全 文 ：※生物工程 食品科学 2013, Vol.34, No.05 197
薏米酒发酵前淀粉液化及糖化条件的优化
郭克娜1，姜璐璐2，阚建全1,2,*
(1.西南大学食品科学学院，重庆 400716；2.重庆市特色食品工程技术研究中心，重庆 400716)
摘 要：以薏米为原料，以葡萄糖当量值(DE值)为评价指标，对薏米酒微生物发酵前淀粉液化及糖化工艺进行研
究，考察酶添加量、pH值、温度、时间对DE值的影响。结果表明，最优的液化工艺条件为α-淀粉酶添加量2.0%、
pH6.5、液化温度60℃、液化时间3.0h；糖化最优工艺条件为糖化温度55℃、pH4.5、糖化酶添加量2.5%、糖化时间
2.5h。在此条件下，最终水解液的还原糖含量和DE值分别达到6.87g/100mL和76.4%。
关键词：薏米酒；淀粉；液化；糖化
Optimization of Process Conditions for Starch Liquefacation and Saccharification before Fermentation of
Coix lachryma-jobi Wine
GUO Ke-na1，JIANG Lu-lu2，KAN Jian-quan1,2,*
(1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400716, China；
2. Chongqing Special Food Programme and Technology Research Center, Chongqing 400716, China)
Abstract：Taking coixseed as the raw material, the liquefaction and saccharification of starch before fermentation for
producing coixseed wine were investigated to explore the effects of enzyme addition amount, pH, temperature and time
on DE value. The optimal liquefaction conditions were amylase amount of 2.0%, pH 6.5, hydrolysis temperature of 60 ℃
and hydrolysis time of 3.0 h. The optimal saccharification process required hydrolysis temperature of 55 ℃, pH 4.5,
glucoamylase amount of 2.5% and saccharifi cation time of 2.5 h. Under these optimal conditions, the content of reducing
sugar and DE value in hydrolyzed fl uid were 6.87 g/100 mL and 76.4%, respectively.
Key words：coixseed wine；starch；liquefaction；saccharifi cation
中图分类号：TS261.4 文献标志码：A 文章编号：1002-6630(2013)05-0197-05
收稿日期：2011-11-08
作者简介：郭克娜(1987—)，女，硕士研究生，研究方向为食品化学与营养学。E-mail：260517294@qq.com
*通信作者：阚建全(1965—)，男，教授，博士，研究方向为食品化学与营养学，食品生物技术和食品质量与安全。
E-mail：ganjq1965@163.com
薏米(Coix lachryma-jobi)，又名薏苡仁、苡米、米
仁，是我国民间传统的中药，也是一种膳食佳品。《本
草纲目》谓其“健脾益胃、补肺清热、祛风胜湿、养颜驻
容、轻身延年”。大量研究报道表明，薏仁提取物薏仁
油、薏仁酯、薏仁多糖等有很强的生物活性，如健胃、消
炎、利尿、止痛、降血糖、抗癌等[1-7]。近年来随着保健
食品的风行，国外特别是日本对薏米进行了较为深入的研
究和开发。但是虽然以薏米为原料的营养食品、药膳佳肴
层出不穷，但对薏米酒的研究和生产却少见报道。主要由
于薏米淀粉颗粒较大，且不易α化[8-9]，如果不将薏米淀粉
进行充分液化和糖化就进行酒精发酵，再加上薏米本身的
特殊气味，研制出的薏米酒往往因为感官质量上的缺陷不
能被大多数消费者所接受，因此无法实现商业化生产。所
以在酒精发酵之前，对薏米原料的液化和糖化工艺进行研
究，保证薏米酒发酵的品质与稳定性就显得非常重要。本
实验通过对薏米淀粉进行水解，研究液化和糖化工艺的最
优条件，旨在为后期薏米的酒精发酵提供数据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
薏米，市售，选用颗粒饱满，无发黄无霉变的薏
米，在高速粉碎机中粉碎后过40目标准筛，备用。
α-淀粉酶(酶活力3700U/g)、糖化酶(酶活力10万U/g)
北京奥博星生物技术有限公司；其余试剂均为分析纯。
1.2 薏米淀粉水解工艺流程
1.2.1 液化工艺流程
α-淀粉酶
↓
薏米→粉碎→过筛→糊化→液化→灭酶→过滤→α-淀粉酶水解液
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1.2.2 糖化工艺流程
糖化酶
↓
α-淀粉酶水解液→糖化→灭酶→过滤→水解液
1.3 分析方法
1.3.1 薏米主要成分的测定方法
淀粉：酸水解法[10]；粗蛋白：微量凯氏定氮法[10]；
粗脂肪：索氏抽提法 [10]；粗多糖：比色法 [10]；水分测
定：卡尔·费休法[10]。
1.3.2 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[10]；溶液相对
密度：密度计法；DE值[11]：又叫葡萄糖当量值，是还原糖
(以葡萄糖计)占溶液中干物质的百分比，计算公式如下：
DE值/% = h100
还原糖含量/(g/100mL)
ᑆ⠽䋼৿䞣/(g/100mL)h⒊⎆ⱘⳌᇍᆚᑺ
1.3.3 薏米淀粉液化工艺试验设计[12-19]
将薏米粉按料液比1:10(m/V)糊化后，进行液化工艺的
优化。单因素试验基本条件定为α-淀粉酶添加量1%、pH
6.5、温度70℃、液化时间3h。改变其中一个条件，固定其
他条件以分析各因素对液化效果的影响。各因素梯度分别
为α-淀粉酶添加量0.25%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%；
pH 5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、8.0；温度55、60、65、70、
75、80℃；液化时间1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5h。
通过单因素试验确定4个因素的合适水平范围，再选
取L9(34)正交表，以液化DE值为考核指标，设计了四因素
三水平的正交试验，以确定液化最优条件组合。以上试
验每个处理重复3次，结果取平均值。
1.3.4 薏米淀粉糖化工艺试验设计
在最佳液化工艺条件下进行糖化工艺的优化。单因
素基本条件设定为糖化时间3h、糖化酶添加量1%、温度
60℃、pH4.5。改变其中一个条件，固定其他条件以分析
各因素对糖化效果的影响。各因素梯度分别为糖化时间
1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5h；糖化酶添加量0.25%、
0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%；温度45、50、55、
60、65、70℃；pH 3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0。
在单因素试验的基础上，选取L9(34)正交表，以糖化
DE值为考核指标，设计了四因素三水平的正交试验，以
确定糖化最优条件组合。以上试验每个处理重复3次，结
果取平均值。
1.4 数据分析处理方法
采用Origin Lab Origin Pro v7.5软件进行数据制图和
统计分析。
2 结果与分析
2.1 薏米主要成分的分析结果
表 1 薏米主要成分
Table 1 Major components of coixseeds
成分 淀粉 粗蛋白 粗脂肪 粗多糖 水分
含量/% 48.67±0.89 19.32±0.24 4.75±0.56 2.26±0.78 10.07±2.02
由表1可知，薏米中含量最高的成分是淀粉，此外薏
米是禾本科一年生草本植物中蛋白质及脂肪含量较高的
一类，其蛋白质含量比稻米约高出2倍[4]，脂肪含量是稻
米的6倍左右。而薏米中重要的生理活性成分薏仁多糖的
含量也非常可观。
2.2 薏米淀粉液化最佳工艺条件的确定
2.2.1 α-淀粉酶添加量对液化液DE值的影响
10
12
14
16
18
20
0.25 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
α-⎔㉝䝊⏏ࡴ䞣/%
D
E/
%
图 1 α-淀粉酶添加量对液化液DE值的影响
Fig.1 Effect of α-amylase amount on DE of liquefaction
由图1可知，随着α-淀粉酶添加量增加，DE值迅速升
高；但当加酶量大于2.00%时，DE值基本趋于稳定。这
是由于加酶量小于2.00%时，底物质量浓度大于淀粉酶的
质量浓度，反应速率受加酶量的影响较大，DE值随着加
酶量的增加而快速增大；加酶量大于2.00%时，随着酶质
量浓度逐渐增大，一部分酶分子没有机会和底物接触，
致使水解液DE值基本不再变化。考虑到成本因素，选取
2.00%为较优的α-淀粉酶添加量。
2.2.2 pH值对液化液DE值的影响
10
12
14
16
18
20
5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 8.0
pH
D
E/
%
图 2 pH值对液化液DE值的影响
Fig.2 Effect of pH on DE of liquefaction
由图2可知，水解液DE值随着pH值的增大先升高后
降低，pH值在7左右，即薏米糊化后在自然状态下液化
时DE值最大，达到18.72%。因为pH值会影响酶分子构象
的稳定性和极性基团的解离状态，从而影响酶分子的构
象以及酶与底物的结合力和催化能力[20]。α-淀粉酶最适
作用pH值为6.0～7.0，在这个pH值范围内，α-淀粉酶才
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能很好的发挥作用。水解液过酸或过碱都会影响其稳定
性，导致酶活性降低甚至失去活性。因此，较优的液化
pH值为7.0左右。
2.2.3 液化温度对液化液DE值的影响
12
14
16
18
20
55 60 65 70 75 80
⎆࣪⏽ᑺ/ć
D
E/
%
图 3 液化温度对液化液DE值的影响
Fig.3 Effect of temperature on DE of liquefaction
由图3可知，水解液DE值随着温度的升高先增大后
降低，温度为65℃时DE值最大，达到17.49%。液化温
度同时影响化学反应速率和酶的活性，当温度小于65℃
时，随着温度的升高，单位时间内酶分子与底物间的有
效碰撞次数增加，液化反应速率加快；而当温度超过65℃
时，随着温度的继续升高，α-淀粉酶变性失活，液化反应
速率迅速下降。因此，液化的较优温度在65℃左右。
2.2.4 液化时间对液化液DE值的影响
13
14
15
16
17
18
19
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
⎆࣪ᯊ䯈/h
D
E/
%
图 4 液化时间对液化液DE值的影响
Fig.4 Effect of liquefaction time on DE of liquefaction
由图4可知，随着液化时间的延长，水解液DE值逐
渐增大，在3h之前增加很快，然后趋于稳定。淀粉的液
化分两个阶段，开始时α-淀粉酶首先使直链淀粉快速降
解，产生寡糖，使溶液黏度快速下降；然后作用于支链
淀粉产生葡萄糖、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。后
一阶段反应速率比前一阶段要慢得多，这可能是导致液
化3h后DE值趋于稳定的主要原因。另外，随着水解程度
的加深，α-1,4-糖苷键减少，淀粉中存在的α-1,6-糖苷键
影响了α-淀粉酶的水解速度，同时不断积累的酶解产物
也会抑制酶的活性，使水解逐渐变慢。为了节约时间以
提高效率，确定液化时间为3h。
2.2.5 薏米淀粉液化的正交试验
在单因素试验的基础上，选取L9(34)正交表进行正交
试验，结果见表2。
表 2 薏米淀粉液化条件优化L9(34)正交试验结果
Table 2 Orthogonal tests of liquefaction of coixseed starch
试验号 A α-淀粉酶添加量/% B pH C温度/℃ D时间/h DE/%
1 1(1.0) 1(6.0) 1(60) 1(2.0) 20.66
2 1 2(6.5) 2(65) 2(2.5) 17.01
3 1 3(7.0) 3(70) 3(3.0) 16.27
4 2(1.5) 1 2 3 20.30
5 2 2 3 1 17.28
6 2 3 1 2 22.06
7 3(2.0) 1 3 2 18.79
8 3 2 1 3 22.55
9 3 3 2 1 19.76
K1 53.94 59.75 65.27 57.70
K2 59.64 56.84 57.07 57.86
K3 61.10 58.09 52.34 59.12
k1 17.98 19.92 21.76 19.23
k2 19.88 18.95 19.02 19.29
k3 20.37 19.36 17.45 19.71
R 2.39 0.97 4.31 0.48
表 3 薏米淀粉液化正交试验结果方差分析
Table 3 Analysis of variance for liquefaction of coixseed starch
变异来源 离差平方和 自由度 均方 F值 F0.05(2,2) F0.01(2,2)显著性
A 9.5430 2 4.7715 23.6630 19 99 ﹡
B 1.4207 2 0.7103 3.5228 19 99
C 28.5331 2 14.2665 70.7510 19 99 ﹡
D 0.4033 2 0.2016
总变异 40 8 　 　 　 　 　
注：*.差异显著(P＜ 0.05)。表 5同。
由表2可知，各因素对液化液DE值都有影响，其影
响主次顺序为：温度＞α-淀粉酶添加量＞pH值＞时间。
由表3方差分析可知，α-淀粉酶添加量和温度对液化效果
有显著影响；pH值和液化时间对液化效果影响不显著。
由此可得出最佳组合为A3B1C1D3，但此组并未出现在试
验组中，故进行了验证实验，得出该条件下水解液DE值
为22.12%，低于试验组中液化DE值最高的组合，故确定
液化最优水平组合为A3B2C1D3，即α-淀粉酶用量2.0%、
pH 6.5、温度60℃、液化时间3.0h。
2.3 薏米淀粉糖化最佳工艺条件的确定
2.3.1 糖化时间对糖化液DE值的影响
50
55
60
65
70
75
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
㊪࣪ᯊ䯈/h
D
E/
%
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
由图5可知，2.5h之前糖化液DE值随着糖化时间的延
长逐渐升高，2.5h之后趋于平缓。这是因为糖化反应刚开
200 2013, Vol.34, No.05 食品科学 ※生物工程
始时，底物的浓度较高，反应速度受时间的影响较大；
随着反应的进行底物浓度逐渐降低，反应速率也随之降
低，2.5h后DE值无显著变化(P＞0.05)。综合考虑糖化效
果和生产效率，选取2.5h为较优糖化时间。
2.3.2 糖化酶添加量对糖化液DE值的影响
40
45
50
55
60
65
70
75
0.25 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
㊪࣪䝊⏏ࡴ䞣/%
D
E/
%
图 6 糖化酶添加量对糖化液DE值的影响
Fig.6 Effect of glucoamylase amount on DE of saccharification
由图6可知，加酶量小于1.5%，水解速度随酶用量
的增加而升高；加酶量大于1.5%时，糖化DE值变化不
大(P＞0.05)。考虑到成本因素，选取1.5%为较优的糖化
酶添加量。
2.3.3 糖化温度对糖化液DE值的影响
40
45
50
55
60
65
70
75
80
45 50 55 60 65 70
㊪࣪⏽ᑺ/ć
D
E/
%
图 7 糖化温度对糖化液DE值的影响
Fig.7 Effect of temperature on DE of saccharification
由图7可知，水解液DE值随着温度的升高先升高后
降低，温度为65℃时达到最大值。这是因为糖化酶在室
温至65℃内起糖化作用；超过65℃糖化酶失活严重。因
此，较优的糖化温度为65℃。
2.3.4 pH值对糖化液DE值的影响
64
66
68
70
72
74
3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0
pH
D
E/
%
图 8 pH值对糖化液DE值的影响
Fig.8 Effect of pH on DE of saccharification
由图8可知，随着pH值的增大，水解液DE值先升高
后降低，pH值为5时DE值达到最大73.3%，随后迅速下
降。原因是糖化酶的最适作用pH值为4.0～4.5，pH值过
大或过小都会导致酶蛋白变性，从而影响酶分子与底物
分子的结合和催化，最终影响水解速率。因此，确定糖
化pH值为5.0。
2.3.5 薏米淀粉糖化的正交试验优化
在单因素试验的基础上，选取L9(34)正交表进行正交
试验，结果见表4。
表 4 薏米淀粉糖化条件优化L9(34)正交试验与结果
Table 4 Orthogonal tests of saccharification of coixseed starch
试验号 A糖化时间/h B糖化酶添加量/% C糖化温度/℃ D pH DE/%
1 1(2.0) 1(1.5) 1(55) 1(4.0) 67.3
2 1 2(2.0) 2(60) 2(4.5) 68.7
3 1 3(2.5) 3(65) 3(5.0) 71.8
4 2(2.5) 1 2 3 74.5
5 2 2 3 1 75.5
6 2 3 1 2 76.4
7 3(3.0) 1 3 2 72.1
8 3 2 1 3 71.2
9 3 3 2 1 73.2
K1 207.80 213.90 214.90 216.00
K2 226.40 215.40 216.40 217.20
K3 216.50 221.40 219.40 217.50
k1 69.27 71.30 71.63 72.00
k2 75.47 71.80 72.13 72.40
k3 72.17 73.80 73.13 72.50
R 6.20 2.50 1.50 0.50 　
表 5 薏米淀粉糖化正交试验结果方差分析
Table 5 Analysis of variance for saccharification of coixseed starch
变异来源离差平方和 自由度 均方 F值 F0.05(2,2) F0.01(2,2) 显著性
A 57.7400 2 28.8700 137.4762 19 99 **
B 10.5000 2 5.2500 25.0000 19 99 *
C 3.5000 2 1.7500 8.3333 19 99
D 0.4200 2 0.2100
总和 72 8 　 　 　 　 　
注：**.差异极显著(P＜ 0.01)。
由表4可知，各因素对糖化DE值影响主次顺序为：
时间＞糖化酶加酶量＞温度＞pH值。由表5方差分析
可知，时间对糖化效果有极显著影响，而糖化酶的添
加量对糖化效果有显著影响。由此可得出最佳组合为
A2B3C3D3，但此组并未出现在试验组中，故进行了验证
实验，得出该条件下水解液DE值为75.7%，低于试验组
中糖化DE值最高的组合，故确定糖化最优水平组合为
A2B3C1D2，即糖化时间2.5h、糖化酶添加量2.5%、温度
55℃、pH4.5。在此最优水平组合下得到的最终水解液中
还原糖含量和DE值分别为6.87g/100mL和76.4%。
3 结 论
本实验对薏米酒精发酵之前的液化和糖化工艺进
行了研究，确定最佳液化工艺条件为：α-淀粉酶添加量
※生物工程 食品科学 2013, Vol.34, No.05 201
2.0%、pH6.5、液化温度60℃、液化时间3.0h，此时液化
液的DE值为22.55%，过滤后水解液澄清透明，色泽浅
黄，不黏稠。在此条件下液化后的料液，再加入糖化酶
进行糖化的最佳工艺参数为：糖化时间2.5h、糖化酶加酶
量2.5%、糖化温度55℃、pH4.5，最终水解液中还原糖含
量和DE值分别为6.87g/100mL和76.4%。为后续薏米酒精
发酵的研究提供数据基础。
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