紅小米酵素的制備及其工藝條件優(yōu)化研究

張一凡 王琳琳 高育哲 徐杰 宋威 李偉娜 姚金豆 湯震宇

摘要：以遼寧省朝陽(yáng)市北票地區(qū)特有的紅谷子為主要原料，利用酵母菌發(fā)酵制備小米酵素。以α-淀粉酶活力為測(cè)定指標(biāo)，通過(guò)正交試驗(yàn)確定制備小米酵素的最優(yōu)發(fā)酵條件為：發(fā)酵時(shí)間3.5 h、發(fā)酵溫度32 ℃、干酵母接種量3.5%，此條件下制得的小米酵素α-淀粉酶活力最大。

關(guān)鍵詞：紅谷子小米；小米酵素；α-淀粉酶活力；工藝條件；正交試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TS213 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2018）02-0033-03

小米是一種典型的藥食，其中含有多種維生素、蛋白質(zhì)和脂肪等人體所必需的營(yíng)養(yǎng)成分，同時(shí)具有清熱、滋陰、補(bǔ)脾腎及抗癌等功效。以小米為主要營(yíng)養(yǎng)源，利用微生物將小米發(fā)酵制成小米酵素，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)小米本身，可以進(jìn)一步提高小米的保健功能。小米酵素的制得既滿足了人們對(duì)健康食品的需求，又開(kāi)辟了小米深加工利用的新途徑，提高了小米的附加值，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。本課題利用紅谷子小米為原料制得發(fā)芽小米，以發(fā)芽小米酵素發(fā)酵過(guò)程中α-淀粉酶活力作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，來(lái)優(yōu)化發(fā)酵工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅谷子：品種為靠山紅，產(chǎn)地為遼寧朝陽(yáng)北票地區(qū)；發(fā)芽小米粉：實(shí)驗(yàn)室自制；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；麥芽粉：中藥飲片銷售有限公司。

試劑：無(wú)水乙醇、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、硫酸銅、次甲基藍(lán)、亞鐵氰化鉀、葡萄糖等，均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

SSB-25-12DT數(shù)控超聲波提取機(jī)：寧波新芝生物科技股份有限公司；AXTD5A型轉(zhuǎn)子離心機(jī)：美國(guó)科峻儀器公司；多功能粉碎機(jī)：天津市泰斯特儀器有限公司；DHG-9146A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥機(jī)：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；ESJ120-48電子天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司；MODEL868型pH計(jì)：奧立籠科學(xué)儀器有限公司；UV-2000紫外分光光度計(jì)：上海凌析儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 小米酵素制作工藝流程 小米酵素制作工藝流程為：小米→發(fā)芽小米→接種，混合→發(fā)酵→α-淀粉酶活力測(cè)定。將小米洗凈放入發(fā)芽機(jī)中發(fā)芽42 h，對(duì)制得的發(fā)芽小米進(jìn)行烘干、粉碎，過(guò)80目篩；在發(fā)芽小米（以發(fā)芽小米粉為100%計(jì)）中添加20%麥芽粉、60%紅糖、5%氯化鈉、10倍水和高活性干酵母，進(jìn)行發(fā)酵。

1.3.2 酵素指標(biāo)檢測(cè) α-淀粉酶活力測(cè)定：采用3，5-二硝基水楊酸比色法（DNS法）。

1.3.3 紅小米酵素酵母菌發(fā)酵條件單因素試驗(yàn)

1） 發(fā)酵溫度的確定。設(shè)定高活性干酵母接種量為3%、發(fā)酵時(shí)間為3.5 h，在發(fā)酵溫度分別為24，28，32，36，40 ℃條件下對(duì)發(fā)芽小米進(jìn)行發(fā)酵得到小米酵素，測(cè)定所得酵素的α-淀粉酶活力。

2） 發(fā)酵時(shí)間的確定。設(shè)定高活性干酵母接種量為3%、發(fā)酵溫度為32 ℃，在發(fā)酵時(shí)間分別為2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0 h條件下對(duì)發(fā)芽小米進(jìn)行發(fā)酵得到小米酵素，測(cè)定所得酵素的α-淀粉酶活力。

3） 酵母菌接種量的確定。設(shè)定發(fā)酵溫度為32 ℃、發(fā)酵時(shí)間為3.5 h，在高活性干酵母接種量分別為2.5%，3.0%，3.5%，4.0%，4.5%，5.0%條件下對(duì)發(fā)芽小米進(jìn)行發(fā)酵得到小米酵素，測(cè)定所得酵素的α-淀粉酶活力。

1.3.4 紅小米酵素酵母菌發(fā)酵條件正交試驗(yàn) 以α-淀粉酶活力為指標(biāo)，以發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間和高活性干酵母接種量為影響因素，進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 小米酵素發(fā)酵工藝條件的單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 發(fā)酵溫度對(duì)α-淀粉酶活力的影響 不同發(fā)酵溫度下小米酵素的α-淀粉酶活力測(cè)定結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出：小米發(fā)酵過(guò)程中，隨著溫度升高，α-淀粉酶活力先增大后減??；在32 ℃時(shí)α-淀粉酶活力達(dá)到最大；此后隨溫度繼續(xù)升高，酵母菌生長(zhǎng)明顯受到抑制，α-淀粉酶活力受到影響、呈減小趨勢(shì)。因此，確定小米酵素最佳發(fā)酵溫度為32 ℃。

2.1.2 發(fā)酵時(shí)間對(duì)a-淀粉酶活力的影響 不同發(fā)酵時(shí)間下小米酵素的α-淀粉酶活力測(cè)定結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出：隨著酵母菌生長(zhǎng)代謝時(shí)間延長(zhǎng)，α-淀粉酶活力逐漸增大，在3.5 h出現(xiàn)最大值；隨著發(fā)酵的繼續(xù)進(jìn)行，酶的活性受到體系各因素的影響，導(dǎo)致α-淀粉酶活力逐漸減小。因此，確定小米酵素最佳發(fā)酵時(shí)間為3.5 h。

2.1.3 干酵母接種量對(duì)a-淀粉酶活力的影響 不同高活性干酵母接種量下小米酵素的α-淀粉酶活力測(cè)定結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出：在高活性干酵母接種量為3.5%之前，接種量的增加可以促進(jìn)酵母菌分泌α-淀粉酶，酶活力增大趨勢(shì)變化較大；在接種量為3.5%之后，α-淀粉酶活力呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，這可能是由于接種量進(jìn)一步增加使微生物之間的競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇，生長(zhǎng)開(kāi)始受到抑制，導(dǎo)致α-淀粉酶活力開(kāi)始緩慢減小。因此，確定小米酵素最佳干酵母接種量為3.5%。

2.2 小米酵素發(fā)酵工藝優(yōu)化的正交試驗(yàn)結(jié)果

由單因素試驗(yàn)結(jié)果可知：小米酵素在發(fā)酵時(shí)間為3.5 h、發(fā)酵溫度為32 ℃、干酵母接種量為3.5%時(shí)，其α-淀粉酶活力最大、為3.03 （mg/g）/5 min。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知：在發(fā)酵時(shí)間（A）、發(fā)酵溫度（B）和酵母菌接種量（C）3個(gè)因素中，對(duì)α-淀粉酶活力影響大小順序?yàn)锳>C>B，即發(fā)酵時(shí)間對(duì)小米酵素發(fā)酵條件影響最大。綜合實(shí)際考慮，選擇最佳發(fā)酵條件為A2B2C2，即發(fā)酵時(shí)間3.5 h、發(fā)酵溫度32 ℃、干酵母接種量3.5%，在此條件下制得的小米酵素α-淀粉酶活力最大。

3 結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)優(yōu)化得到制備小米酵素的最佳工藝條件為：發(fā)酵時(shí)間3.5 h、發(fā)酵溫度32 ℃、干酵母接種量3.5%，此條件下制得的小米酵素α-淀粉酶活力最大。

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