甜玉米雙酶酶解取汁工藝優(yōu)化

呂滿霞 張 玲 林芷桑 王澤琪 黃曉翠 謝胡稀

(廣東石油化工學院環(huán)境與生物工程學院，廣東 茂名 525000)

甜玉米雙酶酶解取汁工藝優(yōu)化

呂滿霞 張 玲 林芷桑 王澤琪 黃曉翠 謝胡稀

(廣東石油化工學院環(huán)境與生物工程學院，廣東 茂名 525000)

以新鮮甜玉米為原料，中溫α-淀粉酶及糖化酶為催化劑，采用雙酶法分段酶解制備甜玉米汁。以可溶性固形物含量為評價依據(jù)，先考察了液化過程中液料比、中溫α-淀粉酶用量、酶解溫度和時間對酶解效果的影響，后考察了糖化過程中糖化酶的用量、糖化溫度及時間對酶解效果的影響。在單因素試驗基礎(chǔ)上，通過正交試驗優(yōu)化了甜玉米雙酶酶解取汁的最優(yōu)工藝條件。結(jié)果顯示最佳條件為：按照料液比為1∶4(g/mL)制取甜玉米漿，中溫α-淀粉酶用量為0.35%，于55℃液化25 min；糖化酶用量為0.15%，于55℃下糖化20 min；最佳條件下制得的玉米汁可溶性固形物含量為3.90%。該方法具有操作簡單、時間短，取汁效果好等優(yōu)點，可在甜玉米飲料加工中推廣和應用。

甜玉米；α-淀粉酶；糖化酶；酶解；糖化

玉米作為世界三大重要糧食作物之一，約占世界糧食總產(chǎn)量的25%。中國是世界第二大玉米生產(chǎn)國，玉米的播種面積和總產(chǎn)量僅次于水稻，是中國重要的糧食、經(jīng)濟及飼料作物，也是農(nóng)民收入中主要經(jīng)濟來源[1]。甜玉米是近年來采用現(xiàn)代生物工程技術(shù)培育出的優(yōu)良新品種，比普通玉米更具營養(yǎng)和風味，深受廣大消費者青睞。其籽粒含60%以上的亞油酸，可減少膽固醇在血管中沉積，防止高血壓、冠心病和心肌梗塞等疾病的發(fā)生；含有維生素A、維生素B1和B2、維生素C、多種礦物質(zhì)及游離氨基酸等，易于人體消化吸收，還可防止皮膚色素沉著和先期發(fā)皺以及延緩衰老[2]。

目前中國甜玉米加工規(guī)模逐步擴大，但仍以速凍玉米和玉米罐頭為主。由于甜玉米加工技術(shù)和設(shè)備落后，品種單一，不能滿足廣闊的市場需求，亟待開發(fā)新技術(shù)和新產(chǎn)品[3-4]。而西方和日本等發(fā)達國家非常重視果蔬飲料的開發(fā)，已率先將果蔬原料加工成飲料產(chǎn)品，充分利用了果蔬原料，并使果蔬飲料逐步發(fā)展成為果蔬加工的重要產(chǎn)業(yè)之一[5]。雖然中國果蔬汁飲料工業(yè)起步較晚，但勢頭強勁，市場發(fā)展前景可觀[6-7]，果汁飲料從單一品種到混合品種，逐步形成了以山楂、芒果、菠蘿為代表的果肉類飲料，蔬菜汁也隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展逐步形成了以蔬菜汁、蔬菜濃漿、特種蔬菜飲料為主的加工產(chǎn)品[8]。甜玉米作為蔬菜的一種，具有口感細膩、香味濃郁、酸甜可口并帶有谷物清香等特點，是開發(fā)飲料的良好資源[9]。目前對于甜玉米取汁工藝的系統(tǒng)研究報道還比較少，利用酶技術(shù)輔助取汁的研究也相對較少，徐玉娟等[9]研究了兩種α-淀粉酶對甜玉米果漿的液化效果，結(jié)果表明，S型耐高溫α-淀粉酶的水解速度明顯快于中溫型α-淀粉酶，在最佳條件下使用，可使甜玉米汁固形物含量接近3.9%；李次力等[10]為開發(fā)一種營養(yǎng)性甜玉米飲料，采用木瓜蛋白酶處理甜玉米糖化液，優(yōu)化了木瓜蛋白酶作用的最佳工藝條件；鄧開野等[11]采用α-淀粉酶(2 000 U/g淀粉)、糖化酶對甜玉米漿進行分步水解，以感官評價分值為考察依據(jù)，直接采用正交試驗優(yōu)化了兩種酶的最佳作用條件，結(jié)果表明α-淀粉酶和糖化酶的用量、酶解時間和酶解溫度分別為0.175 g和0.4 mL、75℃和60℃、85 min和3 h；陶興無[12]優(yōu)化了α-淀粉酶處理甜玉米漿的最佳工藝條件為酶用量16 U/g濕玉米粒、溫度70℃、自然pH、酶解60 min，甜玉米漿可溶性固形物由1.5%提高到4.5%，還原糖≤1.5%。

基于淀粉糖化的一般原理，本試驗設(shè)計采用α-淀粉酶和糖化酶分步對甜玉米漿進行液化和糖化，并以可溶性固形物為評價依據(jù)，分別對液化和糖化過程進行了單因素和正交試驗優(yōu)化，確定了兩種酶的最佳處理條件，制備了品質(zhì)良好的玉米汁。研究結(jié)果可為甜玉米汁、甜玉米濃漿及速溶甜玉米粉等飲料的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 原料及試劑

新鮮甜玉米：市售；

250目絹布：上海志合過濾材料有限公司；

中溫α-淀粉酶(酶活為1×104U/g)、糖化酶(酶活為1×105U/g)：江蘇銳陽生物科技有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

數(shù)顯恒溫水浴鍋：KW-1000DC型，江蘇金壇市億通電子有限公司；

破壁料理機：JP03D-800型，浙江蘇泊爾股份有限公司；

電子天平：JA3003型，上海舜宇恒平科學儀器有限公司；

數(shù)顯折射儀：PAL-1型，日本Atago公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 甜玉米汁制備工藝流程

新鮮甜玉米→去雜→清洗→脫粒→磨漿→液化→滅酶→糖化→滅酶→精濾→甜玉米汁

1.2.2 操作要點

(1) 去雜清洗：將新鮮甜玉米去皮，用自來水清洗3次去除穗須。

(2) 脫粒、磨漿：清洗后的甜玉米脫粒；將玉米粒按一定料液比加入清水，經(jīng)榨汁機磨漿，得到甜玉米漿。

(3) 液化、滅酶、糖化、滅酶：取100 mL甜玉米漿，加入適量的中溫α-淀粉酶，在合適溫度下進行液化處理，液化完成后升溫至100℃保溫10 min進行滅酶。以最佳液化條件下制備的液化甜玉米漿為原料，加入一定量的糖化酶在適宜溫度下糖化一定時間后升溫至100℃保溫10 min滅酶。

(4) 精濾：糖化滅酶后，用250目絹布過濾除渣，得到甜玉米汁。

1.2.3 料液比對原料浸出量的影響 取100 g甜玉米原料，加入一定體積的蒸餾水，按料液比1∶2，1∶3，1∶4，1∶5，1∶6，1∶7(g/mL)進行磨漿，在100℃加熱15 min，過濾，冷卻至室溫，測定濾液的質(zhì)量及可溶性固形物含量，計算果漿中可溶性固形物提取率[13]，比較料液比對原料浸出量的影響。

1.2.4 甜玉米漿液化條件單因素試驗

(1) 酶添加量對甜玉米漿酶解效果的影響：取100 mL甜玉米漿8份，按質(zhì)量比分別添加0.00%，0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%，0.30%，0.35%的中溫α-淀粉酶，在65℃下酶解60 min，測定可溶性固形物含量，比較酶添加量對酶解效果的影響。

(2) 酶解溫度對甜玉米漿酶解效果的影響：取100 mL甜玉米漿6份，添加0.05%中溫α-淀粉酶，分別在45，50，55，60，65，70℃下液化60 min，測定可溶性固形物含量，比較酶解溫度對酶解效果的影響。

(3) 酶解時間對甜玉米漿酶解效果的影響：取100 mL甜玉米漿7份，添加0.05%中溫α-淀粉酶，在55℃下分別酶解0，10，20，25，30，60，90 min，測定可溶性固形物含量，比較時間對酶解效果的影響。

1.2.5 甜玉米漿液化工藝的優(yōu)化 根據(jù)單因素試驗結(jié)果，以酶添加量、酶解溫度、酶解時間為因素，采用L9(33)做正交試驗，確定最佳液化工藝條件。

1.2.6 甜玉米漿糖化工藝單因素試驗 以最佳液化條件下制得的甜玉米漿為原料，進行糖化工藝條件研究。

(1) 糖化酶添加量對甜玉米漿酶解效果的影響：取液化后的甜玉米漿6份，每份100 mL，分別添加0.00%，0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%的糖化酶，在60℃下糖化3 h，測定可溶性固形物含量，比較酶添加量對酶解效果的影響。

(2) 糖化溫度對甜玉米漿酶解效果的影響：取液化后的甜玉米漿8份，每份100 mL，添加0.10%糖化酶，分別在30，35，40，45，50，55，60，65℃下糖化3 h，測定可溶性固形物含量，比較酶解溫度對酶解效果的影響。

(3) 糖化時間對甜玉米漿酶解效果的影響：取液化后的甜玉米漿8份，每份100 mL，添加0.10%糖化酶，在55℃下分別糖化0，10，15，20，25，30，60，90 min，測定可溶性固形物含量，比較時間對酶解效果的影響。

1.2.7 甜玉米漿糖化工藝的優(yōu)化 根據(jù)單因素試驗結(jié)果，以酶添加量、酶解溫度、酶解時間為因素，采用L9(33)做正交試驗，以確定最佳糖化工藝條件。

1.2.8 可溶性固形物含量的測定及提取率的計算

(1) 可溶性固形物含量：采用手持PAL-1迷你數(shù)顯折射儀測定。

(2) 可溶性固形物提取率：按式(1)進行計算：

(1)

式中：

X——甜玉米的可溶性固形物提取率，%；

D——濾液中的可溶性固形物含量，%；

m——濾液的質(zhì)量，g；

M——打漿前的甜玉米質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜玉米打漿料液比的確定

由圖1可知，隨著加水量的增加，原料中可溶性固形物轉(zhuǎn)移到液相中隨之增多，提取率就越大。當料液比為1∶4(g/mL) 時，果漿中可溶性固形物提取率達到最大值。加水量繼續(xù)增加后，原料中可溶性固形物提取率隨之減少。由于加水量太小，會使磨出的漿過于粘稠，不利于后續(xù)酶解過程中酶的分散與作用。綜合經(jīng)濟成本因素考慮，選擇料液比1∶4(g/mL)為宜。

圖1 甜玉米磨漿時料液比對原料浸出量的影響Figure 1 Effect of the solid-liquid ratio on the raw material leaching amount when sweet corns are pulped (n=3)

2.2 中溫α-淀粉酶液化條件的優(yōu)化

2.2.1 酶添加量對甜玉米漿酶解效果的影響 由圖2可知，當酶添加量從0.00%增至0.05%時，液相可溶性固形物含量由2.20%增加到3.05%，這說明中溫α-淀粉酶能較顯著地提高甜玉米漿品質(zhì)。當酶添加量增加到0.30%時，可溶性固形物含量趨于穩(wěn)定。這可能是酶的催化效果達到飽和。因此，選擇中溫α-淀粉酶添加量為0.30%為宜。

2.2.2 酶解溫度對甜玉米漿酶解效果的影響 由圖3可知，可溶性固形物含量隨酶解溫度的升高而呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，當酶解溫度為55℃時達到最大值。這是因為酶在較低溫度下催化活力較低，在高溫下易失活。因此，選擇酶解溫度55℃為宜。

圖2 中溫α-淀粉酶添加量對甜玉米漿酶解效果的影響Figure 2 Effect of medium temperature α-amylase dosage on the enzymolysis effect of sweet corn pulp (n=3)

圖3 中溫α-淀粉酶酶解溫度對甜玉米漿酶解效果的影響Figure 3 Effect of temperature on the enzymolysis effect of sweet corn pulp (n=3)

2.2.3 酶解時間對甜玉米漿酶解效果的影響 由圖4可知，在0～30 min內(nèi)，隨著酶解時間的延長，甜玉米漿液中淀粉逐漸水解，可溶性固性含量快速上升，30 min時達到最大值3.40%，說明酶解30 min后漿液中的淀粉基本液化完全。因此，酶解時間選擇30 min為宜。

圖4 中溫α-淀粉酶酶解時間對甜玉米漿酶解效果的影響Figure 4 Effect of time on the enzymolysis of sweet corn pulp (n=3)

2.2.4 中溫α-淀粉酶液化條件的正交優(yōu)化 正交試驗因素水平表見表1，正交結(jié)果見表2。

采用直觀分析法，根據(jù)表2的結(jié)果來確定最優(yōu)組合，可知，3個因素影響程度關(guān)系為：酶用量>酶解溫度>酶解時間；甜玉米漿最佳液化條件為：A3B2C1，即中溫α-淀粉酶用量0.35%、酶解溫度55℃，酶解時間25 min，但是這一組合在上述的9組試驗中從未出現(xiàn)過。進行3次驗證實驗，向甜玉米漿中加入0.35%的中溫α-淀粉酶，在55℃下酶解25 min，得到的甜玉米汁的可溶性固形物的含量為3.75%，優(yōu)于已出現(xiàn)的9組試驗結(jié)果，說明實驗結(jié)果與正交試驗設(shè)計結(jié)果擬合良好。

表1 液化條件正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of the orthogonal test

表2 液化條件正交試驗結(jié)果Table 2 Results of orthogonal test (n=3)

2.3 糖化酶糖化條件的優(yōu)化

2.3.1 酶的添加量對甜玉米漿酶解效果的影響 由圖5可知，當糖化酶用量為0.05%時，液相中可溶性固性含量從3.20%增加到3.40%，說明糖化酶能提高汁液品質(zhì)。隨著酶用量逐漸增加，液相中可溶相固形物含量也逐漸增加，當用量增加至0.15%時達到最大值3.75%，而后趨于穩(wěn)定，故糖化酶最適添加量選擇0.15%。

圖5 糖化酶添加量對甜玉米漿酶解效果的影響Figure 5 Effect of saccharifying enzyme adding dosage on the enzymolysis of sweet corn pulp (n=3)

2.3.2 酶解溫度對甜玉米漿酶解效果的影響 由圖6可知，甜玉米汁中可溶性固形物含量隨溫度的升高而先升后降，50℃時達到最大值3.70%。這可能是糖化酶的催化活力在溫度較低時受到抑制作用而呈現(xiàn)低活性狀態(tài)，在較高溫度時處于失活狀態(tài)。因此，酶解溫度選50℃為宜。

2.3.3 酶解時間對甜玉米漿酶解效果的影響 由圖7可知，在0～20 min內(nèi)，隨著糖化時間的延長，甜玉米漿逐漸水解，可溶性固形物逐漸增大。20 min后趨于穩(wěn)定，此時值為3.70%。因此，酶解時間選20 min較適合。

圖6 糖化酶酶解溫度對甜玉米漿酶解效果的影響Figure 6 Effect of temperature on the enzymolysis of sweet corn pulp (n=3)

圖7 糖化酶酶解時間對甜玉米漿酶解效果的影響Figure 7 Effect of time on the enzymolysis of sweet corn pulp (n=3)

2.2.4 糖化酶糖化條件的正交優(yōu)化 正交試驗因素水平表見表3，正交結(jié)果見表4。

表3 糖化條件的正交試驗因素水平表Table 3 Factors and levels of the orthogonal test

表4 糖化條件的正交試驗結(jié)果Table 4 Results of orthogonal test (n=3)

由表4可知，因素影響的主次關(guān)系是：酶用量>酶解時間>酶解溫度；最優(yōu)組合是A2B3C2，即糖化酶酶用量0.15%，酶解溫度55℃和酶解時間20 min，但是這一組合在上述的9組試驗中從未出現(xiàn)過。進行3次驗證實驗，甜玉米漿經(jīng)液化后，再添加0.15%的糖化酶，在55℃下糖化20 min，所得到的甜玉米汁中的可溶性固形物的含量為3.90%，結(jié)果優(yōu)于已出現(xiàn)的9組試驗結(jié)果，說明本試驗優(yōu)化的條件可靠。

3 結(jié)論

通過單因素試驗和正交試驗篩選出甜玉米漿最佳酶解條件為：中溫α-淀粉酶酶用量0.35%，在55℃條件下液化25 min，再在55℃下添加0.15%的糖化酶，糖化20 min，此條件下制得的甜玉米汁可溶性固形物含量可達3.90%。該試驗方法簡單易操作，干擾因素較少，所用設(shè)備和試劑簡單，重復性較好，可為甜玉米進一步加工提供試驗依據(jù)。但本研究僅采用可溶性固形物單一指標考察酶解效果，且所用淀粉酶在品種上也較為單一，后續(xù)將進一步比較不同種類、品牌的淀粉酶的適用性，為甜玉米深加工提供更可靠更全面的數(shù)據(jù)結(jié)果。

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Optimization of technological conditions for enzymatic hydr olysis of sweet corn pulp

LU Man-xiaZHANGLingLINZhi-sangWANGZe-qiHUANGXiao-cuiXIEHu-xi

(FacultyofEnvironmentalandBiologicalEngineering,GuangdongUniversityofPetrochemicalTechnology,Maoming,Guangdong525000,China)

The sweet corn juice was prepared by using double enzymes method, i.e. catalyzed by medium temperatureα-amylase and saccharifying enzyme. The soluble solid matter content was analyzed as the basis of evaluation. The liquefaction process was investigated in solid-liquid ratio, medium temperatureα-amylase dosage, enzymatic hydrolysis temperature and time on the amylolysis effect, and then the effects of the amount of saccharifying enzyme, saccharification temperature and time on the enzyme solution were also studied. On the basis of single factor experiments, the optimum technological conditions of double enzyme hydrolysis for sweet corn were optimized by orthogonal experiment. The results showed that the sweet corn pulp could be produced best, using the solid-liquid ratio of 1∶4 (g/mL) and liquefied at 55℃for 25 min with 0.35% of medium temperatureα-amylase, then saccharified for 20 min with 0.15% of saccharifying enzyme. The soluble solid matter content of the sweet corn juice prepared under the best condition was 3.90%. This method showed the advantages of simple operation, consuming short time, and effective juice extraction, etc., and it could be popularized and applied in the processing of sweet corn beverage.

sweet corn;α-amylase; saccharifying enzyme; enzymolysis; saccharification

2015年廣東石油化工學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)校級培育項目(編號：2015pyA019)

呂滿霞，女，廣東石油化工學院在讀本科生。

張玲(1979—)，女，廣東石油化工學院副教授，碩士。 E-mail: mmzhl1130@126.com

2016-09-30

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.01.042