山药液化工艺的研究

张天爽， 赵 华

(天津科技大学生物工程学院，天津，300457)

山药是一类药食两用的薯蓣科(dioscoreaceae)薯蓣属植物[1]，在我国分布广泛，种类繁多。山药中含有许多具有研究价值的功能性成分，如，山药多糖、尿囊素、皂苷、黄酮等[2-3]。山药具有抗氧化性[4-7]、抗衰老[8]、抗肿瘤[9-10]、降低糖脂[11-12]、提升免疫力[13]、抵抗组织性疾病[14]、减轻疼痛[15-16]、缓和疲劳[17]以及调节心血管[18]等多种功效。铁棍山药的主要组成成分为水分、淀粉、蛋白质和脂肪等，淀粉含量丰富，易糊化，有利于进行微生物发酵。

本文利用单因素实验和正交实验对山药的液化条件进行优化，确定最佳预处理条件，为山药发酵酒的研究和发展奠定基础。

铁棍山药，河南焦作；高效液化酶，诺维信公司；高效糖化酶，诺维信公司。

EX125DZH电子天平，奥豪斯仪器(常州)有限公司。

1.2.1 工艺流程

铁棍山药→去皮，清洗→蒸煮→按1:1.5料液比打浆→酶解液化→糖化→发酵→离心→山药汁。

1.2.2 淀粉水解程度测定

称取15 g捣碎的山药样品于250 mL容量瓶中，采用直接滴定法检测山药样品中还原糖的含量[19]。山药水解程度计算见式(1)。

水解程度(%)=C1/C0×100

(1)

式中，C1糖化后待测样品中还原糖质量浓度，g/L；C0酸水解后样品中还原糖质量浓度，g/L。

1.2.3 山药液化单因素实验

将新鲜的山药清洗干净后，去除山药皮，在105 ℃的高压锅内蒸煮15 min，按照料液比为1∶1.5进行打浆，制备山药浆。以淀粉水解程度为主要参考标准，分别以液化酶的添加量(1、2、3、4、5 U/g)、液化温度(80、85、90、95、100 ℃)和液化时间(15、30、45、60、75 min)，再加入150 U/g糖化酶，在60 ℃下糖化2 h后进行单因素实验，确定最佳的液化条件。

1.2.4 山药糖化单因素实验

将新鲜山药清洗干净后，去皮，使用高压锅在105 ℃下蒸煮15 min，再按照1∶1.5的料液比进行打浆，制备山药浆。在山药浆中加入2 U/g液化酶，在95 ℃下液化60 min，分别以糖化酶的添加量(100、150、200、250、300 U/g)，糖化温度(50、55、60、65、70 ℃)和糖化时间(1、1.5、2、2.5、3 h)进行单因素实验，以淀粉水解程度为主要指标，确定最佳糖化条件。

1.2.5 正交实验

以单因素实验结果为基础，以糖化后的淀粉水解程度为主要标准，利用正交实验对山药浆的最佳液化条件进行优化，液化和糖化条件的正交实验设计表见第24页表1和表2，以确定最佳的山药预处理条件。

表1 液化条件正交实验水平表

表2 糖化条件正交实验水平表

2.1.1 液化酶添加量对淀粉水解程度的影响

将处理过的山药浆，按照1、2、3、4、5 U/g的液化酶添加量加入山药浆中，在85 ℃下保温30 min，待温度降低到60 ℃左右，加入150 U/g的糖化酶，60 ℃保温2 h，检测样品中还原糖的含量，确定最佳液化酶用量。结果如图1所示。

图1 液化酶添加量对水解程度的影响

由图1可知，液化酶的添加量可以明显提高淀粉水解程度，随着液化酶添加量的增加，淀粉的水解程度随之提高，当液化酶的添加量为2 U/g时，淀粉水解程度有明显提高，再增加液化酶的添加量，水解程度提高较低，因此选择最佳液化酶添加量为2 U/g。

2.1.2 液化温度对淀粉水解程度的影响

将处理过的山药浆，按照2 U/g的液化酶添加量加入山药浆中，在80、85、90、95、100 ℃下分别保温30 min，待温度降低到60 ℃左右，加入150 U/g的糖化酶，60 ℃保温2 h，检测样品中还原糖的含量，确定最佳液化温度。结果如图2所示。

由图2可知，随着液化温度的逐渐提高，淀粉的水解程度也在逐渐增加，达到90 ℃时，水解程度达到最大值，超过90 ℃，在逐渐下降。主要是因为，温度过高，导致液化酶活性降低，进而水解的程度也就下降，因此选择最佳的液化温度为90 ℃。

图2 液化温度对于水解程度的影响

2.1.3 液化时间对淀粉水解程度的影响

将处理过的山药浆，按照2 U/g的液化酶添加量加入山药浆中，在90 ℃下分别保温15、30、45、60、75 min，待温度降低到60 ℃左右，加入150 U/g的糖化酶，60 ℃保温2 h，检测样品中的还原糖含量，确定最佳液化时间。结果如图3所示。

图3 液化时间对水解程度的影响

由图3可知，液化时间对淀粉的水解有较为明显的影响，随着时间的延长，水解程度不断升高，在液化时间为45 min后，水解程度增长较小，且考虑生产周期等问题，因此选择最佳的液化时间为45 min。

2.1.4 山药液化条件正交实验

以淀粉水解程度为主要考察指标，以单因素实验结果为基础，设计L9(34)正交实验对山药的液化工艺进行优化，确定最佳的液化条件。正交实验分析结果如第25页表3、表4所示。

由表3和表4可知，以淀粉水解程度为主要考察指标，在这3个液化条件中，对山药液化影响的主次顺序为液化时间>液化温度>液化酶添加量，即，液化时间对DE值的影响最大。通过方差分析，液化温度和液化时间对液化效果具有明显的影响(0.01

表3 正交实验结果分析

表4 方差分析结果

本实验通过单因素实验和正交实验对山药中淀粉的液化工艺进行优化，最终确定最佳预处理条件为液化酶的添加量为2 U/g，液化温度为95 ℃，液化时间为60 min。再进行验证实验，在此最佳预处理条件下，山药的淀粉水解程度可达到(90.57±1.68)%，为进一步利用山药酒调配复合饮料的开发与研究提供参考与理论依据。