双酶法水解板栗淀粉.doc

双酶法水解板栗淀粉郑瑞婷第一作者：郑瑞婷（1985-），女，广东中山人，在读研究生，主要从事食品微生物利用与开发的研究。，沈湘，刘长海*通讯作者：刘长海（1955-）男，教授，主要从事食品微生物利用与开发的研究。（仲恺农业工程学院轻工食品学院，广州 510225）摘要：为了使板栗中的淀粉能被人体更有效利用，本研究用双酶法（耐高温淀粉酶、糖化酶）对板栗浆液中的淀粉进行水解。以淀粉水解度为指标，通过单因素试验和正交试验优化，最终确定了制取板栗淀粉水解液的糊化、糖化的最佳工艺条件分别为加酶量8 U/g果肉、95、pH6.0、时间60 min；加酶量80 U/g果肉、60 、pH4.0、时间50 min。 关键字：板栗水解液；耐高温淀粉酶；糖化酶Study on Optimization of Hydrolysis Conditions of Producing Chestnut Starch Hydrolazate Utilizing Two EnzymeZheng Ruiting1, Shen Xiang, Liu Changhai*(The College of Light Industry and Food, Zhongkai University of Agricultural and Engineering, Guangzhou 510225, China)Abstract：In order to boost absordof chestnut starch and protein in human diet, the hydrolysis conditions of producing chestnut starch hydrolazate by thermostable-amylase, glucoamylase were studied in this paper. The liquefaction condition was optimumed by mono- factor, orthogonal experiments. The results showed that the optimum reaction condition parameters of the gelatinization, saccharification are had been 8 U- amylase/g pulp at 95 and pH 6.0 for 60 min; 80 U glucoamylase /g pulp at 60 and pH 4.0 for 50 min, respectively. Key word: Chestnut Hydrolazate, Thermostable -Amylase, Glucoamylase板栗原产于中国，在我国21个省（市、区）都有分布，并集中分布在黄河流域的华北地区和长江流域的部分地区。我国占世界全年板栗年产量的60%以上1。板栗的主要成分是淀粉，其含量可达40%60%，板栗含糖10%20%、蛋白质5%11%、脂肪2%7.4%，还含有维生素A、B1、B2、C 和钙、磷、钾等矿物质2。板栗如此营养丰富，自上世纪90年代中期以来，我国板栗的加工有了较快的发展，目前市场上的板栗制品主要有糖水板栗罐头、糖炒板栗、速冻栗仁、软包装板栗仁、板栗糕等。本研究利用耐高温淀粉酶、糖化酶对板栗浆液中的淀粉进行水解，使其易于人体吸收，并利用单因素和正交试验对其最佳水解工艺条件进行研究。1材料和方法：1.1 材料：市售一级板栗，宏达制酶有限公司的糖化酶和耐高温淀粉酶，用于测定淀粉水解度的均为市售分析纯。中国沈阳新光动力机械公司的立式胶体磨，北京赛多利斯有限公司的PB10型精密PH计，飞利浦家庭电器厂的TDL-5-A型飞利浦二合一搅拌器，上海安亭科学仪器厂的TDL-5-A型低速台式大容量离心机，北京中兴伟业仪器有限公司的DZKW4型电热恒温水浴锅。1.2 分析方法：淀粉水解液中还原糖的测定，用斐林试剂法；干物质的测定用干燥差量法；水解度DE等于板栗水解液中还原糖的含量X（g/100ml）与板栗浆液中干物质的含量A (g/100ml)的比值，即DE(%)=X/A100%,表示淀粉的水解程度。2. 工艺流程板栗剥壳去衣破碎淀粉糊化液化灭酶糖化灭酶过滤滤液杀菌检验成品 3 试验结果与讨论31耐高温淀粉酶糊化板栗淀粉的工艺参数的确定3.1.1糊化温度单因素确定将去皮后的板栗以料水比为1:4通过打浆机和胶体磨制成板栗浆液。按照每克果肉加酶量7 U，调至pH 6.0，糊化时间为60 min，分别在温度80 、85 、90 、95 的条件下进行糊化试验，研究糊化温度对板栗淀粉水解度的影响，结果如图1所示。图1 温度对板栗糊化的影响Fig.2 Effect of temperature on gelatinization of chestnut starch由图1可知，测得板栗淀粉水解度随着糊化温度的升高而上升，因此选择单因素85 、90 、95 作为正交条件,最佳糊化温度是95 。3.1.2 糊化pH值单因素的影响用同样的板栗浆液，按照每克果肉加酶量7 U，温度95 ，糊化时间60 min，分别调pH值到4.5，5.0，5.5，6.0，6.5进行糊化试验，研究糊化pH值对板栗淀粉水解度的影响，糊化结果如图2所示。图2 pH值对板栗糊化的影响Fig.2 Effect of pH on gelatinization of chestnut starch图2可以看出，随着pH值的增加板栗淀粉水解度增加，当pH值为6.0时，水解度最大，之后随着pH值的增大，水解度下降，说明耐高温淀粉酶在pH6.0时活性最强，因此选择pH5.5，pH6.0，pH6.5为正交条件。3.1.3糊化加酶量单因素的影响取同样的样品在温度95 ，pH值6.0，糊化时间为60 min，每克果肉加酶量分别为：5 U/g果肉，6 U/g果肉，7 U/g果肉，8 U/g果肉，9 U/g果肉，进行糊化试验，研究板栗水解度和加酶量的关系，糊化结果如图3所示。图3 加酶量对板栗糊化的影响Fig.3 Effect of the addition of enzyme on gelatinization of chestnut starch由图3可以看出，当加酶量在5 U/g果肉到6 U/g果肉的范围内变化时，水解度随着加酶量的增加而增大，当酶用量6 U/g果肉时，水解度不再明显变化。这是由于底物浓度较大，酶用量较小时，反应底物浓度大于酶浓度，淀粉水解度受酶浓度的制约，一定酶解时间内生成的还原糖量少；当酶浓度逐渐增大时，还原糖生成速度增大，一定酶解时间内生成的还原糖量增加，当酶浓度达到6 U/g果肉时，酶浓度和底物浓度基本达到平衡状态；当酶浓度再增大时，反应速度开始受底物浓度的制约，所以，一定酶解时间内生成的单份水解度不再随加酶量的增加而增加。因此耐高温淀粉酶的最佳加酶量在6 U/g果肉、7 U/g果肉、8 U/g果肉为正交条件。3.1.4 糊化时间单因素的影响取3.1.1相同的样品，按照每克果肉加酶量8 U，温度95 ，pH值6.0，分别糊化40 min，50 min，60 min，70 min，80 min，研究板栗水解度和加酶量的关系，糊化结果如图4所示。在图4可以看出，在60 min内水解度随着糊化时间的增加而明显增加，到60 min时水解度达到14.85%，随后水解度不再随着时间的增加而明显变化，说明，60 min前底物浓度大，淀粉酶使直链淀粉水解为寡糖，支链淀粉产生葡萄糖、麦芽糖和一系列-极限糊精，同时使寡糖缓慢分解成葡萄糖和麦芽糖，从而使淀粉糊化。到60 min时反应基本达到平行，因此选择糊化时间50 min、60 min 、70 min为正交条件。图4 时间对板栗糊化的影响Fig.4 Effect of time on gelatinization of chestnut starch 3.1.5糊化最佳工艺条件的确定为了进一步优化糊化工艺，用四因数三水平的正交实验来确定糊化最佳工艺条件，根据上述单因素实验的结果确定正交实验的水平，如下表2所述。表2 因数水平表Tab.2 Coding of factor level of the analysis of gelatinization of chestnut starch 水平A(温度)B(pH)C（时间 min）D (加酶量)1856.0507U/g果肉2906.5608U/g果肉3955.5706U/g果肉糊化正交实验设计和结果，如表3所示：表3 L934正交实验方案及结果Tab.3 The result of orthogonal test实验号 ABCDDE值（）1111113.83 2122215.22 3133313.94 4212314.89 5223112.53 6231214.88 7313214.85 8321314.81 9332114.21 k142.9943.5740.5743.52k242.3042.5644.9544.32k343.8743.0343.6441.32K114.3314.5213.5214.50K214.1014.1814.9814.77K314.6214.3414.5413.77极差R0.520.331.461.00主次因素CDAB最优水平C2 D2 A3 B1对以上正交实验经方差分析后可知：影响板栗糊化工艺的的主次因素是：时间加酶量温度pH值，正交试验最佳水平：C2 D2 A3 B1，即糊化的最优水平组合为：时间60 min，加酶量8 U/g果肉，温度95 ，pH值6.0。3.2糖化板栗淀粉液最佳工艺条件的确定3.2.1糊化温度单因素的影响把在最优水平下糊化的板栗浆液用糖化酶进行糖化试验，按照每克果肉加酶量80 U，调至pH4.5，糖化90 min，分别在40 、50 、60 、70 温度下进行试验，研究板栗水解度和糖化加酶量的关系，糖化结果如图5所示。图5 温度对板栗糖化的影响Fig.5 Effect of temperature on saccharification of chestnut starch在图5可以看出，糖化温度到60 时水解度最大达到57.92%，因此可以确定糖化酶在60 时活性最强，最佳糖化温度为60 ，因此选择50 、60 、70 为正交条件。3.2.2 糖化pH值单因素的影响取相同的样品按照每克果肉加酶量80 U，温度60 ，糖化90 min，分别调pH值为：3.5，4.0，4.5，5.0，5.5进行试验，研究pH值对水解度的影响，糖化结果如图6所示。图6 pH值对板栗糖化的影响Fig.6 Effect of pH on saccharification of chestnut starch在图6可以看出，pH值低于pH4.0时，水解度随着pH值的增大而明显增大，Ph4.5之后水解度随着pH值的增大而减小，说明糖化酶在pH4.0-4.5时活性最强，选择pH值在4.0、4.5、5.0为正交条件。3.2.3 糖化加酶量单因素的影响取与3.2.1相同的样品按照温度60 ，糖化时间90 min，pH值4.0，加酶量分别为：50 U/g果肉，60 U/g果肉，70 U/g果肉，80 U/g果肉，90 U/g果肉进行试验，研究糖化加酶量对水解度的影响，糖化结果如图7所示。图7 加酶量对板栗糖化的影响Fig.7 Effect of addition of enzyme on saccharification of chestnut starch在图7可以看出，当加酶量在少于80 U/g果肉的时候，底物浓度大于酶浓度，反应受酶浓度的制约，水解度随着加酶量的增加而明显上升，当加酶量超过80 U/g果肉时，底物浓度与酶浓度基本平行，水解度受底物浓度制约而不再上升。所以选择糖化酶的最佳加酶量在60 U/g果肉、70 U/g果肉、80 U/g果肉为正价条件，80 U/g果肉为最佳加酶量。3.3.4 糊化时间单因素的影响取与3.2.1相同的样品按照每克果肉酶量80 U，温度60 ，pH值4.0，时间分别为：30 min，50 min，70 min，90 min，110 min，研究糖化时间对水解度的影响。糖化结果如图8所示。在图8可以看出，当温度在30 min50 min时，水解度逐渐升高，当时间达到90 min以后，曲线趋于平缓，水解度变化很少，因此，选择糖化酶时间在50 min、70 min、90 min为正交条件。图8时间对板栗糖化的影响Fig.8 Effect of time of on saccharification of chestnut starch3.2.5 糖化最佳工艺条件的确定为进一步确定糖化最佳工艺条件，做四因数三水平的正交实验，根据上述单因素实验的结果确定正交实验实验的水平，如下表4所述。表4 因数水平表Tab.4 Coding of factor level of the analysis of saccharification of chestnut starch水平A(温度)B(pH)C（时间min）D(加酶量)）1504.55070U/g果肉2604.09060U/g果肉3705.07080U/g果肉糖化正交实验设计和结果，如表5所示：表5 L934正交实验方案及结果Tab.5 The result of orthogonal test实验号 ABCDDE值（）1111151.692122256.3931333