紫薯酒液化糖化的研究.docx

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紫薯酒液化糖化的研究

紫薯酒液化糖化的研究

1紫薯概述

甘薯（IpomoeabatatasLan），又名山芋、番薯、地瓜或红薯等，不同的地区有不同的名称，属于旋花科草本植物的块茎。

在世界上100多个国家都有广泛种植，主要分布于北纬400以南，跟据联合国粮农组织（FAO）的统计，全球有2．1亿亩的甘薯种植面积，总产量约2．6亿吨。

甘薯在全球的分布特点为：

栽培面积以亚洲最大，非洲次之，然后是美洲。

发展中国家种植面积较大，约占到总种植面积的98％左右；甘薯的主要产区分布在亚洲和太平洋，约占全球总种植面积的83％左右；我国是种植甘薯面积最大的国家，种植面积约占70％，产量约占84％，所以甘薯在我国粮食生产及农产品加工工业中具有重要的作用。

紫薯（purplesweetpotato，PSP），因其肉质呈紫色或深红色，所以也称紫心甘薯、紫肉甘薯，日本是原产地，我国得到广泛种植是在引入“川山紫”后。

它是一种生理碱性食品，可调节米面肉类等食品中的生理酸性，经常食用，可维持人体健康所需的酸碱平衡。

紫薯的薯块薯肉主色为紫色，其在块根中原位合成了大量的花色素和花青素。

研究表明，经常食用紫薯对人体大有好处，并可预防一些疾病的发生。

2紫薯的营养价值

紫薯虽是甘薯的一种，但其营养价值远高于普通甘薯。

通过对紫薯的成分进行测定显示，紫薯中除含有易于消化的淀粉、蛋白质外，维生素C、维生素A、B1、B2、E和K等重要的维生素的含量也较丰富，以及花色苷、果胶、糖蛋白、游离氨基酸等功能性成分，另外矿物质如钙、铁、钾和硒等也较丰富。

其中紫薯花色苷是存在于紫薯块根中一种优质的天然食用色素，色泽鲜亮、安全、无毒，对人体具有许多保健功能，被广泛用于保健品、食品、化妆品和医药等行业。

2紫薯酒的液化、糖化工艺流程

2.1紫薯的预处理

将无病虫害的新鲜紫薯清洗干净后隔水蒸煮至无硬心，然后加入等质量的水于打浆机中打浆浆化，备用。

2.2紫薯液化单因素试验

2.2.1淀粉酶添加量对紫薯液化效果的影响

将预处理好的紫薯原浆用1mol／L柠檬酸和1mol／LNaOH溶液调节pH至6．5，分别添加α一淀粉酶的量为0．01％、0．03％、0．05％、0．07％、0．09％、0．11％，在温度为65℃的水浴中酶解2．5h，然后测定液化液的DE值，试验结果为三次平行试验的平均值。

2.2.2液化温度对紫薯液化效果的影响

将预处理好的紫薯原浆用1mol／L柠檬酸和1moFLNaOH溶液调节pH至6．5，α一淀粉酶添加量为0．05％，分别在恒温水浴温度为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃中酶解2．5h，然后测定液化液的DE值，试验结果为三次平行试验的平均值。

2.2.3液化时间对紫薯液化效果的影响

将预处理好的紫薯原浆用lmol／L柠檬酸和lmol／LNaOH溶液调节pH至6．5，添加0．05％的α淀粉酶，在65℃的恒温水浴中酶解1．0h、1．5h、2．0h、2．5h、3．0h、3．5h，然后测定液化液的DE值，试验结果为三次平行试验的平均值。

2.2.4液化pH对紫薯液化效果的影响

将预处理好的紫薯原浆用lmol／L柠檬酸和1mol／LNaOH溶液调节pH分别至5．0、5．5、6．0、6．5、7．0、7．5，添加0．05％的α淀粉酶，在温度为65℃的水浴中酶解2．5h，然后测定液化液的DE值，试验结果为三次平行试验的平均值。

2.2.5紫薯液化正交试验

根据紫薯液化单因素试验，分别选取四因素：

温度、pH、α一淀粉酶添加量和液化时间，选取3个水平，以液化液的DE值为考核指标，按照L9（34）进行正交试验，正交试验因素

水平表见表。

3紫薯糖化

3.1紫薯糖化单因素试验

3.1.1糖化酶添加量对紫薯糖化效果的影响

将紫薯经最佳液化条件制得紫薯液化醪液，调节pH至5．O（使用1mol／L柠檬酸和1mol／LNaOH溶液），分别按糖化酶的添加量O．01％、0．015％、0．02％、0．025％、0．03％、0．035％添加，在温度为60。

C的恒温水浴中酶解2．5h，然后测定糖化液的还原糖含量，试验结果为三次平行试验的平均值。

3.1.2糖化温度对紫薯糖化糖化的影响

将紫薯经最佳液化条件制得紫薯液化醪液，调节pH至5.0（使用lmol／L柠檬酸和1mol／LNaOH溶液），糖化酶添加量0．025％，恒温水浴温度为45"C、50。

C、55℃、60。

C、65℃、70℃，酶解2．5h，然后测定糖化液的还原糖含量，试验结果为三次平行试验的平均值。

3.1.3糖化时间对紫薯糖化效果的影响

将紫薯经最佳液化条件制得紫薯液化醪液，调节pH至5．0（使用lmol／L柠檬酸和lmol／LNaOH溶液进行调节），糖化酶添加量0．025％，60℃的恒温水浴，酶解时间1．0h、1．5h、2．Oh、2．5h、3．0h、3．5h。

然后测定糖化液中还原糖含量，试验结果为三次平行试验的平均值。

3.1.4糖化pH对紫薯糖化效果的影响

将紫薯经最佳液化条件制得紫薯液化醪液，，使用lmol／L柠檬酸和1mol／LNaOH溶液

分别调节pH至4．5、5．0、5．5、6．0、6．5、7．0，添加0．025％的糖化酶，在温度为60"C的恒温水浴中酶解2．5h，然后测定糖化液的还原糖含量，试验结果为三次平行试验的平均值。

3.1.5紫薯糖化正交试验

将紫薯经最佳液化条件制得紫薯液化醪液，根据紫薯糖化单因素试验结果，选取4个因素：

糖化酶添加量、温度、pH和时间，以糖化液中还原糖含量为指标，设计4因素3水平即Lq（34）的正交试验，因素水平表见表。

4分析测定方法

4.1常规指标的测定

总酸、还原糖、酒精度：

参考GB／T15038．2006葡萄酒、果酒通用分析方法中的电位滴

定法、直接滴定法和比重计法进行测定；pH：

采用pH计直接测定：

淀粉：

酸水解法；可溶性固形物含量（SSC）：

手持折光仪法。

4.2DE值得测定

DE值是指糖化液中的还原糖含量（以葡萄糖计）占干物质的百分率，又称葡萄糖值。

以DE值衡量淀粉水解程度，可以转化为糖化液中淀粉已转化的还原糖（以葡萄糖计）占淀粉含量的百分率。

4.3花色苷含量测定

采用消光系数法：

吸取样液lmL，用酸化乙醇（95％乙醇：

1.5mol／L盐酸为85：

15，体积比）稀释，混匀。

静置lh后，分别在530nm、700nm处测定吸光度值。

5结果与分析

5.1紫薯液化最佳工艺条件的确定

5.1.1α一淀粉酶添加量对紫薯液化效果的影响

可知，液化DE值随着a．淀粉酶添加量的增加而迅速升高；但当a一淀粉酶的添加量大于0．05％时，液化DE值基本趋于稳定。

这主要是因为当13．．淀粉酶添加量少于其能利用的底物浓度时，随旺．淀粉酶添加量的增加，底物的酶催化反应速度随之增加：

而当n．淀粉酶添加量大于所有酶能利用的底物浓度时，酶分子过于饱和，一部分酶分子没有机会和底物接触，水解速度不再增加，因此液化液的DE值不再变化。

综合生产成本考虑，选取0．05％的甜淀粉酶添加量作为紫薯液化的较适用量。

5.1.2液化温度对紫薯液化效果的影响

紫薯液化DE值随液化温度的变化如图。

从图中可以看出，紫薯酶解液DE值随着温度的升高呈现先升高后降低的趋势，并在温度为65℃时酶解液DE值最大。

酶都有适宜的催化温度，温度过低或多高，都会导致酶活性下降，温度过低，会使酶钝化；温度过高，同样会导致活性降低甚至变性。

因此，紫薯液化的较优温度为65℃左右。

5.1.3液化时间对紫薯液化效果的影响

液化时间对紫薯液化效果的影响见图。

由图可知，随着酶解时间的延长，酶解液DE值逐渐升高，在2．5h之前增加较快，随后增长缓慢并趋于稳定。

淀粉的液化分为两个阶段，开始时小淀粉酶首先使直链淀粉快速讲解，产生寡糖，使溶液黏度快速降低：

然后作用于直链淀粉产生葡萄糖、麦芽糖和一系列Ⅱ邛艮制糊精，同时使寡糖缓慢水解成葡萄糖和麦芽糖，从而使淀粉液化。

后一阶段的反应速率比前一阶段要慢得多，这可能是导致液化2。

5h后酶解液DE值趋于稳定的主要原因。

另外，随着水解程度的加深，a．1，4．糖苷键减少，淀粉中存在的u．1，6．糖苷键影响了洳淀粉酶的水解速度，同时不断积累的酶解产物也会抑制酶的活性，使水解逐渐变慢。

另外，随着时间的增加，酶也会出现钝化的现象。

因此为提高液化效率，确定液化时间为2．5h。

5.1.4液化pH对紫薯液化效果的影响

液化pH对紫薯液化效果的影响见图。

由于pH值会影响酶分子的稳定性和极性基团的解离状态，从而影响酶分子的构象以及酶与底物的结合和催化能力。

由图可知，酶解液DE值随着pH值的增大呈现先升高后降低的趋势，当pH在6．5左右时，紫薯浆液化DE值达到最大14．65％。

α一淀粉酶最适作用pH值为6．0～7．0，在这个pH值范围内，α一淀粉酶活力才最强，水解液过酸或过碱都会影响其稳定性，从而导致酶活性下降甚至失去活性。

因此，较优的液化pH值选在6．5左右。

5.1.5紫薯液化正交试验

在紫薯液化单因素试验的基础上，选取4因素3水平的L9（34）正交表进行正交试验，结果见表。

由表可知，四个因素共同决定液化液DE值的大小。

各因素对液化DE值的影响主次顺序为：

Aα-淀粉酶添加量>c液化pH值>B液化温度>D液化时间，即α淀粉酶添加量对紫薯液化的影响最大，液化时间的影响最小。

紫薯液化的最优组合为A2B1C2D2，最优组合没有在设计的9组试验中出现，需要对最优组合进行验证已确定是否最优。

在该最佳组合的工艺条件下，液化液的DE值为15．44％，高于实验组中液化液DE值最高的组合，因此可以确

定紫薯液化的最佳工艺条件为：

a．淀粉酶添加量0．05％、液化温度60"C、液化pH6．5、液化时间2．5h。

5.2紫薯糖化最佳工艺条件的确定

5.2.1糖化酶添加量对紫薯糖化液中还原糖含量的影响

糖化酶添加量对紫薯糖化液中还原糖含量的影响见图。

由图可知，当糖化酶的添加量小于0．025％时，随着酶添加量的增加，糖化液中还原糖的含量迅速上升；而当酶添加量大于0．025％时，糖化液中还原糖含量变化不大。

综合考虑，将糖化酶添加量确定为0．025％。

5.2.2糖化温度对紫薯糖化液中还原糖含量的影响

糖化温度对紫薯糖化液中还原糖含量的影响见图所示。

由图可知，紫薯糖化液中还原糖的含量随糖化温度升高呈现出先升高后降低的趋势，和紫薯液化时温度的影响趋势相符，也是由于不同的酶都有最适作用温度。

由图中可以得出，当糖化温度大于60*C时，糖化液中还原糖含量不增反降，说明糖化酶最适作用温度在60"C左右。

因此糖化温度选择60"C比较合适。

5.2.3糖化时间对紫薯糖化液中还原糖含量的影响

糖化时间对紫薯糖化液中还原糖含量的影响见图。

由图可知，紫薯糖化液中还原糖含量随着糖化时间的延长迅速升高，随后趋于平衡，并且2．0h是一个分界点。

这主要是由于糖化反应刚开始时，底物浓度较高，反应速度受时间的影响较大，糖化液中还原糖含量增加较为迅速；而随着反应的进行底物浓度逐渐下降，反应速率也随之降低，还原糖含量增加不再明显。

综合糖化效果和生产效率考虑，选取2．0h为较优糖化时间。

5.2.4糖化pH对紫薯糖化液中还原糖含量的影响

糖化pH对紫薯糖化液中还原糖含量的影响见图2—8。

由图可知，随着pH值的增大，糖化液中还原糖含量呈现出先升高后降低的趋势，当pH值为6．0时糖化液中还原糖含量达到最高179．69／L，随后迅速下降。

同酶的最适作用温度一样，每种酶也都有最适的作用pH，pH过酸或者过碱都使酶蛋白变性，从而使酶是去原来的催化活性。

因此，糖化pH选为6．0左右比较合适。

5.2.5紫薯糖化正交试验

在紫薯糖化单因素试验上，选取4因素3水平的L9（34）正交表进行正交试验，结果见表

通过表可知，每个因素对糖化液中还原糖含量的影响主次顺序为：

B糖化温度>A糖化酶添加量>D糖化时间>C糖化pH值。

紫薯糖化的最佳组合为A2B3ClD2，由于该组合在正交试验的9组试验中出现，且此组合条件下糖化液中还原糖含量最高，因此不需要再做该组的验证试验，在该组合的工艺条件下，糖化液中还原糖含量是185．79m，故确定紫薯糖化的最佳工艺条件为：

糖化酶添加量0．025％、糖化温度65"C、糖化pH5．5、糖化时间2．0h。

6结论

通过对紫薯原浆液化、糖化的单因素试验及正交试验，可知Ⅱ．淀粉酶液化紫薯的最佳条件为α-淀粉酶添加量0．05％、液化温度60。

C、液化pH6．5、液化时间2．5h；糖化酶对紫薯糖化的最佳条件为：

糖化酶添加量0．025％、糖化温度65"C、糖化pH5．5、糖化时间2．0h。

试验结果表明：

该工艺得到的还原糖含量较高，根据对一般果酒的酒精度含量的要求以及“含糖量．潜在乙醇浓度换算表”可知，将紫薯液化、糖化后能够使淀粉得到充分的利用。