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紫番薯汁酶解工艺条件研究



全 文 :第40卷2015年第6期
[ 摘要]为解决紫番薯淀粉含量高的难题,在制备紫番薯汁的工艺过程中,采用二次法双酶共用的处理方式,
添加 α-淀粉酶和糖化酶酶解紫番薯中的淀粉,并通过单因素和正交试验确定最优的酶解工艺条件。 结果
表明,紫番薯蒸煮 40 min,采用 1∶6 的料水比榨汁,先在 α-淀粉酶 25 U/g、温度 80℃、pH6.5 的条件下酶解
50 min,然后在糖化酶 40 U/g、温度 45℃、pH6.0的条件下酶解 60 min的酶解效果最佳。
[ 关键词]紫番薯;酶解;α-淀粉酶;糖化酶
收稿日期:2015-09-28
作者简介:涂薇,女,硕士研究生,研究方向为食品加工与安全。
通信作者:邓放明,男,博士,教授,研究方向为食品科学。
第40卷第6期
2015年12月
Vol.40,No.6
Dec.2015Grain Science and Technology and Economy
DOI:10.16465/j.gste.cn431252ts.20150623
紫番薯汁酶解工艺条件研究
涂 薇,叶 盛,邓放明
( 湖南农业大学 食品科学技术学院,湖南 长沙 410128)
紫番薯又名番薯、甘薯、地瓜,富含维生素、花青
素类色素、硒、多糖、植物蛋白、矿物质等多种营养成
分,在人体必不可少的 8种氨基酸中,紫甘薯内富含
7 种,可满足人体对氨基酸的需求,其被世界卫生组
织确认为最佳食品,并在蔬菜组中列居榜首 [1-2]。 我
国于 20 世纪 90 年代从日本将紫番薯成功引进,随
着其营养与医用保健价值逐渐被大众认识,成为当
前科学研究者探索的焦点 [3]。 紫番薯中含有大量的
淀粉、糖类、花青素等物质,在工艺中加热时导致紫
番薯液难以过滤并出现浑浊或沉淀,从而影响饮料
的稳定性和品质感[4]。 利用其作为乳饮料加工的主
要原料,需要解决的关键工艺就是制备适宜的紫薯
汁。为了提高产品的质量,解决紫番薯淀粉含量高的
难题,本试验在制备紫番薯汁的工艺过程中,采用二
步法双酶处理方式,添加 α-淀粉酶和糖化酶酶解紫
番薯中的淀粉,并通过单因素和正交试验确定制备
紫番薯汁的最优工艺条件,为研究紫番薯饮料提供
参考依据[5-6]。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
紫番薯购于长沙市马王堆菜市场。 α-淀粉酶、糖
化酶、盐酸、甲基红指示剂、氢氧化钠、酒石酸铜、高
锰酸钾等试剂购于长沙鼎国生物技术有限公司。
1.2 试验设备
AR3130型电子天平:奥豪斯国际贸易有限公司;
G-560E型振荡器:上海振荣科学仪器有限公司;FK-
A 型破碎机:江苏金坛市金城国胜实验仪器有限公
司;YXQ-SG46-280SA型高压灭菌锅:山东新华医疗
器械股份有限公司;HU-780WN型榨汁机:京东世
纪信息技术有限公司;GZX-9070MBE 型数显鼓风
干燥箱:无锡华利邦机械科技有限公司;TGL 18C型
离心机:长沙英泰仪器有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 确定紫番薯最佳的蒸煮时间
挑选品质优良、无病害、无损伤的新鲜紫番薯 ,
洗干净后去皮切成 2~3 cm 的薯块,于 100℃下蒸煮
0、10、20、30、40、50、60 min 后,再分别以 1∶6 料水比
榨汁,观察不同蒸煮时间下紫番薯液的状态、气味,
确定紫番薯最佳的蒸煮时间[7]。
1.3.2 确定紫番薯酶解最佳的料水比
挑选新鲜紫番薯,洗净、去皮后切成 2~3 cm 的
薯块,于 100℃蒸煮 30 min后,再以一定的料水比 1∶
2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10( m/m)榨汁,2 500 r/min 离心 20
min,取上清液测定其中的可溶性固形物、总糖以及
淀粉的含量。可溶性固形物、总糖及淀粉含量的测定
分别参照 GB/T 12143-2008、GB/T5009.8-2008、GB/
5009.9-2008[8]。
1.3.3 确定 α-淀粉酶酶解紫番薯汁的条件
挑选新鲜紫番薯,洗净、去皮后切成 2~3 cm 的
薯块,于 100℃蒸煮 30 min 后,再以 1∶6( m/m)料水
比打浆,制成紫番薯汁预酶解液。 将 α-淀粉酶加入
紫番薯汁中,分别研究加酶量、酶解时间、酶解温度
和 pH 4个因素对紫番薯汁酶解工艺的影响。进行试
验的每组紫番薯汁质量 100 g,酶解后 3 000 r/min离
心 10 min,取上清液测定还原糖含量,确定 α-淀粉
68
第40卷2015年第6期
酶酶解条件[9]。
1.3.4 确定糖化酶酶解紫番薯汁的条件
将糖化酶加入经过 α-淀粉酶作用后的紫番薯
汁中,分别研究加酶量、酶解时间、酶解温度和 pH
对紫番薯汁酶解工艺的影响,确定最佳的糖化酶酶
解条件。
2 结果与分析
2.1 确定紫番薯最佳的蒸煮时间
为了使紫番薯中的大量淀粉能充分糊化并顺利
酶解,所以要对紫番薯进行蒸煮。共选取了 7个梯度
的蒸煮时间,比较不同时间下相同温度蒸煮后的紫
番薯经过榨汁后汁液的状态。通过表 1可知,以 0min
为对照,当蒸煮时间在 10~30 min 时,紫番薯的香味
随时间的延长逐渐转浓,但未达到最佳状态;当蒸煮
时间达到 40 min 时,紫番薯中的淀粉全部糊化并产
生浓厚的香味,此时黏度适宜,颜色达到最佳。当蒸煮
时间延长至 50~60 min 时,出现了蒸煮味,是由于蒸
煮时间过长,紫番薯中的淀粉已完全糊化,蒸煮味掩
盖了香味,影响后期的饮料口感,所以根据感官综合
评价,确定 40 min为最佳的蒸煮时间。
表 1 不同蒸煮时间对紫番薯汁的影响
感官评价
没有薯香味,黏度差,呈暗紫褐色
有生薯味,黏度差,呈暗紫色
略带薯香,黏度一般,呈紫色
薯香转浓,黏度变强,呈紫色
薯香浓厚,黏度适宜,呈紫色
薯香浓厚,略带蒸煮味,黏度好
蒸煮味渐强,黏度渐弱
蒸煮时间/min
0
10
20
30
40
50
60
2.2 确定紫番薯汁酶解最佳的料水比
按照 1.3.2 的试验要求,考察料水比对紫番薯汁
的影响,由表 2可知,随着紫番薯与水的比例变化,可
溶性固形物、总糖、淀粉均呈现一定变化。 可溶性固
形物、总糖含量随着料水比比例增大出现先增加后
降低的趋势,在料水比为 1∶6 时出现可溶性固形物
与总糖含量达到最高;淀粉含量随料水比的增大逐
渐增大,在料水比为 1∶6 时趋向稳定。 经过综合评
价,确定料水比 1∶6为最佳比例。
表 2 不同料水比对紫番薯汁的影响
紫番薯∶水( m∶m) 可溶性固形物 总糖 淀粉
1∶2 2.98 0.79 8.91
1∶4 3.12 1.37 10.18
1∶6 3.68 1.64 11.28
1∶8 3.48 1.61 11.55
1∶10 3.21 1.59 11.83
%
2.3 确定 α-淀粉酶酶解紫番薯汁的条件
按照 1.3.3的试验要求,通过研究 α-淀粉酶加酶
量、酶解时间、酶解温度和 pH 4 个因素对紫番薯汁
酶解工艺的影响,确定最佳的 α-淀粉酶酶解条件。
2.3.1 加酶量对紫番薯汁酶解的影响
分别取 9 个平行的紫番薯汁预酶解液,分别加
入 0、5、10、15、20、25、30、35、40 U/g的 α-淀粉酶,在
温度 60℃、pH6.5的条件下酶解 60 min,考察酶解效
果,试验重复 3 次,测定还原糖的含量,结果取平均
值[10]。由图 1可知,随着 α-淀粉酶用酶量的增加,还
原糖含量逐渐增加;当 α-淀粉酶用量为 25 U/g 时,
紫番薯汁的还原糖含量达到最高;继续加大用酶量,
紫番薯汁还原糖含量呈现下降趋势。对该因素进行
了方差分析,结果显著性差异较大,说明 α-淀粉酶
酶量的变化对紫番薯汁酶解的影响较显著,该因素
入围多因素试验继续考察。 结合图 1,取较适合的加
酶量 20、25、30 U/g进行正交试验。
图 1 α-淀粉酶添加量对紫番薯汁的影响
α-淀粉酶加酶量/U·g-1
0 5 10 15 20 25 30 35 40





/%
| | | | | | | |
1.4 -
1.2 -
1 -
0.8 -
0.6 -
0.4 -
0.2 -
0
2.3.2 酶解温度对紫番薯汁酶解的影响
分别取 6个平行的紫番薯汁预酶解液,分别在温
度为 50、60、70、80、90、100℃时添加 α-淀粉酶 25U/g,
并于 pH6.5 条件下酶解 60min,考察酶解效果,试验
重复 3次,测定还原糖的含量,结果取平均值[10]。 由
图 2 可知,在条件一定的情况下,紫番薯汁的还原糖
含量随酶解温度的升高而呈现倒“ V”型的抛物线,
在温度为 80℃时,出现最高点,还原糖含量最大,由
此确定 80℃为 α-淀粉酶酶解的最佳温度。 对该因
素进行了方差分析,结果显著性差异较大,说明酶解
温度对紫番薯汁酶解的影响较显著,该因素入围多
因素试验继续考察。 结合图 2,取较适合的温度 70、
80、90℃进行正交试验。





/% 1.4 -1.2 -
1 -
0.8 -
0.6 -
0.4 -
0.2 -
0
酶解温度/℃
40 50 60 70 80 90 100
| | | | | |
图 2 酶解温度对紫番薯汁酶解的影响
涂薇等:紫番薯汁酶解工艺条件研究
69
第40卷2015年第6期 涂薇等:紫番薯汁酶解工艺条件研究
2.3.3 pH对紫番薯汁酶解的影响
分别取 9 个平行的紫番薯汁预酶解液,分别添
加 α-淀粉酶 25 U/g ,在温度为 80℃,pH 为 3.0、3.5、
4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0 的条件下酶解 60 min,
考察酶解效果,试验重复 3 次,测定还原糖的含量,
结果取平均值 [11]。 由图 3 可知,在不同 pH 条件下,
随着 pH 值增大,还原糖含量也逐渐增加,在 pH 为
6.5 时,紫番薯汁中的还原糖含量达到最高,再继续
升高 pH到 7.0时,还原糖含量下降。 对该因素进行
方差分析,结果差异显著,说明 pH 的变化对紫番薯
汁酶解的影响是显著的,该因素进入多因素试验继
续考察范围内,结合图 3,取较适合的 pH为 6.0、6.5、
7.0进行正交试验。





/%
1.5 -
1.3 -
1.1 -
0.9 -
0.7 -
0.5
3 4 5 7 7
| | | | | | | |
图 3 pH 值对紫番薯汁酶解的影响
3.5 4.5 5.5 6.5
酶解 pH
2.3.4 酶解时间对紫番薯汁酶解的影响
分别取 9个平行的紫番薯汁预酶解液,添加 α-
淀粉酶 25 U/g,在温度为 90℃,pH 为 6.0 的条件下
酶解 35、40、45、50、55、60、65、70、75 min,考察酶解
效果,试验重复 3 次,测定还原糖的含量,结果取平
均值[11]。 由图 4可知,随着酶解时间的增加,紫番薯
汁的还原糖含量逐渐增大,当酶解时间为 50 min时,
将还原糖含量分为 2个节点,50 min 达到最大,再延
长时间,还原糖含量呈现降低状态。对该因素进行了
方差分析,结果显著性差异较大,说明酶解时间的变
化对紫番薯汁酶解的影响较显著,该因素入围多因
素试验继续考察。结合图 4,取较适合的时间 45、50、
55 min进行正交试验。
1.4 -
1.2 -
1 -
0.8 -
0.6 -
0.4 -
0.2 -
0





/%
| | | | | | | |
图 4 酶解时间对紫番薯汁酶解的影响
35 40 45 50 55 60 65 70 75
酶解时间/min
2.3.5 α-淀粉酶酶解紫番薯汁最佳条件的确定
根据单因素试验结果,确定正交试验考察的因
素为加酶量、酶解温度、酶解温度、pH 值,选择四因
素三水平对酶解因素进行优化。正交试验因素水平、
正交试验结果见表 3、表 4。 根据表中 K值的大小计
算分析得到最佳组合条件为 D2B2C2A2,所以 α-淀粉
酶酶解紫番薯汁最佳条件为添加酶量 25 U/g、 温度
80℃、pH 6.5、酶解时间 50 min,且酶解时间因素>温
度因素>PH>加酶量因素。
表 3 α-淀粉酶酶解正交试验因素水平
水平 A 加酶量/U·g-1 B 温度/℃ C pH D 时间/min
1 20 70 6.0 45
2 25 80 6.5 50
3 30 90 7.0 55
表 4 α-淀粉酶酶解正交试验结果
还原糖含量/%
1.02
2.12
1.35
1.59
1.81
1.9
1.76
1.47
1.55
C
1
2
3
2
3
1
3
1
2
4.39
5.26
4.92
1.46
1.75
1.64
0.29
C2
试验号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
k1
k2
k3
R
优水平
A
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4.49
5.3
4.78
1.50
1.77
1.59
0.27
A2
B
1
2
3
1
2
3
1
2
3
4.37
5.4
4.8
1.46
1.8
1.6
0.34
B2
D
1
2
3
3
1
2
2
3
1
4.38
5.78
4.41
1.46
1.93
1.47
0.47
D2
2.4 确定糖化酶酶解的条件
将糖化酶加入经过高温 α-淀粉酶作用后的紫
番薯汁中,分别进行加酶量、酶解时间、酶解温度和
最适 pH的研究,确定糖化酶的酶解条件。
2.4.1 糖化酶用量对紫番薯汁酶解的影响
取 6个平行的添加过 α-淀粉酶后的紫番薯汁,
分别添加糖化酶 10、20、30、40、50、60 U/g, 在温度
60℃、pH6.0的条件下酶解 60min,考察酶解效果,试
验重复 3次,测定还原糖的含量,结果取平均值[12]。由
图 5 可知,当糖化酶添加量为 40 U/g 时,紫番薯汁
的还原糖含量达到最高;当糖化酶添加量继续增大
时,紫番薯汁的还原糖含量呈现降低趋势。对该因素
进行了方差分析,结果显著性差异较大,说明糖化酶
用量对紫番薯汁酶解的影响较显著,该因素入围多
图 5 糖化酶用量对紫番薯汁酶解的影响
糖化酶用量/U·g-1
0 10 20 30 40 50 60
| | | | | |





/%
2 -
1.8 -
1.6 -
1.4 -
1.2 -
1 -
0.8 -
0.6 -
0.4 -
0.2 -
0
70
第40卷2015年第6期涂薇等:紫番薯汁酶解工艺条件研究
因素试验继续考察。 结合图 5,取较适合的糖化酶用
量 30、40、50 U/g进行正交试验。
2.4.2 糖化酶酶解温度对紫番薯汁酶解的影响
取 7个平行的添加过 α-淀粉酶后的紫番薯汁,
分别添加 40 U/g 糖化酶,在温度 30、35、40、45、50、
55、60℃,pH6.0的条件下酶解 60min,考察酶解效果,
试验重复 3次,测定还原糖的含量,结果取平均值[13]。
由图 6可知,条件一定的情况下,随着糖化酶温度的
升高,还原糖含量增加。当糖化酶酶解温度达到 45℃
时,紫番薯汁还原糖含量达到最大,随着温度继续升
高,还原糖含量呈现降低的趋势。对该因素进行了方
差分析,结果显著性差异较大,说明糖化酶温度对紫
番薯汁酶解的影响较显著,该因素入围多因素试验
继续考察。结合图 6,取较适合的糖化酶温度 40、45、
50℃进行正交试验。
图 6 糖化酶温度对紫番薯汁酶解的影响
糖化酶酶解温度/℃
25 30 35 40 45 50 55 60 65
| | | | | | | |





/%
2 -
1.8 -
1.6 -
1.4 -
1.2 -
1 -
0.8 -
0.6 -
0.4 -
0.2 -
0
2.4.3 pH对糖化酶酶解紫番薯汁的影响
取 8个平行的添加过 α-淀粉酶后的紫番薯汁,
分别添加 40U/g糖化酶,在温度 45℃,pH为 3.5、4.0、
4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0 的条件下酶解 60 min,考察
酶解效果,试验重复 3 次,测定还原糖的含量,结果
取平均值[14-15]。 由图 7可知,紫番薯汁还原糖的含量
随 pH 值的增加而增加,当 pH 值为 6.0 时,还原糖
含量达到最大;大于 6.0 时,还原糖含量呈现下降
的趋势。对该因素进行了方差分析,结果显著性差异
较大,说明糖化酶温度对紫番薯汁酶解的影响较显
著,该因素入围多因素试验继续考察。 结合图 7,取
较适合的 pH5.5、6.0、6.5进行正交试验。
图 7 pH 值对紫番薯汁酶解的影响
3.5 4.5 5.5 6.5 7.5
pH值
| | | | | | | | |





/%
3 4 5 6 7
2.2 -
2 -
1.8 -
1.6 -
1.4 -
1.2 -
1
2.4.4 酶解时间对糖化酶酶解紫番薯汁的影响
取 7个平行的添加过 α-淀粉酶后的紫番薯汁,
分别添加糖化酶 40 U/g,在温度 60℃,pH6.0 的条件
下酶解 30、40、50、60、70、80、90min,考察酶解效果,试
验重复 3次,测定还原糖的含量,结果取平均值[16-17]。
由图 8 可知,当酶解时间达到 60 min 时,紫番薯汁
的还原糖含量达到最大,随着时间的增加,还原糖含
量逐渐降低。对该因素进行了方差分析,结果显著性
差异较大,说明糖化酶温度对紫番薯汁酶解的影响
较显著,该因素入围多因素试验继续考察。 结合图
8,取较适合的糖化酶时间 50、60、70 min 进行正交
试验。
30 40 50 60 70 80 90
| | | | | |





/%
糖化酶酶解时间/min
图 8 糖化酶酶解时间对紫番薯汁酶解的
2 -
1.8 -
1.6 -
1.4 -
1.2 -
1 -
0.8
2.4.5 糖化酶最佳条件的确定
根据单因素试验结果,确定正交试验考察的因
素为加酶量、酶解温度、酶解温度、pH 值,选择四因
素三水平对酶解因素进行优化,糖化酶酶解试验因
素水平表及正交试验结果见表 5[18]。
表 5 糖化酶酶解正交试验因素水平
水 A B C D
平 加酶量/U·g-1 温度/℃ pH 时间/min
1 30 40 5.5 50
2 40 45 6.0 60
3 50 50 6.5 70
由表 6 可知,根据 K 值的大小计算分析得到最
佳组合条件,所以糖化酶酶解紫番薯汁最佳条件为
表 6 糖化酶酶解正交试验结果
试验号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
k1
k2
k3
R
优水平
优组合
A
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4.11
5.05
4.43
1.37
1.68
1.48
0.31
A2
B2A2C2D2
C
1
2
3
2
3
1
3
1
2
4.17
5.04
4.38
1.39
1.68
1.46
0.29
C2
B
1
2
3
1
2
3
1
2
3
4.12
5.13
4.34
1.37
1.71
1.45
0.34
B2
D
1
2
3
3
1
2
2
3
1
4.22
4.98
4.39
1.41
1.66
1.46
0.25
D2
还原糖含量/%
1.01
1.89
1.21
1.67
1.73
1.65
1.44
1.51
1.48
71
第40卷2015年第6期
( 上接第 48 页)
一步增强,其扩散、活动将会增加今后防治的难度。
( 4)本试验中尽管二次熏蒸的杀虫效果较间歇
熏蒸的杀虫效果好,但并不能说明所有情况下二次
熏蒸的方法较间歇熏蒸好,而只针对害虫存在保护
性晕迷的情况,当粮堆气密性不理想或抗性程度高
时,间歇熏蒸仍然是一种提高防治效果的方法。
( 5)当粮堆的局部磷化氢气体浓度不均,或者虫
害的数量较多,均会增加虫害保护性晕迷的几率。因
此,熏蒸期间应加强气体环流和浓度检测工作。同时
抗性虫害应开展早期防治,有利于降低防治难度,而
如果以“ 危害阈值”来判断杀虫时机,当达到“ 危害阈
值”时,往往虫害发展数量已较多,如以锈赤扁谷盗
为例。 此时,一次性熏蒸易导致保护性晕迷现象,从
而增加防治难度。
( 6)对抗性锈赤扁谷盗的防治,应重视熏蒸前后
的检查,充分了解粮堆不同部位的虫害数量、活动情
况,以及查清熏蒸结束后对虫害的杀虫效果等,从而
为制定切实可行的熏蒸方法提供有力依据。
参 考 文 献
[ 1]曹阳.我国谷蠹、赤拟谷盗、锈赤扁谷盗和土耳其扁谷盗化氢抗药
性调查[ J] .河南工业大学学报,2006,27( 1) :1-6.
[ 2]王书平 .影响磷化氢杀虫效果的主要因素[ J] .粮食科技与经济,
2003( 6) :37-38.
Enzyme Hydrolysis Conditions of Purple Sweet Potato Juice
TuWei,Ye Sheng,Deng Fangming
(College of Food Science and Technology,Hunan Agricultural University,Changsha,Hunan 410128)
Abstract:This test in order to solve the problem of purple sweet potato starch content high, in the preparation process of purple
sweet potato juice, the second method is adopted double enzyme common way to handle it, add alpha amylase and saccharifying
enzyme digestion of purple sweet potato starch, and through the single factor and orthogonal test to determine the optimal enzy-
matic hydrolysis conditions.The results show that the best effect of purple sweet potato cooking 40min, adopting 1∶6 ratio of mate-
rial to water juice, first, under the conditions of alpha amylase 25 μ/g, temperature 80℃, pH6.5, enzymatic hydrolysis 50 min.
Then,under the condition of saccharifying enzyme 40μ/g, temperature 45℃, pH6.0 ,digestion enzyme solution of 60min.
Keywords:purple sweet potato,enzymatic,α-amylase,saccharifying enzyme
涂薇等:紫番薯汁酶解工艺条件研究
添加酶量 40U/g、温度 45℃、pH6.0、酶解时间 60min,
且温度因素>加酶量因素>PH 因素>酶解时间因素。
3 结 论
本试验通过单因素试验,以感官评价为指标确
定紫番薯最佳的蒸煮时间为 40 min,以可溶性固形
物、总糖、淀粉的含量确定最佳的料水比为 1∶6。
通过 α-淀粉酶、糖化酶正交试验对紫番薯汁进
行酶解,以还原糖含量作为评价指标,得到最优的酶
解工艺条件,α-淀粉酶酶解的最佳工艺条件为添加
酶量 25 U/g,温度 80℃,pH6.5,酶解时间 50 min,且
酶解时间因素>温度因素>PH>加酶量因素。糖化酶酶
解的最佳工艺条件为添加酶量 40U/g、温度 45℃、pH
6.0、酶解时间 60 min,且温度因素>加酶量因素>pH
因素>酶解时间因素。
参 考 文 献
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