嫩竹酶促糖化工艺研究

黄业传，李凤

（西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳621002）

嫩竹酶促糖化工艺研究

黄业传，李凤

（西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳621002）

为了提高在饮料或果酒酿造中的附加值，用纤维素酶、果胶酶、淀粉酶等对嫩竹液进行糖化处理，以期提高其出汁率。研究表明通过酶解可以大幅度提高嫩竹液的可溶性固形物含量，最佳工艺为：纤维素酶6000 U/100 g、果胶酶2000 U/100 g联合在pH为4.25、45℃～50℃作用50 min后，再用2500 U/100 g的淀粉酶在60℃、pH6下作用90 min；在最佳工艺条件下嫩竹中的可溶性固形物含量可达15%以上，是对照组的2.2倍。

嫩竹；酶解；可溶性固形物

Abstract:For imporving the additional value of tender bamboo in beverage and cider industry,the pectinase,cellulase and amylase were added to tender bamboo solution to improve the soluble solids in this paper.The result indicated the soluble solids of tender bamboo can be improved obviously through saccharifying by enmzyme.Thebesttechnolotyis：using6000U/100gcellulase，2000U/100gpectinaseatatemperatureof45 ℃～50℃and pH of 4.25 to hydrolyse the bamboo juice for 50 min,followed by 2500 U/100 g amylase at a temperature of 60℃and pH of 6 for 90 min;on this best condition,the soluble solids of tender bamboo juice may reach 15%,which is 2.2 times than that of the group of contrast.

Key words：tender bamboo;enzymatic hydrolysis;soluble solids

我国竹资源极其丰富，竹中含有维生素、脂肪、蛋白质、葡萄糖以及锗、硅、钙、铁等元素，营养十分丰富，而且传统医药界认为竹有止血、镇痛、止咳、消炎、解热等疗效。利用嫩竹开发饮料或低度酒有很大潜力，但嫩竹中纤维素、果胶、淀粉等不可溶性物质较多，会妨碍嫩竹的出汁率，降低其营养价值，因此利用酶糖化嫩竹液是一个值得研究的课题，本研究就纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、果胶酶等作用于嫩竹液[1-4]，以期提高其可溶性固形物含量，增加其在饮料或酿酒行业的应用价值。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

嫩竹：一年生，7月中旬采伐；果胶酶：和氏璧生物技术有限公司；纤维素酶：上海奥伯生物科技有限公司；淀粉酶：天津利华酶制剂厂；中性蛋白酶：哈尔滨生物制药有限公司；其它化学试剂：均为分析纯。

1.2 主要设备与仪器

WYT型手持糖度仪：成都光学仪器厂；HH-6型数显恒温水浴锅：浙江金坛富华仪器有限公司；PHS-3C数字显示pH计：成都方舟科技开发公司；家用榨汁机：九阳多功能料理机；台式高速离心机：上海安亭科学仪器厂。

1.3 测定方法

可溶性固形物：手持折光仪法；pH值：数字酸度计法。

1.4 方法

1.4.1 嫩竹液制备

嫩竹→分选、清洗→破碎（切成小块）→蒸煮（120 ℃ ，2 h）→软化打浆（料水比 1∶1，g/mL）→嫩竹液

将制得的嫩竹液进行酶解糖化试验，酶解后，经离心过滤（4000 r/min），即得清汁。

1.4.2 果胶酶对嫩竹液糖化效果的研究[1-2]

分别进行不同果胶酶剂量（pH3.5，温度45℃，时间 2 h）、处理时间（pH3.5，温度 45℃，酶剂量 2500 U/100 g）、温度（pH3.5，时间 2 h，酶剂量 2500 U/100 g）和pH（温度 45℃，时间 2 h，酶剂量 2500 U/100 g）对嫩竹液的糖化效果进行试验，研究上述条件对提取液中可溶性固形物含量的影响。并在单因素试验的基础上进行正交试验,确定果胶酶的最佳作用条件。

1.4.3 纤维素酶对嫩竹液糖化效果的研究[1-3]

分别进行不同纤维素酶剂量(pH4.5，温度45℃，时间1 h)、处理时间(pH4.5，温度45℃，酶剂量6000 U/100 g)、温度(pH4.5，时间 1 h，酶剂量 6000 U/100 g)和pH(温度50℃，时间1 h，酶剂量6000 U/100 g)对嫩竹液的糖化效果进行试验，研究上述条件对提取液中可溶性固形物含量的影响。并在单因素试验的基础上进行正交试验,确定纤维素酶的最佳作用条件。

1.4.4 淀粉酶对嫩竹液糖化效果的研究[4]

分别进行不同淀粉酶剂量(pH6，温度60℃，时间3h)、处理时间（pH6，温度 60℃ ，酶剂量 3000U/100g）、温度(pH6，时间 3 h，酶剂量 3000U/100 g)和 pH(温度60℃，时间3 h，酶剂量3000 U/100 g)对嫩竹液的糖化效果进行试验，研究上述条件对提取液中可溶性固形物含量的影响。并在单因素试验的基础上进行正交试验,确定淀粉酶的最佳作用条件。

1.4.5 中性蛋白酶对嫩竹液糖化效果的研究

分别进行不同中性蛋白酶剂量(pH7，温度50℃，时间 3 h)、处理时间（pH7，温度 50℃，酶剂量800 U/100 g)、温度(pH7，时间 2.5 h，酶剂量 800 U/100 g）和pH（温度 50℃，时间2.5 h，酶剂量 800 U/100 g）对嫩竹液的糖化效果进行试验，研究上述条件对提取液中可溶性固形物含量的影响。并在单因素试验的基础上进行正交试验,确定中性蛋白酶的最佳作用条件。（注：刚开始设定的时间为3 h，但第2步优化后即选用的最优时间2.5 h）

1.4.6 复合酶作用的研究

在单因素试验的基础上,进行复合酶解的工艺研究,共进行 9 个处理组,分别是：（1）不加酶；（2）纤维素酶；（3）纤维素酶+果胶酶；（4）纤维素酶+中性蛋白酶；（5）纤维素酶+淀粉酶；（6）纤维素酶+果胶酶+中性蛋白酶；（7）纤维素酶+果胶酶+淀粉酶；（8）纤维素酶+中性蛋白酶+淀粉酶；（9）纤维素酶+果胶酶+中性蛋白酶+淀粉酶（每一组处理均是按照上述单因素试验确定的各自最佳条件按先后顺序进行酶解）。

1.4.7 复合酶的作用顺序

为研究选择的3种酶的作用顺序对糖化效果的影响,特设计以下几组试验：（1）纤维素酶→果胶酶→淀粉酶；（2）果胶酶→纤维素酶→淀粉酶；（3）果胶酶、纤维素酶→淀粉酶（表示果胶酶与纤维素酶同时添加，果胶酶与纤维素酶同时酶解的条件为47.5℃、pH4.25，1 h）；（4）果胶酶、纤维素酶→淀粉酶（果胶酶与纤维素酶同时酶解的条件为47.5℃、pH4.25，2 h）；（5）3 种酶同时添加(条件为 50 ℃、pH5，1 h)；（6）3 种酶同时添加(条件为 50 ℃、pH5，2 h)；（7）3 种酶同时添加(条件为50℃，pH5，3 h)。未注明的条件均为单因素试验确定的该酶作用的最适条件。

1.4.8 酶用量的正交试验

以L9（34）正交试验来确定3种酶的最佳用量,因子水平表见表1。（酶解顺序为1.4.7确定的最佳顺序组合，即3号组合）。

表1 酶用量因子水平设计表Table 1 Levels of factors for enzyme dosage

1.4.9 果胶酶、纤维素酶复合酶酶解条件的确定

调配待酶解液的pH分别为4.0、4.25、4.5，在复合酶最佳酶量条件下，47.5℃酶解1 h，分别测定酶解液中可溶性固形物含量，以确定最佳的pH。

1.4.9.2 温度的确定

调配待酶解液的pH为4.25，在复合酶最佳酶量条件下，分别在45、47.5、50℃酶解1 h，分别测定酶解液中可溶性固形物含量，以确定最佳的酶解温度。

1.4.9.3 酶解时间的确定

调配待酶解液的pH为4.25，在复合酶最佳酶量条件下，47.5℃酶解，并在30 min后每隔10 min取样测定酶解液的可溶性固形物含量，直至其不再变化，以确定最佳的酶解时间。

1.4.10 淀粉酶最佳作用时间的确定

按上述果胶酶与纤维素酶复合酶的最佳条件酶解后，调pH为6，在淀粉酶最佳酶量条件下，60℃进行酶解，并在60 min后每隔15 min取样测定酶解液中可溶性固形物含量，直至其不再变化，以确定最佳的酶解时间。

受到双冷源新风机组安装位置的限制，无法安装制冷系统室外机，只能考虑将排风作为制冷系统的排热源，而受到房间正压控制的需要，排风量只有新风量的80%左右，排风不能完全带走制冷系统的冷凝热。因此考虑采用蒸发冷却的方式，在排风量一定的情况下利用水蒸发吸热的特性加大排风带走的热量，满足机组制冷系统的需求。同时利用机组除湿过程中产生的冷凝水，利用提升泵送至蒸发冷却器的补水箱，减少蒸发冷却器的水的补充量。

2 结果与分析

2.1 果胶酶对嫩竹液糖化效果的研究结果

结果表明：最适作用条件为温度45℃，时间2 h，酶剂量 2500 U/100 g，pH4。

2.2 纤维素酶对嫩竹液糖化效果的研究结果

结果表明：最适作用条件为温度50℃，时间1 h，酶剂量 6000 U/100 g，pH4.5。

2.3 淀粉酶对嫩竹液糖化效果的研究结果

结果表明：最适作用条件为温度60℃，时间3 h，酶剂量 3000 U/100 g，pH6。

2.4 中性蛋白酶对嫩竹液糖化效果的研究结果

结果表明：最适作用条件为温度50℃，时间2.5 h，酶剂量 800 U/100 g，pH7。

对照组及4种酶在最佳酶解条件下得到的糖化液中可溶性固形物含量如图1。

由图1可以看出，4种酶都可以较显著的提高竹汁中的可溶性固形物含量，其中纤维素酶的效果最显著，从对照组的6.8%增加到了11.2%。为了进一步提高可溶性固形物含量，拟对各种酶进行组合，以效果最好的纤维素酶与其它酶联合进行处理。

2.5 复合酶作用的研究结果

9组处理后糖化液中可溶性固形物含量如图2所示。

由图2可以看出，果胶酶、淀粉酶与纤维素酶有较强的协同作用，与第2组相比，第3组（纤+果）、第5组（纤+淀）、第7组（纤+果+淀）都使竹汁的可溶性固形物含量有较大提高，而中性蛋白酶协同作用不明显（第4与第2组、第6与第3组、第8与第5组、第9与第7组相比均没有明显提高），究其原因，可能是由于所使用的纤维素酶、果胶酶均为粗酶，其中含有部分蛋白酶活性，能够代替蛋白酶，使另添加的蛋白酶无明显效果，而纤维素和果胶粗酶中虽然也含有一定的淀粉酶活性，但可能是由于嫩竹中淀粉含量较多，而粗酶中的活力不够，所以另外添加淀粉酶后使竹汁中的可溶性固形物含量有明显增加。因此选择纤维素酶、果胶酶和淀粉酶进行后面的试验。

2.6 复合酶作用顺序的研究结果

7组处理后糖化液中可溶性固形物含量如图3所示。

从图3中可以看出，第3、4组可溶性固形物含量较高，可达15%以上，说明果胶酶和纤维素酶同时酶解有较好的协同作用，可能是由于原料中果胶和纤维素相互交织在一起，同时作用有增效的效果，而且能将果胶酶作用时间缩短为1 h（第4组与第3组效果相当，无显著增加）；通过第1组与第2组比较可得，先加果胶酶的效果不如先加纤维素酶，推测可能是由于原料中纤维素含量更高的原因，先加纤维素酶降解纤维素后更有利于果胶酶的作用；从第5、6、7组可以看出，3种酶同时添加效果远不如前面几组，甚至不如3种酶单独添加和不使用淀粉酶的对照组，分析原因，可能是3种酶的最适作用条件（特别是pH）不一致，本试验中使用的pH为5.0，使3种酶均未在最适条件下作用；另外可能是果胶酶和纤维素酶将果胶和纤维素破坏后淀粉酶才能充分接触淀粉起到酶解作用，所以第7组明显高于第5、6组。从前述分析可以看出，在本试验中，第3组为最佳组合，即果胶酶与纤维素酶共同作用1 h后，再添加淀粉酶作用3 h。

2.7 酶用量的正交试验结果

确定酶用量的正交试验结果和直观分析分别如表2和图4。

从极差分析和直观分析图可以看出，3种酶对可溶性固形物含量的影响顺序为纤维素酶＞果胶酶＞淀粉酶，影响最显著的为纤维素酶，可能是由于原料中纤维素含量最多，而且纤维素包裹着果胶和淀粉等物质，只有纤维素酶作用或部分作用后，果胶酶和淀粉酶才能更好的作用，纤维素酶的最佳用量为6000 U/100 g，果胶酶的第2和3水平相差不大，为节约成本，这里选择第2水平，即2000 U/100 g；淀粉酶对结果的影响最不显著，其原因可能是两方面，第一是果胶酶和纤维素酶均为粗酶，里面含有部分淀粉酶活性，第二是只有果胶酶和纤维素酶充分作用后，被包裹的淀粉才能充分与淀粉酶作用，在本试验中淀粉酶最适用量为2500 U/100 g。所以本试验选择的最优组合为A3B2C2，即纤维素酶、果胶酶、淀粉酶的用量分别为 6000、2000、2500 U/100 g。

表2 确定酶用量的L9（34）试验结果Table 2 The results of s enzyme dosage ogonal experiment

2.8 果胶酶、纤维素酶复合酶酶解条件的确定

2.8.1 pH的确定

pH对可溶性固形物含量的影响变化，见图5。

从图5可以看出，当pH为4.25时,酶解液中可溶性固形物含量最高,为14.5。

2.8.2 温度的确定

温度对可溶性固形物含量的影响变化见图6。

从图6可以看出，温度在45℃～50℃之间变化时，对酶解液最终的可溶性固形物含量影响不大。

2.8.3 酶解时间的确定

酶解时间对可溶性固形物含量的影响变化，见图7。

从图7可以看出，当复合酶作用50 min后，可溶性固形物含量基本不再升高，在没有加入淀粉酶的情况下，可达14.4%。

2.9 淀粉酶最佳作用时间的确定

淀粉酶酶解时间对可溶性固形物含量的影响变化，见图8。

从图8可以看出，复合酶酶解后，再加淀粉酶，仍能较明显的提高可溶性固形物含量，酶解90 min后，可溶性固形物含量基本不再增加，从14.4%增加到了15.1%。单因素试验中，淀粉酶的最佳酶解时间为180 min，这里缩短了一半，原因可能是两方面，一是复合酶中有淀粉酶活性，因此在复合酶作用时，一部分淀粉已经被酶解，第二是复合酶作用后，原料中的纤维素和果胶被破坏，以利于淀粉酶更快的接触和作用于淀粉。

3 结论

1）通过酶解可以大幅度提高嫩竹液的可溶性固形物含量，最佳工艺为：纤维素酶6000 U/100 g、果胶酶2000 U/100 g联合在pH为4.25、45℃～50℃作用50 min后，再用2500 U/100 g的淀粉酶在60℃、pH6下作用90 min；在最佳工艺条件下嫩竹中的可溶性固形物含量可达15%以上，是对照组的2.2倍。

2）果胶酶和纤维素酶联合作用有利于更快的破坏原料中的果胶和纤维素，能大大缩短酶解时间和提高可溶性固形物含量；复合酶作用后再加入淀粉酶，更有利于淀粉酶的作用。

3）果胶酶和纤维素酶中有部分淀粉酶和蛋白酶活性，在本试验中，可代替蛋白酶和部分淀粉酶。

[1]唐小俊，池建伟，张名位.果胶酶和纤维素酶澄清荔枝提取液研究[J].食品工业，2007(2)：11－24

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Technology Study on Saccharifying by Enzyme of Tender Bamboo

HUANG Ye-chuan,LI Feng
（College of Life Science and Engineering，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621002,Sichuan，China）

2009-09-10

黄业传（1976—），男（汉），讲师，在读博士，研究方向：食品加工。