全 文 ：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）
摘 要：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 %。
关键词：竹芋；液化；糖化
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）
Abstract：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 %.
Key words：arrowroot starch； liquefaction； saccharification
基金项目：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）
作者简介：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。
食品研究与开发
Food Research And Development
2015年 1月
第 36卷第 2期
DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.02.020
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
a-淀粉酶
↓
竹芋淀粉→糊化→液化→灭酶→过滤→a-淀粉酶水解液
工艺技术
81
1.2.1.2 竹芋淀粉糖化化工艺流程
糖化酶
↓
a-淀粉酶水解液→糖化→灭酶→过滤→水解液
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 3 h、
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、3.5 h；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。
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。
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。
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。
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
30
25
20
15
10
5
0
DE
/%
0.25 0.50 2.50
a-淀粉酶添加量/%
1.00 1.50 2.00
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
24.0
23.5
23.0
22.5
22.0
21.5
21.0
20.5
20.0
19.5
19.0
DE
/%
1.0 1.5 3.5
液化时间/h
2.0 2.5 3.0
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
30
25
20
15
10
5
0
DE
/%
50 55 75
液化温度/℃
60 65 70
图 3 液化温度对液化液 DE值的影响
Fig.3 Effect of temperature on DE of liquefaction
表 1 因素水平表
Table 1 Facters and levels of the orthogonal test
水平 A（a-淀粉酶添加量/%） B（液化时间/h） C（液化温度/℃）
1 1 2.0 65
2 1.5 2.5 70
3 2 3.0 75
工艺技术薛娟萍，等：竹芋淀粉液化及糖化条件的优化
82
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℃。
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。
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。
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。
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 2 正交试验表 L9（34）
Table 2 Results of the orthogonal test
试验号 A B C 空白 DE/%
1 1 1 1 1 19.41
2 1 2 2 2 25.91
3 1 3 3 3 28.42
4 2 1 2 3 26.12
5 2 2 3 1 31.63
6 2 3 1 2 20.87
7 3 1 3 2 31.95
8 3 2 1 3 21.93
9 3 3 2 1 22.59
k1 24.58 25.83 20.74 24.55
k2 26.21 26.49 24.87 26.08
k3 25.49 23.96 30.67 25.49
R 1.63 2.53 9.93 1.53
因素主次 C>B>A
优水平 A2 B2 C3
80
70
60
50
40
30
20
10
0
DE
/%
0.25 0.50 2.50
糖化酶添加量/%
1.00 1.50 2.00
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
70
60
50
40
30
20
10
0
DE
/%
1.0 1.5 3.5
糖化时间/h
2.0 2.5 3.0
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
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
DE
/%
40 45 65
糖化温度/℃
50 55 60
图 6 糖化温度对糖化液 DE值的影响
Fig.6 Effect of temperature on DE of saccharification
水平 A（糖化酶添加量/%） B（糖化化时间/h） C（糖化温度/℃）
1 1 2.0 45
2 1.5 2.5 50
3 2 3.0 55
表 3 因素水平表
Table 3 Facters and levels of the orthogonal test
试验号 A B C 空白 DE/%
1 1 1 1 1 61.49
2 1 2 2 2 68.27
3 1 3 3 3 63.3
4 2 1 2 3 71.83
5 2 2 3 1 76.36
6 2 3 1 2 65.49
7 3 1 3 2 75.47
8 3 2 1 3 72.33
9 3 3 2 1 75.74
k1 64.35 69.60 66.44 71.20
k2 71.23 72.32 69.74 69.74
k3 74.51 68.18 71.71 69.15
R 10.16 4.14 5.27 2.05
因素主次 A>C>B
优水平 A3 B2 C3
表 4 正交试验表 L9（34）
Table 4 Results of the orthogonal test
工艺技术 薛娟萍，等：竹芋淀粉液化及糖化条件的优化
83
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 %。
参考文献：
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收稿日期：2014-10-03
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