原创《马铃薯淀粉水解糖的工艺》
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摘 要：马铃薯作为世界第四大主粮在我国产量巨大,块茎富含淀粉以及各类营养物质,利用价值高.以马铃薯淀粉为原料,通过测定其水解成糖过程中的DE 值来判断和分析其液化及糖化过程中的关键因素,即加酶量、温度、时间、pH 值,对葡萄糖生成量的影响大小并确定最佳工艺参数.试验表明：在液化过程中,加酶量0.5%,温度65 ℃,时间30 min,DE 值为25.495% 时,其效果最好；在糖化过程中,加酶量0.7%,温度50 ℃,时间3.0 h,pH 值为4.0,DE 值为84.774% 时,成糖效果最好.
关键词：马铃薯淀粉；液化；糖化；最佳工艺
中图分类号：S532
马铃薯在我国种植面积大,产量丰富,富含纤维素、蛋白质、矿物质等多种物质,营养价值高.我国利用马铃薯的食用方式较为单一.鲜马铃薯块茎含淀粉9% ～ 25%,淀粉是大分子物质,属于环境友好型可再生资源,在性能上与木薯淀粉及谷物淀粉相比更优越,应用双酶法可将其较好水解.为创新马铃薯在食品深加工方面的利用方式,带动马铃薯产业发展,本试验以马铃薯淀粉为原料,固定淀粉乳浓度及糊化过程中糊化温度及时间等其他因素,以单因素试验与正交试验为基础,通过测定马铃薯淀粉水解后水解液的DE 值来确定马铃薯淀粉水解的最佳水解工艺参数.
1 材料与方法
1.1 材料、试剂及仪器
材料：荷兰牌马铃薯进口淀粉.
试剂：德国进口级三星牌中温α- 淀粉酶、糖化酶,河南亚统食品原料有限公司提供；GB 5009.7-2016 中第一法所述试剂,均为分析纯.
仪器：可调式电炉（220 V,1 000 W）,常州戚墅堰医疗器械厂提供；电子天平ESJ210-4B,沈阳龙腾电子有限公司提供；三用水箱600 型,常州澳华仪器有限公司提供；雷磁PHS-3E pH 计,上海仪电科学仪器股份有限公司提供.
1.2 方法
1.2.1 马铃薯淀粉水解糖的工艺流程
α- 淀粉酶
↓
马铃薯淀粉→调浆→调PH →糊化→液化→灭酶→降温→调PH →保温→糖化→灭酶→沉淀→过滤→水解液→检测. ↑
糖化酶
1.2.2 马铃薯淀粉水解液的测定
水解液中DE 值的测定：根据食品安全国家标准GB 5009.7-2016,采用直接滴定法,将试样中的还原糖含量测出后,再计算其DE 值,计算公式为：
DE 值等于 水解液中葡萄糖（还原糖）含量/ 马铃薯淀粉含量×100
1.3 糊化操作
淀粉浆溶液的糊化：将10 g 马铃薯淀粉置于烧杯中,加入190 g、80 ℃热水调至均匀,将马铃薯淀粉溶解在热水中,再冷却至室温调节pH 值为6.4；后置于三用恒温水箱中,水浴升温至80 ℃时保温糊化40 min,并间歇搅拌.糊化后可形成流动性较好的淀粉溶液；马铃薯淀粉在热水中吸水润胀,随温度升高溶解度增大.糊化好的马铃薯淀粉溶液继而为后期液化和糖化阶段提供试验基础.
2 实验过程设计
2.1 马铃薯淀粉液化过程单因素实验室设计
固定马铃薯淀粉浆浓度为5%,溶液pH 值为6.4,室内恒为常压,糊化参数不变.优化液化工艺的设计方案为：在固定条件下,分别研究淀粉酶添加量、加热温度、保温时间对液化过程中DE 值大小的影响,即：①固定马铃薯淀粉液化温度为70 ℃,时间为30 min,改变α- 淀粉酶加酶量（以马铃薯淀粉质量计算,下同）为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5% 时, 考查加酶量对DE 值的影响.②固定马铃薯淀粉液化加酶量为0.3%,时间为30 min,改变加热温度为60、65、70、75、80 ℃时,考查温度对DE 值的影响.③固定马铃薯淀粉液化加酶量为0.3%,温度为70 ℃,改变加热时间为20、25、30、35、40 min 时,考查加热时间对DE 值的影响.
2.2 马铃薯淀粉糖化过程单因素实验室设计
固定糊化及最佳液化工艺参数不变,将灭酶后的液化液进行马铃薯淀粉糖化工艺的优化实验设计,研究糖化酶添加量、加热温度、加热时间、pH 值各因素对DE 值大小的影响.即：①固定马铃薯淀粉糖化温度为50 ℃,时间为2.0 h,pH 为4.0 时,改变糖化酶加酶量为0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%,考查加酶量对DE 值的影响.②固定马铃薯淀粉糖化加酶量为0.5%,时间为2.0 h,pH 为4.0 时,改变加热温度为40、45、50、55、60 ℃时,考查加热温度对DE 值的影响.③固定马铃薯淀粉糖化加酶量为0.5%,温度为50 ℃,pH为4.0 时,改变加热时间为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h时,考查保温时间对DE 值的影响.④固定马铃薯淀粉糖化加酶量为0.5%,温度为50 ℃,时间为2.0 h 时,改变溶液pH 值为3.0、3.5、4.0、4.5、5.0 时,考查溶液pH 值对DE 值的影响.
2.3 马铃薯淀粉液化过程正交因素水平设计
根据马铃薯淀粉液化中单因素试验的结果,研究其液化中加酶量、温度、时间、pH 值正交对DE 值大小的影响,设计4 因素3 水平正交试验表,以DE 值为评定指标,确定最佳液化工艺组合.试验因素水平,见表1.
2.4 马铃薯淀粉糖化过程正交因素水平设计
固定液化中最佳工艺参数组合,根据糖化中单因素试验的结果,研究糖化中加酶量、温度、时间、pH值正交对DE 值大小的影响,设计4 因素3 水平正交试验表,以DE 值大小为评定指标,确定最佳糖化工艺组合.试验因素水平,见表2.
3 结果与分析
3.1 马铃薯淀粉液化单因素试验结果
3.1.1 液化中加酶量对DE 值的影响
由图1 可知,当淀粉酶添加量低于淀粉含量的0.3%时DE 值增长较快；当淀粉酶添加量高于淀粉含量的0.3% 时,DE 值随淀粉酶的添加量增加变化较小,这是由于液化过程中随淀粉酶的添加量增加复合反应也增多,导致还原糖含量变化较小.考虑综合因素,故选取0.3%、0.4%、0.5% 作为正交试验水平.
3.1.2 液化中加热温度对DE 值的影响
由图2 可知,当加热温度低于70 ℃时,淀粉酶的催化效率随温度升高而提高,马铃薯淀粉大分子断键程度增大,形成小分子糖类增多,还原糖增多；当温度高于70 ℃时,淀粉酶的催化效率随蛋白质变性而大大降低.考虑综合因素,选取65、70、75 ℃作为正交试验水平.
3.1.3 液化中加热时间对DE 值的影响
由图3 可知,当保温时间不足30 min 时,DE 值逐渐增大,液化效率还有待提升；当保温时间超过30 min 后,部分葡萄糖又重新转变为复合糖类,导致DE 值降低.考虑综合因素,选取25、30、40 min 作为正交试验水平.
3.2 液化正交试验结果
马铃薯淀粉液化正交试验结果,见表3.
由正交试验表3 可知,马铃薯淀粉液化过程中加酶量、温度、时间等均对其有影响,其影响大小的主次顺序为B ＞ C ＞ A,即马铃薯淀粉液化试验阶段各因素的影响大小为：加酶量＞温度＞时间.
根据各因素的综合情况,最佳液化工艺组合为A2B3C1,即加酶量0.5%,温度65 ℃,时间30 min.3.3 马铃薯淀粉糖化单因素试验结果
3.3.1 糖化中加酶量对DE 值的影响
由图4 可知,糖化酶添加量低于0.4% 时,马铃薯淀粉糖化液中DE 值增大较快,当糖化酶添加量高于淀粉的0.4% 时,DE 值随糖化酶的添加量增加改变较小；这是由于糖化过程中糖化酶添加过少时,马铃薯淀粉水解程度不高,淀粉分解率低,生成小分子糖类少,还原糖较少；但糖化酶的添加量超过一定值时,淀粉分解率虽高,但生成的糖类将增加复合反应,导致还原糖增加较少或降低.考虑综合因素,选取0.5%、0.6%、0.7% 作为正交试验水平.
3.3.2 糖化中加热温度对DE 值的影响
由图5 可知,当加热温度低于55 ℃时,马铃薯淀粉大分子断键程度增大,糖化酶的催化效率随温度升高而提高；当温度高于55 ℃时,糖化酶催化效率因蛋白质变性而降低.考虑综合因素,选取50、55、60 ℃作为正交试验水平.
3.3.3 糖化中保温时间对DE 值的影响
由图6 可知：当保温时间在1.5 ～ 2 h 时,糖化效率高,DE 值增长最快；当保温时间超过2h 时,底物浓度相对降低致使酶解速率减慢,水解接近结束,导致DE 值增长缓慢.综合考虑因素,选取2.0、2.5、3.0 h作为正交试验水平.
3.3.4 糖化中pH 值对DE 值的影响
由图7 可知：当pH 值为3.5 和4.5 时DE 值较大,糖化效果较好.pH 值的大小会引起糖化酶分子的构象改变,影响糖化酶对马铃薯淀粉的催化结合能力.考虑综合因素,故选取3.5、4.0、4.5 作为正交试验水平.
3.4 糖化正交试验结果
马铃薯淀粉糖化正交试验结果,见表4.
由正交试验表4 可知：马铃薯淀粉糖化过程中保温时间、加酶量、温度、PH 值等均对水解液DE 值的大小有影响,其影响大小的主次顺序为：D ＞ B ＞ A ＞ C；即马铃薯淀粉糖化试验各因素的影响大小为：pH 值＞加酶量＞温度＞时间.根据综合因素考虑,最佳糖化工艺组合为：A3B3C1D2,即时间3.0 h,加酶量0.7% ,温度50 ℃,pH 值4.0；此时,马铃薯淀粉水解糖的效益最好,最高DE 值为84.774%.
4 结语
该试验研究了马铃薯淀粉的液化及糖化过程中各因素对DE 值大小的影响,考虑综合情况,确定其液化最佳工艺参数为：α- 淀粉酶添加量0.5%,温度65 ℃,时间30 min,液化液的DE 值在马铃薯最适液化阶段DE 值范围内.其最佳糖化工艺参数为：时间3.0 h,糖化酶添加量0.7%,温度50 ℃,pH 值4.0.马铃薯淀粉可应用于多个领域,希望通过对其水解成糖的研究,提高其深加工价值.
通讯作者：林 巧.
淀粉论文参考资料：
简而言之，此文为一篇关于马铃薯淀粉和水解和工艺方面的淀粉论文题目、论文提纲、淀粉论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文。
