織搗碎機(jī)：江蘇億通電子有限公司；TGL-20B離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠；SHF1-DK-S12電熱恒溫水浴鍋：北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司；CT-C-2電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：常州市寶路干燥設(shè)備有限公司；LDZH-100KBS立式壓力蒸汽滅菌鍋：上海申安儀器有限公司；759s紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)：上海棱光技術(shù)有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 測(cè)定方法

還原糖的含量測(cè)定方法按照參考文獻(xiàn)[6]的方法進(jìn)行。

還原糖值（dextrose equivalent，DE值）的測(cè)定[7]：葡萄糖值是衡量淀粉水解程度的指標(biāo)，數(shù)值上等于酶解液中淀粉已轉(zhuǎn)化的還原糖量（以葡萄糖的含量計(jì)算）占淀粉總含量的百分?jǐn)?shù)。DE值計(jì)算公式如下：

淀粉含量的測(cè)定方法：GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的測(cè)定》[8]。

1.3.2 工藝流程及操作要點(diǎn)

紫薯→清洗切分→蒸熟→打漿→雙酶水解→高溫滅酶→冷卻→離心→灌裝殺菌→產(chǎn)品[9]

蒸煮：新鮮紫薯洗凈、去皮切成1～2 cm的薯塊，置于盛有沸水的蒸鍋中蒸8～10 m in，至薯塊中無(wú)硬心。

打漿：比例為紫薯∶水=1∶5（g/g）[10]。

雙酶水解：取紫薯原漿在沸水浴中糊化10 min，在一定條件下，加入一定量的α-淀粉酶和糖化酶進(jìn)行協(xié)同水解試驗(yàn)。

高溫滅酶：將酶促反應(yīng)液置于沸水浴中5 min終止酶促反應(yīng)。

冷卻：室溫放置30 min冷卻。

離心：3 500 r/min離心5 m in。

灌裝殺菌：采用250 m L玻璃瓶，灌裝溫度80℃，121℃條件下滅菌1 min。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

將紫薯漿進(jìn)行α-淀粉酶和糖化酶協(xié)同水解過(guò)程的單因素試驗(yàn)。選取雙酶質(zhì)量比、酶解溫度、酶解pH值、酶解時(shí)間為考察因素，以每次試驗(yàn)的DE值為評(píng)價(jià)指標(biāo)（3次平行試驗(yàn)DE的平均值），得紫薯漿雙酶水解的單因素優(yōu)化條件。

1.3.4 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇酶促反應(yīng)中的雙酶質(zhì)量比（A）、pH值（B）、反應(yīng)時(shí)間（C）、溫度（D）4個(gè)因素，進(jìn)行4因素3水平L9（34）正交試驗(yàn)，以DE值為考察指標(biāo)，確定最佳酶解工藝條件。

表1 雙酶協(xié)同水解工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test for dual-enzyme hydrolysis process optimization

2 結(jié)果與分析

2.1 雙酶協(xié)同水解單因素試驗(yàn)

2.1.1 雙酶比例對(duì)DE值的影響

經(jīng)過(guò)預(yù)試驗(yàn)確定α-淀粉酶和糖化酶的總用量為每1 L紫薯原漿中加2 g混合酶制劑。將打漿過(guò)濾后的紫薯原漿在溫度65℃，pH值為6.0的條件下分別添加α-淀粉酶與糖化酶的質(zhì)量比為7∶10、6∶10、5∶10、4∶10、3∶10混合酶制劑，酶解50 min，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 雙酶添加比例對(duì)DE值的影響Fig.1 Effect of two enzymes proportion on DE value

由圖1可知，隨著α-淀粉酶添加量的增加，比例不斷增大，DE值明顯增加，這是雙酶協(xié)同作用的效果，α-淀粉酶通過(guò)其水解作用不斷為糖化酶提供新的非還原末端，有效提高了其底物濃度，同時(shí)糖化酶又不斷消耗α-淀粉酶的產(chǎn)物，促進(jìn)α-淀粉酶的有效水解[11-13]。隨后比例再增加，DE值的增加率逐漸減慢，是由于α-淀粉酶處于過(guò)飽和狀態(tài)，糖化酶量不足，體系內(nèi)還原糖的量增加緩慢。故將雙酶質(zhì)量比為5∶10，在此條件下DE值為21.92%。

2.1.2 酶解pH值對(duì)DE值的影響

將紫薯原漿在溫度65℃，雙酶質(zhì)量比為5∶10，pH值分別為5.0、5.5、6.0、6.5、7.0的條件下，酶解50 m in，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 酶解pH值對(duì)DE值的影響Fig.2 Effect of pH value on DE value

pH值是通過(guò)影響酶活性中心的解離程度，而影響酶活性構(gòu)象的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響酶與底物的親和能力和催化能力。由圖2可知，pH值為6.0時(shí)協(xié)同水解效果較好，此條件下DE值為22.87%。

2.1.3 溫度對(duì)DE值的影響

將紫薯原漿在pH值為6.0，雙酶質(zhì)量比為5∶10，溫度為45℃、55℃、65℃、75℃、85℃的條件下，酶解50 m in，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 酶解溫度對(duì)DE值的影響Fig.3 Effect of temperature on DE value

由圖3可知，隨著溫度的升高，DE值不斷增加，是由于高溫有助于淀粉液化充分，更易進(jìn)行糖化反應(yīng)，因此多采用高溫α-淀粉酶，而高溫同時(shí)會(huì)導(dǎo)致花青素的分解和美拉德反應(yīng)的發(fā)生，降低紫薯飲料的品質(zhì)。采用α-淀粉酶和糖化酶協(xié)同水解反應(yīng)，在65℃的條件下就能達(dá)到傳統(tǒng)酶解反應(yīng)90℃酶解效果。超過(guò)65℃后變化較為和緩，因此確定酶解溫度為65℃。

2.1.4 酶解時(shí)間對(duì)DE值的影響

將紫薯原漿在pH值為6.0，雙酶質(zhì)量比為5∶10，溫度為65℃的條件下，分別酶解30 min、40 min、50 min、60 min、70 min，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 酶解時(shí)間對(duì)DE值的影響Fig.4 Effect of time on DE value

由圖4可知，隨著酶解時(shí)間的增加，DE值也隨之增加，但考慮生產(chǎn)效率，酶解時(shí)間也不宜過(guò)長(zhǎng)。確定酶解時(shí)間為60 min。

2.2 雙酶協(xié)同水解正交試驗(yàn)

雙酶協(xié)同水解正交試驗(yàn)結(jié)果與分析見(jiàn)表2，方差分析見(jiàn)表3。由表2可知，α-淀粉酶和糖化酶協(xié)同水解過(guò)程中影響DE值的因素主次順序?yàn)殡p酶比例＞酶解時(shí)間＞酶解溫度＞pH。正交試驗(yàn)的最佳組合為A1B1C3D1，即雙酶質(zhì)量比為6∶10（α-淀粉酶0.75 g/L，糖化酶1.25 g/L），pH值6.0，酶解時(shí)間70min，酶解溫度為65℃。此水解條件下DE值為24.92%。

表2 雙酶協(xié)同水解工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiment for double enzyme hydrolysis process optimization

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal experiment results

由表3可知，雙酶比例對(duì)DE值影響極顯著，酶解時(shí)間對(duì)DE值影響顯著，其他因素對(duì)結(jié)果影響不顯著。

3 結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定紫薯漿的雙酶協(xié)同水解工藝：α-淀粉酶0.75 g/L，糖化酶1.25 g/L，酶解溫度65℃，反應(yīng)時(shí)間70 min，pH值為6.0。此工藝條件下的DE值為24.92%，生產(chǎn)的紫薯飲料穩(wěn)定性好，色澤紅艷、口感良好、營(yíng)養(yǎng)豐富。

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《中國(guó)釀造》雜志征稿啟事

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本刊主要面向全國(guó)各大高等院校、科研院所、各級(jí)黨政機(jī)關(guān)、相關(guān)企事業(yè)單位的廣大專家學(xué)者、工程技術(shù)人員、本科生、碩士博士研究生、管理人員等。

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Dual-enzyme hydrolysis process of purple sweet potato beverage

ZHAO Hongyan
(Department of Biological Science and Technology,Shaanxi Xueqian Normal University,Xi'an 710061,China)

Purple sweet potato beverage was produced by synergistic hydrolysis withα-amylase and glucoamylase and the parameters were determined through single factor and orthogonal test.The results indicated that the optimum processing parameters were α-amylase dosage 0.75 g/L,glucoamylase dosage 1.25 g/L,temperature 65℃,synergistic hydrolysis time 70 min,pH 6.0.After optimization,the dextrose equivalent of purple potato beverage was 24.92%,and the beverage showed good stability and bright color,and the taste was good with rich nutrition.

purple sweet potato;starch;dual-enzyme hydrolysis;technology

TS275.4

A

0254-5071（2015）03-0118-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.03.028

2015-03-09

陜西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（NO.1853）

趙紅巖（1981-），女，講師，碩士，主要從事生物醫(yī)藥，食品生物技術(shù)等方面研究工作。