紫薯功能飲料雙酶水解工藝

趙紅巖

（陜西學前師范學院生物科學與技術系，陜西西安710061）

紫薯功能飲料雙酶水解工藝

趙紅巖

（陜西學前師范學院生物科學與技術系，陜西西安710061）

采用α-淀粉酶和糖化酶協同水解作用生產紫薯功能飲料，通過單因素試驗和正交試驗確定紫薯漿的雙酶協同水解工藝為α-淀粉酶0.75 g/L，糖化酶1.25 g/L，酶解溫度65℃，反應時間70 m in，pH值為6.0。此工藝條件下的還原糖值為24.92%，生產的紫薯飲料穩定性好，色澤紅艷、口感良好、營養豐富。

紫薯；淀粉；雙酶水解；工藝

紫薯（Ipomoea batatas（L.）Lam）是旋花科甘薯屬草本植物。薯肉呈紫色至深紫色，因此又叫黑薯、紫紅薯、紫心甘薯、紫肉甘薯等。我國種植甘薯歷史悠久，是目前最大的甘薯種植國。紫薯為引進種，20世紀末由日本引入我國種植。紫薯不僅色澤誘人，而且具有超越普通甘薯的營養價值。紫薯富含淀粉、糖蛋白、維生素、氨基酸、硒、碘、鈣、磷、鐵等多種營養成分，其含量均明顯高于普通甘薯[1-3]。據報道[4]，紫薯中具有抗氧化、抗腫瘤活性的碘、硒含量比普通甘薯高出20余倍；賴氨酸含量高5倍；銅、錳、鉀、鋅含量高4倍，紫薯還富含普通甘薯所沒有的花青素，其主要為芍藥素-3,5葡糖苷和矢車菊-3,5葡糖苷[5]，是一種天然色素，具有超強的抗氧化、清除自由基的能力。同時紫薯還是一種理想的減肥食品，其熱量僅為大米的1/3，而且因富含纖維素和果膠而具有減少人體對糖、脂肪吸收的特殊功能。隨著我國人民生活水平的不斷提高，營養健康、美觀、無公害的紫薯產品越來越受到人們的青睞，主要包括紫薯花青素、紫薯全粉制備等，但對紫薯功能飲料的報道還相對較少。紫薯因富含淀粉，在紫薯飲料的制備過程中存在澄清度和穩定性差的問題。本研究采用α-淀粉酶和糖化協同水解工藝生產紫薯功能飲料，在不破壞花青素的前提下有效提高紫薯汁的穩定性，為紫薯的深加工提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫薯：楊凌金薯種業科技有限公司（川山薯品種）；淀粉酶（1 000 U/g）、糖化酶（1 200 U/g）：西安裕華生物科技有限公司；3,5-二硝基水楊酸（dinitrosalicylic acid，DNS）、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、苯酚、亞硫酸鈉、葡萄糖均為分析純：西安化學試劑廠。

1.2 儀器與設備

JJ-2組織搗碎機：江蘇億通電子有限公司；TGL-20B離心機：上海安亭科學儀器廠；SHF1-DK-S12電熱恒溫水浴鍋：北京中西遠大科技有限公司；CT-C-2電熱恒溫鼓風干燥箱：常州市寶路干燥設備有限公司；LDZH-100KBS立式壓力蒸汽滅菌鍋：上海申安儀器有限公司；759s紫外-可見分光光度計：上海棱光技術有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 測定方法

還原糖的含量測定方法按照參考文獻[6]的方法進行。

還原糖值（dextrose equivalent，DE值）的測定[7]：葡萄糖值是衡量淀粉水解程度的指標，數值上等于酶解液中淀粉已轉化的還原糖量（以葡萄糖的含量計算）占淀粉總含量的百分數。DE值計算公式如下：

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

1.3.2 工藝流程及操作要點

紫薯→清洗切分→蒸熟→打漿→雙酶水解→高溫滅酶→冷卻→離心→灌裝殺菌→產品[9]

蒸煮：新鮮紫薯洗凈、去皮切成1～2 cm的薯塊，置于盛有沸水的蒸鍋中蒸8～10 m in，至薯塊中無硬心。

打漿：比例為紫薯∶水=1∶5（g/g）[10]。

雙酶水解：取紫薯原漿在沸水浴中糊化10 min，在一定條件下，加入一定量的α-淀粉酶和糖化酶進行協同水解試驗。

高溫滅酶：將酶促反應液置于沸水浴中5 min終止酶促反應。

冷卻：室溫放置30 min冷卻。

離心：3 500 r/min離心5 m in。

灌裝殺菌：采用250 m L玻璃瓶，灌裝溫度80℃，121℃條件下滅菌1 min。

1.3.3 單因素試驗

將紫薯漿進行α-淀粉酶和糖化酶協同水解過程的單因素試驗。選取雙酶質量比、酶解溫度、酶解pH值、酶解時間為考察因素，以每次試驗的DE值為評價指標（3次平行試驗DE的平均值），得紫薯漿雙酶水解的單因素優化條件。

1.3.4 正交試驗

根據單因素試驗結果，選擇酶促反應中的雙酶質量比（A）、pH值（B）、反應時間（C）、溫度（D）4個因素，進行4因素3水平L9（34）正交試驗，以DE值為考察指標，確定最佳酶解工藝條件。

表1 雙酶協同水解工藝優化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test for dual-enzyme hydrolysis process optimization

2 結果與分析

2.1 雙酶協同水解單因素試驗

2.1.1 雙酶比例對DE值的影響

經過預試驗確定α-淀粉酶和糖化酶的總用量為每1 L紫薯原漿中加2 g混合酶制劑。將打漿過濾后的紫薯原漿在溫度65℃，pH值為6.0的條件下分別添加α-淀粉酶與糖化酶的質量比為7∶10、6∶10、5∶10、4∶10、3∶10混合酶制劑，酶解50 min，試驗結果如圖1所示。

圖1 雙酶添加比例對DE值的影響Fig.1 Effect of two enzymes proportion on DE value

由圖1可知，隨著α-淀粉酶添加量的增加，比例不斷增大，DE值明顯增加，這是雙酶協同作用的效果，α-淀粉酶通過其水解作用不斷為糖化酶提供新的非還原末端，有效提高了其底物濃度，同時糖化酶又不斷消耗α-淀粉酶的產物，促進α-淀粉酶的有效水解[11-13]。隨后比例再增加，DE值的增加率逐漸減慢，是由于α-淀粉酶處于過飽和狀態，糖化酶量不足，體系內還原糖的量增加緩慢。故將雙酶質量比為5∶10，在此條件下DE值為21.92%。

2.1.2 酶解pH值對DE值的影響

將紫薯原漿在溫度65℃，雙酶質量比為5∶10，pH值分別為5.0、5.5、6.0、6.5、7.0的條件下，酶解50 m in，試驗結果如圖2所示。

圖2 酶解pH值對DE值的影響Fig.2 Effect of pH value on DE value

pH值是通過影響酶活性中心的解離程度，而影響酶活性構象的穩定性，進而影響酶與底物的親和能力和催化能力。由圖2可知，pH值為6.0時協同水解效果較好，此條件下DE值為22.87%。

2.1.3 溫度對DE值的影響

將紫薯原漿在pH值為6.0，雙酶質量比為5∶10，溫度為45℃、55℃、65℃、75℃、85℃的條件下，酶解50 m in，試驗結果如圖3所示。

圖3 酶解溫度對DE值的影響Fig.3 Effect of temperature on DE value

由圖3可知，隨著溫度的升高，DE值不斷增加，是由于高溫有助于淀粉液化充分，更易進行糖化反應，因此多采用高溫α-淀粉酶，而高溫同時會導致花青素的分解和美拉德反應的發生，降低紫薯飲料的品質。采用α-淀粉酶和糖化酶協同水解反應，在65℃的條件下就能達到傳統酶解反應90℃酶解效果。超過65℃后變化較為和緩，因此確定酶解溫度為65℃。

2.1.4 酶解時間對DE值的影響

將紫薯原漿在pH值為6.0，雙酶質量比為5∶10，溫度為65℃的條件下，分別酶解30 min、40 min、50 min、60 min、70 min，試驗結果如圖4所示。

圖4 酶解時間對DE值的影響Fig.4 Effect of time on DE value

由圖4可知，隨著酶解時間的增加，DE值也隨之增加，但考慮生產效率，酶解時間也不宜過長。確定酶解時間為60 min。

2.2 雙酶協同水解正交試驗

雙酶協同水解正交試驗結果與分析見表2，方差分析見表3。由表2可知，α-淀粉酶和糖化酶協同水解過程中影響DE值的因素主次順序為雙酶比例＞酶解時間＞酶解溫度＞pH。正交試驗的最佳組合為A1B1C3D1，即雙酶質量比為6∶10（α-淀粉酶0.75 g/L，糖化酶1.25 g/L），pH值6.0，酶解時間70min，酶解溫度為65℃。此水解條件下DE值為24.92%。

表2 雙酶協同水解工藝優化正交試驗結果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiment for double enzyme hydrolysis process optimization

表3 正交試驗結果方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal experiment results

由表3可知，雙酶比例對DE值影響極顯著，酶解時間對DE值影響顯著，其他因素對結果影響不顯著。

3 結論

通過單因素試驗和正交試驗確定紫薯漿的雙酶協同水解工藝：α-淀粉酶0.75 g/L，糖化酶1.25 g/L，酶解溫度65℃，反應時間70 min，pH值為6.0。此工藝條件下的DE值為24.92%，生產的紫薯飲料穩定性好，色澤紅艷、口感良好、營養豐富。

[1]馮曉群.紫薯的保健功能及應用前景[J].甘肅科技，2011（9）：18-21.

[2]夏春麗，于永利，張小燕.甘薯的營養保健作用及開發利用[J].食品工程，2008（3）：28-31.

[3]商麗麗，趙德虎，杜清福.甘薯的營養成分及開發利用研究進展綜述[J].安徽農學通報：上半月刊，2012（9）：38-41.

[4]王冬梅，王建玲，孫妮娜，等.紫甘薯的營養成分及開發利用研究[J].安徽農業科學，2014，42（20）：6762-6763.

[5]KIM H W,KIM J B,CHO S K,et al.Anthocyanin changes in the Korean purple-fleshed sweet potato,Shinzami,as affected by steaming and baking[J].Food Chem,2012,130(4):966-972.

[6]趙凱，許鵬舉，谷廣燁.3,5-二硝基水楊酸比色法測定還原糖含量的研究[J].食品科學，2008，29（8）：534-536.

[7]秦捷，姚茂君.涼薯液化糖化工藝[J].食品研究與開發，2010，31（10）：117-121.

[8]中國疾病預防控制中心營養與食品安全所，北京市疾病預防控制中心. GB/T 5009.9食品中淀粉的測[S].北京：中國標準出版社，2008.

[9]齊希光，張暉，王立，等.紫薯飲料液化糖化工藝研究[J].食品科技，2014，39（8）：109-113.

[10]鄭寧.紫薯漿制備及酶解工藝的研究[J].農業與技術，2014，34（1）：32-33.

[11]王華，韓金玉，鐘穗生，等.雙酶一步法水解馬鈴薯淀粉的動力學研究[J].高?；瘜W工程學報，2001，15（5）：446-452.

[12]LóPEZ C,TORRADO A,GUERRA N P,et al.Optimization of solidstate enzymatic hydrolysis of chestnut using mixtures of α-amylase and glucoamylase[J].J Agr Food Chem,2005,53(4):989-995.

[13]CHEN Y S,HUANG S R,TANG Z F,et al.Structural changes of cassava starch granules hydrolyzed by a mixture of α-amylase and glucoamylase[J].Carbohyd Polym,2011,85(1):272-275.

[14]黨婭，劉水英.響應面法優化紫薯汁糖化工藝研究[J].中國釀造，2014，33（8）：55-59.

[15]李春陽，張紅城，李建軍，等.酶處理工藝對紫心甘薯飲料品質的影響[J].江蘇農業學報，2008，24（1）：80-84.

《中國釀造》雜志征稿啟事

《中國釀造》創刊于1982年，是由中國商業聯合會主管，中國調味品協會及北京食品科學研究院主辦的綜合性科技期刊。并歷次被評為全國中文核心期刊，中國科技核心期刊，《中國知網》重點收錄期刊，《萬方數據庫》全文收錄期刊，《中文科技期刊數據庫》來源期刊，美國《化學文摘》收錄期刊，也是學位與研究生教育的中文重要期刊。

本刊主要面向全國各大高等院校、科研院所、各級黨政機關、相關企事業單位的廣大專家學者、工程技術人員、本科生、碩士博士研究生、管理人員等。

《中國釀造》主要欄目有：研究報告、專論綜述、創新與借鑒、經驗交流、分析與檢測、產品開發、釀造文化、海外文摘等。

歡迎踴躍投稿！

網站：www.chinabrewing.net.cn郵箱：zgnzzz@163.com電話：010-83152738/83152308

征稿范圍：

（1）新工藝、新技術、新設備在釀造行業的應用；（2）調味品的研發創新與推廣應用；（3）調味品產業生產管理及產品質量安全評價；（4）食品添加劑在釀造行業的應用；（5）現代高新檢測技術在釀造行業的應用；（6）釀酒產品開發、生產管理及產品質量安全的控制；（7）發酵法制備酒精、氨基酸、高級醇及有機酸等工藝研究；（8）微生物發酵工藝及培養基發酵條件優化；（9）發酵工程菌種的篩育與人工誘變、雜交選育及基因工程改造研究；（10）生物質能源的開發利用及規?；苽?；（11）傳統發酵食品生產工藝改進、微生物菌種改良、發酵機理及規?；a研究；（12）食品及發酵工業廢水、廢渣處理及綜合利用；（13）益生菌及功能型發酵乳制品研究與開發；（14）行業實用技術、政策、法規、標準及行業動態和最新舉措等。

注意事項：

（1）來稿要求論點明確、數據可靠、邏輯嚴密、文字精煉。在文稿首頁用腳注說明論文屬何項目、何基金（編號）資助，本刊將優先報道國家級、省部級及國際合作項目的科研成果；第一作者及通訊作者（一般為導師）簡介（包括姓名、出生年月、性別、職稱、學位、研究方向或目前主要從事的工作、郵箱、聯系電話）。（2）稿件要求8000字以內，須有中圖分類號，文獻標志碼，中英文標題、單位、作者，并有200～300字的中英文摘要和5～8個關鍵詞，標題、摘要、表題、圖題請用中英文對照。摘要內容應包括研究目的、方法、結果和結論；綜述文章可寫指示性摘要。（3）來稿內容涉及配方時，應寫明配料的名稱和配比，勿用代號；工藝過程要完整，不要省略；插圖、表格需放在正文相應地方，不要集中；引用的圖表要有出處，計量要用法定單位。（4）文稿參考文獻一般研究論文約25篇參考文獻，不可少于20篇，綜述論文不少于35篇。研究性論文和綜述性論文中近5年文獻不少于參考文獻總數的一半，外文文獻不少于5篇，期格式請參照GT/T 7714—2005《文后參考文獻著錄規則》。（5）來稿必須是最新的、作者自身創造性的科研成果，且是在中外文正式刊物上未發表的論文。本刊嚴禁一稿多投、重復內容多次投稿、不同文種重復投稿。（6）我刊以實現對所有來稿的文字復制比對工作，若文字復制比超過30%的稿件我刊不予采用。（7）稿件一經錄用，即被認為同意收錄于《中國學術期刊（光盤版）》、萬方數據庫等，同意入編數據庫及上網發布，與此有關的作者著作權使用費與稿酬一次性給付。作者如有異議，請在投稿時聲明。

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

陜西省大學生創新創業訓練計劃項目（NO.1853）

趙紅巖（1981-），女，講師，碩士，主要從事生物醫藥，食品生物技術等方面研究工作。