紫薯功能饮料双酶水解工艺

赵红岩

（陕西学前师范学院生物科学与技术系，陕西西安710061）

紫薯功能饮料双酶水解工艺

赵红岩

（陕西学前师范学院生物科学与技术系，陕西西安710061）

采用α-淀粉酶和糖化酶协同水解作用生产紫薯功能饮料，通过单因素试验和正交试验确定紫薯浆的双酶协同水解工艺为α-淀粉酶0.75 g/L，糖化酶1.25 g/L，酶解温度65℃，反应时间70 m in，pH值为6.0。此工艺条件下的还原糖值为24.92%，生产的紫薯饮料稳定性好，色泽红艳、口感良好、营养丰富。

紫薯；淀粉；双酶水解；工艺

紫薯（Ipomoea batatas（L.）Lam）是旋花科甘薯属草本植物。薯肉呈紫色至深紫色，因此又叫黑薯、紫红薯、紫心甘薯、紫肉甘薯等。我国种植甘薯历史悠久，是目前最大的甘薯种植国。紫薯为引进种，20世纪末由日本引入我国种植。紫薯不仅色泽诱人，而且具有超越普通甘薯的营养价值。紫薯富含淀粉、糖蛋白、维生素、氨基酸、硒、碘、钙、磷、铁等多种营养成分，其含量均明显高于普通甘薯[1-3]。据报道[4]，紫薯中具有抗氧化、抗肿瘤活性的碘、硒含量比普通甘薯高出20余倍；赖氨酸含量高5倍；铜、锰、钾、锌含量高4倍，紫薯还富含普通甘薯所没有的花青素，其主要为芍药素-3,5葡糖苷和矢车菊-3,5葡糖苷[5]，是一种天然色素，具有超强的抗氧化、清除自由基的能力。同时紫薯还是一种理想的减肥食品，其热量仅为大米的1/3，而且因富含纤维素和果胶而具有减少人体对糖、脂肪吸收的特殊功能。随着我国人民生活水平的不断提高，营养健康、美观、无公害的紫薯产品越来越受到人们的青睐，主要包括紫薯花青素、紫薯全粉制备等，但对紫薯功能饮料的报道还相对较少。紫薯因富含淀粉，在紫薯饮料的制备过程中存在澄清度和稳定性差的问题。本研究采用α-淀粉酶和糖化协同水解工艺生产紫薯功能饮料，在不破坏花青素的前提下有效提高紫薯汁的稳定性，为紫薯的深加工提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫薯：杨凌金薯种业科技有限公司（川山薯品种）；淀粉酶（1 000 U/g）、糖化酶（1 200 U/g）：西安裕华生物科技有限公司；3,5-二硝基水杨酸（dinitrosalicylic acid，DNS）、酒石酸钾钠、氢氧化钠、苯酚、亚硫酸钠、葡萄糖均为分析纯：西安化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

JJ-2组织捣碎机：江苏亿通电子有限公司；TGL-20B离心机：上海安亭科学仪器厂；SHF1-DK-S12电热恒温水浴锅：北京中西远大科技有限公司；CT-C-2电热恒温鼓风干燥箱：常州市宝路干燥设备有限公司；LDZH-100KBS立式压力蒸汽灭菌锅：上海申安仪器有限公司；759s紫外-可见分光光度计：上海棱光技术有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 测定方法

还原糖的含量测定方法按照参考文献[6]的方法进行。

还原糖值（dextrose equivalent，DE值）的测定[7]：葡萄糖值是衡量淀粉水解程度的指标，数值上等于酶解液中淀粉已转化的还原糖量（以葡萄糖的含量计算）占淀粉总含量的百分数。DE值计算公式如下：

淀粉含量的测定方法：GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的测定》[8]。

1.3.2 工艺流程及操作要点

紫薯→清洗切分→蒸熟→打浆→双酶水解→高温灭酶→冷却→离心→灌装杀菌→产品[9]

蒸煮：新鲜紫薯洗净、去皮切成1～2 cm的薯块，置于盛有沸水的蒸锅中蒸8～10 m in，至薯块中无硬心。

打浆：比例为紫薯∶水=1∶5（g/g）[10]。

双酶水解：取紫薯原浆在沸水浴中糊化10 min，在一定条件下，加入一定量的α-淀粉酶和糖化酶进行协同水解试验。

高温灭酶：将酶促反应液置于沸水浴中5 min终止酶促反应。

冷却：室温放置30 min冷却。

离心：3 500 r/min离心5 m in。

灌装杀菌：采用250 m L玻璃瓶，灌装温度80℃，121℃条件下灭菌1 min。

1.3.3 单因素试验

将紫薯浆进行α-淀粉酶和糖化酶协同水解过程的单因素试验。选取双酶质量比、酶解温度、酶解pH值、酶解时间为考察因素，以每次试验的DE值为评价指标（3次平行试验DE的平均值），得紫薯浆双酶水解的单因素优化条件。

1.3.4 正交试验

根据单因素试验结果，选择酶促反应中的双酶质量比（A）、pH值（B）、反应时间（C）、温度（D）4个因素，进行4因素3水平L9（34）正交试验，以DE值为考察指标，确定最佳酶解工艺条件。

表1 双酶协同水解工艺优化正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test for dual-enzyme hydrolysis process optimization

2 结果与分析

2.1 双酶协同水解单因素试验

2.1.1 双酶比例对DE值的影响

经过预试验确定α-淀粉酶和糖化酶的总用量为每1 L紫薯原浆中加2 g混合酶制剂。将打浆过滤后的紫薯原浆在温度65℃，pH值为6.0的条件下分别添加α-淀粉酶与糖化酶的质量比为7∶10、6∶10、5∶10、4∶10、3∶10混合酶制剂，酶解50 min，试验结果如图1所示。

图1 双酶添加比例对DE值的影响Fig.1 Effect of two enzymes proportion on DE value

由图1可知，随着α-淀粉酶添加量的增加，比例不断增大，DE值明显增加，这是双酶协同作用的效果，α-淀粉酶通过其水解作用不断为糖化酶提供新的非还原末端，有效提高了其底物浓度，同时糖化酶又不断消耗α-淀粉酶的产物，促进α-淀粉酶的有效水解[11-13]。随后比例再增加，DE值的增加率逐渐减慢，是由于α-淀粉酶处于过饱和状态，糖化酶量不足，体系内还原糖的量增加缓慢。故将双酶质量比为5∶10，在此条件下DE值为21.92%。

2.1.2 酶解pH值对DE值的影响

将紫薯原浆在温度65℃，双酶质量比为5∶10，pH值分别为5.0、5.5、6.0、6.5、7.0的条件下，酶解50 m in，试验结果如图2所示。

图2 酶解pH值对DE值的影响Fig.2 Effect of pH value on DE value

pH值是通过影响酶活性中心的解离程度，而影响酶活性构象的稳定性，进而影响酶与底物的亲和能力和催化能力。由图2可知，pH值为6.0时协同水解效果较好，此条件下DE值为22.87%。

2.1.3 温度对DE值的影响

将紫薯原浆在pH值为6.0，双酶质量比为5∶10，温度为45℃、55℃、65℃、75℃、85℃的条件下，酶解50 m in，试验结果如图3所示。

图3 酶解温度对DE值的影响Fig.3 Effect of temperature on DE value

由图3可知，随着温度的升高，DE值不断增加，是由于高温有助于淀粉液化充分，更易进行糖化反应，因此多采用高温α-淀粉酶，而高温同时会导致花青素的分解和美拉德反应的发生，降低紫薯饮料的品质。采用α-淀粉酶和糖化酶协同水解反应，在65℃的条件下就能达到传统酶解反应90℃酶解效果。超过65℃后变化较为和缓，因此确定酶解温度为65℃。

2.1.4 酶解时间对DE值的影响

将紫薯原浆在pH值为6.0，双酶质量比为5∶10，温度为65℃的条件下，分别酶解30 min、40 min、50 min、60 min、70 min，试验结果如图4所示。

图4 酶解时间对DE值的影响Fig.4 Effect of time on DE value

由图4可知，随着酶解时间的增加，DE值也随之增加，但考虑生产效率，酶解时间也不宜过长。确定酶解时间为60 min。

2.2 双酶协同水解正交试验

双酶协同水解正交试验结果与分析见表2，方差分析见表3。由表2可知，α-淀粉酶和糖化酶协同水解过程中影响DE值的因素主次顺序为双酶比例＞酶解时间＞酶解温度＞pH。正交试验的最佳组合为A1B1C3D1，即双酶质量比为6∶10（α-淀粉酶0.75 g/L，糖化酶1.25 g/L），pH值6.0，酶解时间70min，酶解温度为65℃。此水解条件下DE值为24.92%。

表2 双酶协同水解工艺优化正交试验结果与分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiment for double enzyme hydrolysis process optimization

表3 正交试验结果方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal experiment results

由表3可知，双酶比例对DE值影响极显著，酶解时间对DE值影响显著，其他因素对结果影响不显著。

3 结论

通过单因素试验和正交试验确定紫薯浆的双酶协同水解工艺：α-淀粉酶0.75 g/L，糖化酶1.25 g/L，酶解温度65℃，反应时间70 min，pH值为6.0。此工艺条件下的DE值为24.92%，生产的紫薯饮料稳定性好，色泽红艳、口感良好、营养丰富。

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Dual-enzyme hydrolysis process of purple sweet potato beverage

ZHAO Hongyan
(Department of Biological Science and Technology,Shaanxi Xueqian Normal University,Xi'an 710061,China)

Purple sweet potato beverage was produced by synergistic hydrolysis withα-amylase and glucoamylase and the parameters were determined through single factor and orthogonal test.The results indicated that the optimum processing parameters were α-amylase dosage 0.75 g/L,glucoamylase dosage 1.25 g/L,temperature 65℃,synergistic hydrolysis time 70 min,pH 6.0.After optimization,the dextrose equivalent of purple potato beverage was 24.92%,and the beverage showed good stability and bright color,and the taste was good with rich nutrition.

purple sweet potato;starch;dual-enzyme hydrolysis;technology

TS275.4

A

0254-5071（2015）03-0118-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.03.028

2015-03-09

陕西省大学生创新创业训练计划项目（NO.1853）

赵红岩（1981-），女，讲师，硕士，主要从事生物医药，食品生物技术等方面研究工作。