莲藕醋发酵的液化及糖化工艺研究

徐志利，孙剑锋，代鑫鹏，孙兆平，于倩楠

(河北农业大学食品科技学院，河北保定071000)

莲藕醋发酵的液化及糖化工艺研究

徐志利，孙剑锋，代鑫鹏，孙兆平，于倩楠

(河北农业大学食品科技学院，河北保定071000)

以优质莲藕为主要原料酿造食醋。为保证莲藕醋的顺利发酵，对其液化和糖化工艺进行研究。通过单因素实验和正交实验来确定液化和糖化过程中的适宜条件。实验结果表明，液化的适宜条件是：温度78℃，时间30 min，加酶量25 U/g，在此条件下，液化值（DE）可以达到20.21%。糖化的适宜条件是：温度60℃，时间2 h，加酶量150 U/g，在此条件下，还原糖的含量可以达到14.26%。

莲藕醋； 液化； 糖化； 工艺

利用水果和蔬菜酿造食醋和酿制醋酸饮料,目前在国内外非常盛行。据统计,日本的果蔬醋占其总产量的1/3。果蔬醋和醋酸饮料不仅营养丰富,而且还具有软化血管、开胃降压、促进排泄和增进食欲等功效，醋“茶”通常被糖尿病患者用来作为慢性滋养品[1]。国内水果醋已有葡萄醋[2]、梨醋、苹果醋、番茄醋[3]和梅子醋[4]等产品问世，但蔬菜醋却很少，而我国莲藕品质优良,富含各种碳水化合物、多酚[5]、氨基酸、卵磷脂、脂肪、胡萝卜素、核黄色、硫胺素及微量矿物质元素等[6]。具有清热凉血[7]、通便止泻、健脾开胃、益血生肌、止血散瘀等功效，莲藕还有调节心脏、血压、改善末梢血液循环的功用，能够用于促进新陈代谢和防止皮肤粗糙。莲藕中含有大量膳食纤维，有利于人体的排泄功能，可以降低人体对脂类物质的吸收[8]。以莲藕为原料酿造的食醋具有饮食和营养需求两方面的作用。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

原料：新鲜莲藕，麸皮，稻糠，食盐，均为市售。

耗材及试剂：耐高温α-淀粉酶（酶活力为25000 U/mL）、糖化酶（酶活力为 150000 U/mL），诺奥科技有限公司；氢氧化钠，分析纯，天津市新通精细化工有限公司；氯化钠，天津市永大化学试剂开发中心；无水亚硫酸钠，分析纯，天津市百世化工有限公司；酒石酸钾钠，分析纯，天津市永兴化学试剂开发中心；乙酸锌，分析纯，天津市盛奥化学试剂有限公司；次甲基蓝，生物染色试剂，天津市科密欧化学试剂有限公司；硫酸铜，分析纯，天津市恒星化学试剂制造有限公司；亚铁氰化钾，分析纯，天津市恒星化学试剂制造有限公司。

仪器设备：榨汁机，九阳；PB-20酸度计，北京赛多利斯有限公司；PR-101数显折光仪，GAPAN ATAGO CO,LTD;数显恒温水浴锅，HH-2。

1.2 实验方法

1.2.1 样品的制备

将新鲜的莲藕洗净，切成1 cm左右的薄片，打浆，然后将打出的浆液放入水浴锅，进行糖化和液化。

1.2.2 工艺优化

优化液化、糖化条件以提高淀粉向还原糖转化的转化率，通过单因素和正交实验，分别优化液化温度、酶解时间、耐高温α-淀粉酶添加量、糖化温度、糖化时间以及糖化酶添加量对DE值以及还原糖的影响，从而选出适宜的工艺条件。

1.2.2.1 莲藕浆液的液化实验

（1）温度对液化效果的影响。向莲藕浆中加入耐高温α-淀粉酶25 U/g，调整莲藕浆pH值为6.0，分别放在81℃、84℃、87℃、90℃、93℃、96℃恒温水浴锅内液化60 min，液化结束后测定其DE值，实验重复3次。

（2）酶解时间对液化效果的影响。向莲藕浆中加入耐高温α-淀粉酶25 U/g，调整莲藕浆的pH值为6.0，将其搅拌均匀，设定恒温水浴锅的温度为87℃，液化时间分别设定为 20 min、25 min、30 min、35 min、40 min，液化结束后测定其DE值，实验重复3次。

（3）耐高温α-淀粉酶添加量对液化效果的影响。设定液化温度为87℃，液化时间为30 min，调整莲藕浆的pH值为6.0，添加耐高温α-淀粉酶15 U/g、18 U/g、21 U/g、24 U/g、27 U/g，将莲藕浆搅拌至均匀，于87℃恒温水浴锅内液化30 min，液化结束后测定莲藕浆的DE值，实验重复3次。

（4）液化正交实验。正交实验优化液化工艺条件，在单因素实验基础上，选择液化温度,、液化时间、耐高温α-淀粉酶添加量，按照L9(34)[9]正交表进行实验,对莲藕醋发酵过程中液化阶段进行优化。

1.2.2.2 莲藕浆液的糖化实验

莲藕浆液化后，升温至100℃，加热15 min灭酶活。灭酶后，以还原糖为指标，对影响淀粉糖化工艺的糖化温度、时间、糖化酶添加量进行单因素实验，对正交实验进行优化。

（1）温度对糖化效果的影响。向莲藕浆里加入糖化酶150 U/g,调整莲藕浆的pH值为4.5，设定糖化时间为1.5 h，将莲藕浆搅拌至均匀，调整恒温水浴锅的温度为52℃、56℃、60℃、64℃、68℃，莲藕浆开始糖化，糖化结束后测定还原糖含量，实验重复3次。

（2）酶解时间对糖化效果的影响。向莲藕浆里加入糖化酶150 U/g，调整莲藕浆的pH值为4.5，将莲藕浆搅拌均匀，设置糖化温度为60℃，糖化时间分别设定为 1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h、3.0 h，糖化结束后测定还原糖含量，实验重复3次。

（3）糖化酶添加量对糖化效果的影响。设置糖化温度为60℃，时间为1.5 h，调整莲藕浆的pH值为4.5，将莲藕浆搅拌均匀，设定糖化酶添加量为110 U/g、130 U/g、150 U/g、170 U/g、190 U/g，糖化结束后测定还原糖含量，实验重复3次。

（4）糖化正交实验。在单因素实验的基础上做正交实验，正交实验的实验因素分别是糖化时的温度、酶解时间、糖化酶添加量，按照L9(34)正交表进行实验。以还原糖含量为指标，选出适宜的实验组合，实验重复3次。

1.2.3 测定、分析方法

可溶性固形物含量测定[10-11]：用手持糖度计进行测定，按SB/T 10203—1994中阿贝折光仪法；还原糖，斐林试剂法[12]；淀粉的测定，酸水解法；总糖的测定，直接滴定法。

2 结果与分析

图1 液化温度对DE值的影响

2.1 温度对液化效果的影响（图1）从图1可以看出，随着液化温度的升高，DE值逐渐增大，在87℃时达到最大。在较高温度下淀粉酶的催化位点显现出来，使酶的活性增强，可以发挥较好效果。同时由于温度的升高，酶和底物分子之间的作用机率大大增大，增快催化进程。温度低于87℃未达到酶的最适作用温度，温度过高导致酶分子变性，100℃则会导致酶活性大大降低。

且温度越高，还原糖与氨基酸易发生氨基糖反应，

同时还原糖之间发生焦糖化反应，使糖分损失[13]。

因此液化温度控制在87℃左右为宜。

2.2 酶解时间对液化效果的影响（图2）

图2 液化时间对DE值的影响

由图2可以看出，在20～30 min内，液化DE值一直上升，之后下降。向莲藕浆中加入耐高温α-淀粉酶进行液化时，莲藕浆中淀粉的液化分两个阶段：第一阶段，在酶解反应初期，淀粉浓度很大，直

链淀粉首先被耐高温α-淀粉酶快速降解，且耐高温α-淀粉酶主要是酶解α-1,4糖苷键；第二阶段，需要越过α-1,6糖苷键的阻碍继续酶解α-1,4糖苷键，产生葡萄糖、麦芽糖和一系列α-限制糊精，同时使寡糖缓慢水解成葡萄糖和麦芽糖，从而使淀粉液化。该阶段的反应速率比第一阶段慢很多。为了既达到淀粉液化的目的又使营养成分的损失降低，同时也考虑能源等成本因素，选择适宜的液化时间为30 min。

2.3 耐高温α-淀粉酶添加量对液化效果的影响（图3）

图3 耐高温α-淀粉酶添加量对DE值的影响

从图3可以看出，随着α-淀粉酶添加量的增加，液化DE值呈现上升趋势，在α-淀粉酶添加量为24 U/g时，DE值达到最大值。在前期，莲藕浆中淀粉的浓度远远超过耐高温α-淀粉酶的加入量，液化量随着耐高温α-淀粉酶添加量的增大而增大，淀粉液化的速度很快，还原糖含量随着酶用量的增加而显著增大；由此可见，酶分子增大会加快淀粉中糖的转化，缩短液化时间，但当酶分子浓度达到过饱和时，过量酶分子难以与底物接触，液化程度不再增大[14]，比以往报道的采用传统真菌淀粉酶更高效、快速[15]。因此，实验选择α-淀粉酶添加量为24 U/g较为适宜。

2.4 正交实验结果（表1、表2、表3）

由方差分析表3可以看出，液化温度、液化时间以及耐高温α-淀粉酶的添加量对液化具有显著性影响（P＜0.05）。结合极差分析，可以得出适宜的液化条件：液化温度90℃，液化时间30 min，耐高温α-淀粉酶添加量24 U/g，此时的DE值达到20.21%，适宜的实验组合为A3B3C2。由以上3个因素的方差分析和极差分析可以得出影响液化DE值的主次实验因素是淀粉酶添加量＞温度＞时间。

表1 正交实验设计因素水平表

表2 正交实验结果

表3 方差分析

2.5 温度对糖化效果的影响（图4）

图4 糖化温度对还原糖含量的影响

从图4可以看出，还原糖含量在60℃时最高，温度继续升高还原糖的含量基本不变。随着温度升高，酶的活性增大，60℃时是酶的最适作用温度，酶的活性最大，还原糖含量最高；超过60℃后，由于温度较高糖化酶被钝化，还原糖的含量几乎不变。因此，糖化温度选择60℃为宜。

2.6 酶解时间对糖化效果的影响（图5）

图5 糖化时间对还原糖的影响

由图5可知，在1～2 h时还原糖含量持续增加，在2 h时达到最大，延长作用时间，还原糖含量几乎不变。在糖化反应中存在着水解产生葡萄糖以及葡萄糖合成其他副产物的两个过程，还原糖的含量随着时间的延长并没有显著增加，因此，控制糖化时间对莲藕浆淀粉糖化有着较重要的意义。同时从生产效益的角度考虑，糖化时间2 h是适宜的糖化时间。

2.7 糖化酶添加量对还原糖含量的影响（图6）

图6 糖化酶添加量对还原糖含量的影响

从图6可以看出，还原糖含量随糖化酶添加量的增加逐渐上升，在150 U/g时，还原糖含量达到最大值，继续添加糖化酶时还原糖含量基本无变化。糖化酶是一种外切酶，从淀粉分子的非还原性末端开始，逐个水解α-1,4糖苷键，以单个葡萄糖为单位分离，产生β-葡萄糖，且水解产物只有葡萄糖。糖化酶专一性较差，除了水解α-1,4糖苷键外，还能水解α-1,6糖苷键，但是其水解速度较慢[16]。当糖化酶的加入量为150 U/g时，淀粉的浓度已经使糖化酶达到饱和状态，糖化发应的速度随着糖化酶浓度的增加而变快，还原糖含量有显著提高；但是当糖化酶加入量超过150 U/g时，底物已经大部分被水解掉，较低的底物浓度无法同过剩的高浓度糖化酶相结合，因而底物浓度起主导作用来控制反应的速度，还原糖含量的增长趋势较缓慢。因此，选择糖化酶添加量为150 U/g为宜。

2.8 正交实验结果（表4、表5、表6）

表4 正交实验因素水平表

表5 正交实验结果

表6方差分析表

由方差分析表6可看出，糖化温度、糖化时间、以及糖化酶添加量对糖化具有显著性影响（P＜0.05）。结合极差分析，可以得出适宜的糖化条件：糖化温度60℃，糖化时间80 min，糖化酶的添加量150 U/g，此时的发酵液中还原糖含量达到14.26%，适宜的实验组合为A2B1C2。由以上3个因素的方差分析和极差分析可以得出影响糖化时还原糖含量的主次实验因素是时间＞温度＞加酶量。

3 总结

研究先采用单因素实验方法，分别考察了液化时间、液化温度、耐高温α-淀粉酶添加量、糖化时间、糖化温度、糖化酶添加量分别对液化、糖化过程中的DE值以及还原糖含量的影响，筛选了上述3个因素中对液化、糖化的影响较显著的工艺条件，继续用3因素3水平正交实验设计进行工艺优化。

实验结果表明，液化适宜加工工艺条件为：液化温度90℃，液化时间30 min，耐高温α-淀粉酶添加量24 U/g。在此工艺条件DE值达到20.21%；糖化适宜加工工艺条件为：糖化温度60℃，糖化时间80 min，糖化酶添加量150 U/g，在此工艺条件下还原糖含量达到14.26%。

[1]JOHNSTON C S,GAAS C A.Vinegar:medicinal uses and antiglycemic effect[J].Medscape General Medicine,2006,8(2)：61.

[2] 符桢华.利诏菠萝皮酿制菠萝果醋研究[D].广州：华南理工大学,2010.

[3] 朱海春,尹晨,刘宇,等.番茄醋酿造工艺研究[J].农产品加工：学刊,2012(1)：116-118.

[4] 刘智梅,吴荣书,冀智勇.梅子保健醋的加工艺研究[J].中国调味品,2005(7)：28-31.

[5] 徐燕燕.莲藕不同部位多酚组成及抗氧化活性研究[D].武汉：武汉轻工大学,2015.

[6] 李家庆.果蔬保鲜手册[M].北京：中国轻工业出版社,2003.

[7] 樊成亮.佳蔬良药话莲藕[J].中国食物与营养,2001(4)：12.

[8] 张长贵,董加宝,王祯旭,等.莲藕的营养保健功能及其开发利用[J].中国食物与营养,2006(1)：22-24.

[9] 高峰,任力,张博健,等.基于正交实验设计的40.5kV真空断路器电磁斥力机构储能电容优化设计研究[J].高压电器,2017(3)：223-229.

[10] 谢笔钧,何慧.食品分析[M].北京：科学出版社,2009.

[11] 吴谋成.食品分析与感官评定[M].北京：中国农业出版社,2004.

[12] 薛茂云,毕静,杨爱萍,等.山楂醋的工艺研究[J].中国调味品,2017,42(1)：112-114.

[13] 朱文优,张超,吴成君,等.青稞粉液化糖化工艺研究[J].食品研究与开发,2012,33(7)：15-19.

[14] 赵松.枣渣果醋发酵工艺研究及营养成分分析[D].保定：河北农业大学,2013.

[15] 毕金峰.两种淀粉酶的酶学性质及应用研究[J].农业工程学报,2005,21：238-241.

[16] 王晓芹,刘兴平,秦辉,等.新型青稞酒发酵前淀粉液化及糖化条件的优化研究[J].食品与发酵科技,2015,51(2)：77-81.

洋河梦想家安徽上市发布会暨尊享品鉴会召开

本刊讯：据《糖酒快讯-白酒》报道，洋河梦想家安徽上市发布暨尊享品鉴会2017年7月21日在安徽省合肥市隆重召开，这是继2016年“中国梦·梦之蓝——约会梦想家”品牌文化推广活动以来洋河梦想家省外市场首次重要活动，也开启了2017年洋河梦想家安徽市场的新征程。本次发布会邀请来自安徽全省100余名团购经销客户参加，同时还邀请中国知名咨询公司思卓咨询公司董事长祝有华女士、中国食品酒类知名媒体《新食品》出版人李强先生；北京终端掌握科技有限公司总经理苏建中先生等嘉宾出席。（江源荐，骆佳龙编辑）

来源：糖酒快讯-白酒 2017-07-21

Liquefaction and Saccharification of Lotus Root Vinegar

XU Zhili,SUN Jianfeng,DAI Xinpeng,SUN Zhaoping and YU Qiannan
(College of Food Science and Technology,Hebei Agricultural University,Baoding,Heibei 071000,China)

High quality lotus root was used as raw materials to produce vinegar.The corresponding liquefaction and saccharification techniques were studied and their optimum conditions were summed up by using single factor test and orthogonal test as follows:the best liquefaction conditions included temperature at 78℃,30 min liquefaction time,and 25 U/g enzyme adding level,and the liquefied value(DE)reached up to 20.21%under the above conditions;the best saccharifying conditions included temperature at 60℃,2 h saccharifying time,and 150 U/g enzyme adding level,and the content of reducing sugar reached up to 14.26%under the above conditions.

lotus root vinegar;liquefaction;saccharification;technology

TS264.2；TS261.4

：A

1001-9286（2017）08-0027-05

10.13746/j.njkj.2017097

河北省科技计划项目（14273205D）；河北省高等学校科技技术研究项目（YQ2014037）；河北省青年拔尖人才支持计划；河北省食品科学与工程学科“双一流”建设资金项目（项目编号2016SPGCA18）。

2017-04-20

徐志利（1990-），回族，女，硕士研究生。

孙剑锋（1979-），男，博士研究生，教授。

优先数字出版时间：2017-06-28；地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20170628.1357.001.html。