竹芋淀粉液化及糖化条件的优化

薛娟萍，朱昌叁，安家成

（广西生态工程职业技术学院，广西柳州545004）

竹芋淀粉液化及糖化条件的优化

薛娟萍，朱昌叁，安家成*

（广西生态工程职业技术学院，广西柳州545004）

以竹芋淀粉为原料，以葡萄糖当量值（DE）为评价指标，对竹芋淀粉液化及糖化工艺进行研究，考察酶添加量、温度、时间对DE值的影响。通过单因素试验和正交试验确定了竹芋淀粉最佳的液化及糖化工艺。结果表明：最优的液化工艺条件为酶添加量1.5%，液化时间2.5 h，液化温度75℃；糖化的最优条件为酶添加量1.5%、糖化时间2.5 h、糖化温度55℃。在此条件下，最终水解液的DE值为76.36%。

竹芋；液化；糖化

竹芋（Maranta arundinacea L.），英文名Arrowroot，为竹芋科竹芋属多年生草本植物，高40 cm～100 cm，叶卵形或卵状披针形，长10 cm～20 cm，宽4 cm～10 cm，绿色，叶背面无毛或薄被柔毛；肉质根状茎白色，纺锤形，长5 cm～7 cm，富含淀粉，可煮食或提取淀粉食用或糊用，药用有清肺，利水之效。原产于南美洲热带地区，我国南方常见栽培[1]。竹芋每株每年产根状茎10多个，根状茎含水分67%～75%，淀粉20%～28%，蛋白质1%～2%，灰分1.3%～1.4%，纤维0.6%～1.3%及少许糖分[2-3]，不含有毒物质。其淀粉含量比马铃薯、木薯高，可得到更高的淀粉提取率，经济效益也更高。用竹芋生产酒精也是增加农产品附加值、开拓生物燃料的一个重要的途径。在竹芋淀粉的酒精生产工艺中，淀粉的液化及糖化条件优化是提高酒精得率的重要环节之一。作者根据对竹芋淀粉的液化及糖化工艺研究结果，总结出本文，为竹芋深加工和利用提供科学数据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

竹芋淀粉[4]：实验室自制；a-淀粉酶、糖化酶；其他试剂均为分析纯；电子万用炉：天津市泰斯特仪器有限公司；电子天平：梅特勒—托利多仪器（上海）有限公司；数显恒温水浴锅：常州国华电器有限公司；电热恒温干燥箱：上海跃进医疗器械有限公司等。

1.2 方法

12.1 竹芋淀粉水解工艺流程

1.2.1.1 竹芋淀粉液化工艺流程

1.2.1.2 竹芋淀粉糖化化工艺流程糖化酶

1.2.2 水解液相关指标的测定方法

还原糖（以葡萄糖计）测定：斐林试剂法[5]；DE值：葡萄糖当量值，是还原糖（以葡萄糖计）占溶液干物质的百分比。

1.2.3 竹芋淀粉液化工艺试验设计[6-13]

将竹芋淀粉按料液比1∶10（m/v）糊化后，进行液化工艺的优化。单因素试验条件定为a-淀粉酶添加量1%、液化时间3 h、液化温度70℃。改变其中一个条件，固定其他条件分析各因素对液化效果的影响。各因素梯度分别为a-淀粉酶添加量0.25%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%；液化时间1、1.5、2、2.5、3、3.5 h；液化温度50、55、60、65、70、75℃。

通过单因素试验确定3个因素的合适水平范围，选取L9（34）正交表，以液化DE值为考核指标，设计三因素三水平的正交试验，确定液化最优条件组合。

1.2.4 竹芋淀粉糖化工艺试验设计

在最佳的液化工艺条件下进行糖化工艺的优化。单因素试验条件定为糖化酶添加量1%、糖化时间3h、糖化温度60℃。改变其中一个条件，固定其他条件分析各因素对糖化效果的影响。各因素梯度分别为糖化酶添加量0.25%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%；糖化时间1、1.5、2、2.5、3、3.5h；糖化温度40、45、50、55、60、65℃。

通过单因素试验确定3个因素的合适水平范围，选取L9（34）正交表，以糖化DE值为考核指标，设计3因素3水平的正交试验，确定糖化最优条件组合。

2 结果与讨论

2.1 竹芋淀粉液化最佳工艺的确定

2.1.1 a-淀粉酶添加量对液化液DE值的影响

a-淀粉酶添加量对液化液DE值的影响见图1。

图1 a-淀粉酶添加量对液化液DE值的影响Fig.1 Effect of a-amylae amount on DE of liquefaction

由图1可知，竹芋淀粉液化液DE值随着a-淀粉酶添加量的增加而增加，a-淀粉酶添加量超过1.5%时，DE值的增加减缓，考虑到成本因素，选取1.5%为较优的a-淀粉酶添加量。

2.1.2 液化时间对液化液DE值的影响

液化时间对液化液DE值的影响见图2。

图2 液化时间对液化液DE值的影响Fig.2 Effect of liquefaction time on DE of liquefaction

由图2可知，液化液的DE值随着液化时间的延长，先增大而后减少，考虑成本因素，所以较优的液化时间为2.5 h。

2.1.3 液化温度对液化液DE值的影响

液化温度对液化液DE值的影响见图3。

图3 液化温度对液化液DE值的影响Fig.3 Effect of temperature on DE of liquefaction

由图3可知，液化液DE值随着液化温度的上升而增加，综合考虑成本等因素，较优的液化温度为70℃。

2.1.4 竹芋淀粉液化的正交试验

在单因素试验的基础上，确定因素水平（见表1），选取L9（34）正交表进行试验。

表1 因素水平表Table 1Facters and levels of the orthogonal test

由表2可知，各因素对液化液DE值均有影响，其影响的主次顺序为：液化温度＞液化时间＞a-淀粉酶添加量，综合考虑成本等因素，液化的最优水平组合为A2B2C3，即a-淀粉酶添加量1.5%，液化时间为2.5 h，液化温度为75℃。

表2 正交试验表L9（34）Table2 Results of the orthogonal test

2.2 竹芋淀粉糖化最佳工艺的确定

2.2.1 糖化酶添加量对糖化液DE值的影响

糖化酶添加量对糖化液DE值的影响见图4。

图4 糖化酶添加量对糖化液DE值的影响Fig.4 Effect of glucoamylase amount on DE of saccharification

由图4可知，糖化夜DE值随着糖化酶添加量的增加而增加，在糖化酶添加量为1.5%时达到最大值，所以糖化最优的糖化酶添加量为1.5%左右。

2.2.2 糖化时间对液化液DE值的影响

糖化时间对糖化液DE值的影响见图5。

图5 糖化时间对糖化液DE值的影响Fig.5 Effect of saccharification time on DE of saccharification

由图5可知，随着时间的延长，糖化液DE值先增大后减小，时间为2.5 h时DE值最大，所以糖化的较优时间在2.5 h左右。

2.2.3 糖化温度对液化液DE值的影响

糖化温度对液化液DE值的影响见图6。

图6 糖化温度对糖化液DE值的影响Fig.6 Effect of temperature on DE of saccharification

由图6可知，糖化液DE值随着糖化温度的升高先增加后降低，在温度为50℃时，糖化液DE值达到最大，所以糖化的较优温度在50℃左右。

2.2.4 竹芋淀粉糖化的正交试验

在单因素试验的基础上，确定因素水平（见表3），选取L9（34）正交表进行试验。

表3 因素水平表Table 3Facters and levels of the orthogonal test

表4 正交试验表L9（34）Table 4Results of the orthogonal test

由表4可知，各因素对糖化液DE值均有影响，其影响的主次顺序为：糖化酶添加量＞糖化温度＞糖化时间，综合考虑成本等因素，液化的最优水平组合为A3B2C3，即糖化酶添加量2%，糖化时间为2.5 h，糖化温度为55℃。

2.3 正交验证试验

在液化的最佳条件下（a-淀粉酶添加量1.5%，液化时间为2.5 h，液化温度为75℃），对竹芋淀粉进行液化，然后将液化液在最佳的糖化条件下（糖化酶添加量2%，糖化时间为2.5 h，糖化温度为55℃），最终得到DE为76.3%的水解液，小于正交试验组中糖化DE值的最高组合，所以确定糖化最优水平组合为A2B2C3，即糖化酶添加量1.5%，糖化时间为2.5 h，糖化温度为55℃。

3 结论

本试验对竹芋淀粉的液化和糖化工艺进行研究，确定最佳液化工艺条件为：a-淀粉酶添加量1.5%，液化时间为2.5 h，液化温度为75℃，此时液化液的DE值为31.63%，过滤后水解液澄清透明，色泽浅黄，不粘稠。在此条件下，先液化后进行糖化，得到糖化的最佳工艺条件为：糖化酶添加量1.5%，糖化时间为2.5 h，糖化温度为55℃，此时糖化的DE值为76.36%。

[1]宋新南,宋爽.纤维素生物燃料酒精技术的现状及发展方向[J].酿酒科技,2007(9):86-87

[2]庄馥萃.值得开发的淀粉作物-竹芋[J].技术开发与引进,1992(3): 13-14

[3]徐雄译.竹芋-粮食、饲料、燃料和纤维的来源[J].野生植物研究, 1985,25(3):12-19

[4]薛娟萍.竹芋淀粉的提取工艺研究[J].食品研究与开发,2014,35 (8):59-61

[5]周光理.食品分析与检测技术[M].北京:化学工业出版社,2006: 77-80

[6]伍时华,蒋常德,易弋,等.木薯酒精浓醪发酵中液化条件的优化[J].食品科学,2007,28(10):381-383

[7]谢主兰,吴雪辉.板栗深加工中淀粉的酶水解研究[J].食品科学, 2003,24(10):62-66

[8]钟浩,谭兴和,熊兴耀,等.双酶法液化及糖化马铃薯干粉工艺的研究[J].食品研究与开发,2009,30(1):8-12

[9]陈辉,林亲录,田蔚,等.大米淀粉酶法液化工艺的研究[J].粮食与食品工业.2008,15(4):31-33

[10]李次力,缪铭.酶解甜玉米糖化液开发营养性饮料的研究[J].食品科学,2005,26(5):175-178

[11]乔聚林,刘传富,左进华,等.糯米稠酒生产中液化条件的研究[J].食品工业科技,2009(3):234-236

[12]刘钟栋,高莉,王艳丽,等.小麦淀粉液化工艺优化与液化淀粉纳米结构研究[J].农业机械学报,2008,39(1):88-90

[13]秦捷,姚茂君.凉薯液化糖化工艺[J].食品研究与开发,2010,31 (10):117-120

欢迎订阅2015年《食品研究与开发》

《食品研究与开发》是由天津市食品研究所有限公司和天津市食品工业生产力促进中心主办，国内外公开发行的食品专业科技期刊，于1980年创刊，2013年变更为半月刊，采用国际流行开本大16开。其专业突出，内容丰富，印刷精美，是一本既有基础理论研究，又包括实用技术的刊物。本刊已被“万方数据库”、“中文科技期刊数据库”、《乌利希期刊指南》、美国《化学文摘》、英国国际农业与生物科学研究中心（CABI）等知名媒体收录，并被列入“中文核心期刊”、“中国科技核心期刊”。主要栏目有：基础研究、分离提取、食品研发、工艺技术、天然产物、检测分析、生物工程、营养保健、贮藏保鲜、质量安全、专题论述、食品机械等。

本刊国内统一刊号CN 12-1231/TS；国际刊号ISSN 1005-6521；邮发代号：6-197。全国各地邮局及本编辑部均可订阅。从本编辑部订阅全年刊物享八折优惠。2015年定价：20元/册，全年480元。

本编辑部常年办理邮购，订阅办法如下：

（1）邮局汇款。地址：天津市静海县静海经济开发区南区科技路9号；收款人：《食品研究与开发》编辑部；邮政编码：301600。

（2）银行汇款。开户银行：工商银行静海支行

账号：0302095119300204171；单位：天津市食品研究所有限公司。

《食品研究与开发》编辑部

E-mail：tjfood@vip.163.com

电话（传真）：022-59525671

Optimization of Process Conditions for Arrowroot Starch Liquefacation and Saccharification

XUE Juan-ping，ZHU Chang-san，AN Jia-cheng*
（Guangxi Eco-engineering Vocational And Technical College，Liuzhou 545004，Guangxi，China）

With arrowroot starch as the raw material，study on the liquefaction and saccharification processes investigated effects of enzyme dosage，temperature and time on the DE values.Through single factor test and orthogonal test arrowroot starch liquefaction and saccharification processes best.The results show that：the optimal conditions for the liquefaction process the amount of enzyme added 1.5%，liquefaction time 2.5 h，the liquefaction temperature of 75℃；Optimal conditions for saccharification the enzyme dosage 1.5%，saccharification time 2.5 h，saccharification temperature of 55℃.Under this condition，the final DE of the hydrolyzate 76.36%.

arrowroot starch；liquefaction；saccharification

2014-10-03

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.02.020

广西林业科技项目《广西特色森林蔬菜人工栽培技术研究及种植示范》（桂林科字（2012）第1号）

薛娟萍（1979—），女（汉），讲师，硕士研究生，主要从事食品加工及新产品开发。

*通信作者：安家成（1961—），男，教授，从事植物分类与应用研究。