蓮藕醋發酵的液化及糖化工藝研究

徐志利，孫劍鋒，代鑫鵬，孫兆平，于倩楠

(河北農業大學食品科技學院，河北保定071000)

蓮藕醋發酵的液化及糖化工藝研究

徐志利，孫劍鋒，代鑫鵬，孫兆平，于倩楠

(河北農業大學食品科技學院，河北保定071000)

以優質蓮藕為主要原料釀造食醋。為保證蓮藕醋的順利發酵，對其液化和糖化工藝進行研究。通過單因素實驗和正交實驗來確定液化和糖化過程中的適宜條件。實驗結果表明，液化的適宜條件是：溫度78℃，時間30 min，加酶量25 U/g，在此條件下，液化值（DE）可以達到20.21%。糖化的適宜條件是：溫度60℃，時間2 h，加酶量150 U/g，在此條件下，還原糖的含量可以達到14.26%。

蓮藕醋； 液化； 糖化； 工藝

利用水果和蔬菜釀造食醋和釀制醋酸飲料,目前在國內外非常盛行。據統計,日本的果蔬醋占其總產量的1/3。果蔬醋和醋酸飲料不僅營養豐富,而且還具有軟化血管、開胃降壓、促進排泄和增進食欲等功效，醋“茶”通常被糖尿病患者用來作為慢性滋養品[1]。國內水果醋已有葡萄醋[2]、梨醋、蘋果醋、番茄醋[3]和梅子醋[4]等產品問世，但蔬菜醋卻很少，而我國蓮藕品質優良,富含各種碳水化合物、多酚[5]、氨基酸、卵磷脂、脂肪、胡蘿卜素、核黃色、硫胺素及微量礦物質元素等[6]。具有清熱涼血[7]、通便止瀉、健脾開胃、益血生肌、止血散瘀等功效，蓮藕還有調節心臟、血壓、改善末梢血液循環的功用，能夠用于促進新陳代謝和防止皮膚粗糙。蓮藕中含有大量膳食纖維，有利于人體的排泄功能，可以降低人體對脂類物質的吸收[8]。以蓮藕為原料釀造的食醋具有飲食和營養需求兩方面的作用。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

原料：新鮮蓮藕，麩皮，稻糠，食鹽，均為市售。

耗材及試劑：耐高溫α-淀粉酶（酶活力為25000 U/mL）、糖化酶（酶活力為 150000 U/mL），諾奧科技有限公司；氫氧化鈉，分析純，天津市新通精細化工有限公司；氯化鈉，天津市永大化學試劑開發中心；無水亞硫酸鈉，分析純，天津市百世化工有限公司；酒石酸鉀鈉，分析純，天津市永興化學試劑開發中心；乙酸鋅，分析純，天津市盛奧化學試劑有限公司；次甲基藍，生物染色試劑，天津市科密歐化學試劑有限公司；硫酸銅，分析純，天津市恒星化學試劑制造有限公司；亞鐵氰化鉀，分析純，天津市恒星化學試劑制造有限公司。

儀器設備：榨汁機，九陽；PB-20酸度計，北京賽多利斯有限公司；PR-101數顯折光儀，GAPAN ATAGO CO,LTD;數顯恒溫水浴鍋，HH-2。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品的制備

將新鮮的蓮藕洗凈，切成1 cm左右的薄片，打漿，然后將打出的漿液放入水浴鍋，進行糖化和液化。

1.2.2 工藝優化

優化液化、糖化條件以提高淀粉向還原糖轉化的轉化率，通過單因素和正交實驗，分別優化液化溫度、酶解時間、耐高溫α-淀粉酶添加量、糖化溫度、糖化時間以及糖化酶添加量對DE值以及還原糖的影響，從而選出適宜的工藝條件。

1.2.2.1 蓮藕漿液的液化實驗

（1）溫度對液化效果的影響。向蓮藕漿中加入耐高溫α-淀粉酶25 U/g，調整蓮藕漿pH值為6.0，分別放在81℃、84℃、87℃、90℃、93℃、96℃恒溫水浴鍋內液化60 min，液化結束后測定其DE值，實驗重復3次。

（2）酶解時間對液化效果的影響。向蓮藕漿中加入耐高溫α-淀粉酶25 U/g，調整蓮藕漿的pH值為6.0，將其攪拌均勻，設定恒溫水浴鍋的溫度為87℃，液化時間分別設定為 20 min、25 min、30 min、35 min、40 min，液化結束后測定其DE值，實驗重復3次。

（3）耐高溫α-淀粉酶添加量對液化效果的影響。設定液化溫度為87℃，液化時間為30 min，調整蓮藕漿的pH值為6.0，添加耐高溫α-淀粉酶15 U/g、18 U/g、21 U/g、24 U/g、27 U/g，將蓮藕漿攪拌至均勻，于87℃恒溫水浴鍋內液化30 min，液化結束后測定蓮藕漿的DE值，實驗重復3次。

（4）液化正交實驗。正交實驗優化液化工藝條件，在單因素實驗基礎上，選擇液化溫度,、液化時間、耐高溫α-淀粉酶添加量，按照L9(34)[9]正交表進行實驗,對蓮藕醋發酵過程中液化階段進行優化。

1.2.2.2 蓮藕漿液的糖化實驗

蓮藕漿液化后，升溫至100℃，加熱15 min滅酶活。滅酶后，以還原糖為指標，對影響淀粉糖化工藝的糖化溫度、時間、糖化酶添加量進行單因素實驗，對正交實驗進行優化。

（1）溫度對糖化效果的影響。向蓮藕漿里加入糖化酶150 U/g,調整蓮藕漿的pH值為4.5，設定糖化時間為1.5 h，將蓮藕漿攪拌至均勻，調整恒溫水浴鍋的溫度為52℃、56℃、60℃、64℃、68℃，蓮藕漿開始糖化，糖化結束后測定還原糖含量，實驗重復3次。

（2）酶解時間對糖化效果的影響。向蓮藕漿里加入糖化酶150 U/g，調整蓮藕漿的pH值為4.5，將蓮藕漿攪拌均勻，設置糖化溫度為60℃，糖化時間分別設定為 1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h、3.0 h，糖化結束后測定還原糖含量，實驗重復3次。

（3）糖化酶添加量對糖化效果的影響。設置糖化溫度為60℃，時間為1.5 h，調整蓮藕漿的pH值為4.5，將蓮藕漿攪拌均勻，設定糖化酶添加量為110 U/g、130 U/g、150 U/g、170 U/g、190 U/g，糖化結束后測定還原糖含量，實驗重復3次。

（4）糖化正交實驗。在單因素實驗的基礎上做正交實驗，正交實驗的實驗因素分別是糖化時的溫度、酶解時間、糖化酶添加量，按照L9(34)正交表進行實驗。以還原糖含量為指標，選出適宜的實驗組合，實驗重復3次。

1.2.3 測定、分析方法

可溶性固形物含量測定[10-11]：用手持糖度計進行測定，按SB/T 10203—1994中阿貝折光儀法；還原糖，斐林試劑法[12]；淀粉的測定，酸水解法；總糖的測定，直接滴定法。

2 結果與分析

圖1 液化溫度對DE值的影響

2.1 溫度對液化效果的影響（圖1）從圖1可以看出，隨著液化溫度的升高，DE值逐漸增大，在87℃時達到最大。在較高溫度下淀粉酶的催化位點顯現出來，使酶的活性增強，可以發揮較好效果。同時由于溫度的升高，酶和底物分子之間的作用機率大大增大，增快催化進程。溫度低于87℃未達到酶的最適作用溫度，溫度過高導致酶分子變性，100℃則會導致酶活性大大降低。

且溫度越高，還原糖與氨基酸易發生氨基糖反應，

同時還原糖之間發生焦糖化反應，使糖分損失[13]。

因此液化溫度控制在87℃左右為宜。

2.2 酶解時間對液化效果的影響（圖2）

圖2 液化時間對DE值的影響

由圖2可以看出，在20～30 min內，液化DE值一直上升，之后下降。向蓮藕漿中加入耐高溫α-淀粉酶進行液化時，蓮藕漿中淀粉的液化分兩個階段：第一階段，在酶解反應初期，淀粉濃度很大，直

鏈淀粉首先被耐高溫α-淀粉酶快速降解，且耐高溫α-淀粉酶主要是酶解α-1,4糖苷鍵；第二階段，需要越過α-1,6糖苷鍵的阻礙繼續酶解α-1,4糖苷鍵，產生葡萄糖、麥芽糖和一系列α-限制糊精，同時使寡糖緩慢水解成葡萄糖和麥芽糖，從而使淀粉液化。該階段的反應速率比第一階段慢很多。為了既達到淀粉液化的目的又使營養成分的損失降低，同時也考慮能源等成本因素，選擇適宜的液化時間為30 min。

2.3 耐高溫α-淀粉酶添加量對液化效果的影響（圖3）

圖3 耐高溫α-淀粉酶添加量對DE值的影響

從圖3可以看出，隨著α-淀粉酶添加量的增加，液化DE值呈現上升趨勢，在α-淀粉酶添加量為24 U/g時，DE值達到最大值。在前期，蓮藕漿中淀粉的濃度遠遠超過耐高溫α-淀粉酶的加入量，液化量隨著耐高溫α-淀粉酶添加量的增大而增大，淀粉液化的速度很快，還原糖含量隨著酶用量的增加而顯著增大；由此可見，酶分子增大會加快淀粉中糖的轉化，縮短液化時間，但當酶分子濃度達到過飽和時，過量酶分子難以與底物接觸，液化程度不再增大[14]，比以往報道的采用傳統真菌淀粉酶更高效、快速[15]。因此，實驗選擇α-淀粉酶添加量為24 U/g較為適宜。

2.4 正交實驗結果（表1、表2、表3）

由方差分析表3可以看出，液化溫度、液化時間以及耐高溫α-淀粉酶的添加量對液化具有顯著性影響（P＜0.05）。結合極差分析，可以得出適宜的液化條件：液化溫度90℃，液化時間30 min，耐高溫α-淀粉酶添加量24 U/g，此時的DE值達到20.21%，適宜的實驗組合為A3B3C2。由以上3個因素的方差分析和極差分析可以得出影響液化DE值的主次實驗因素是淀粉酶添加量＞溫度＞時間。

表1 正交實驗設計因素水平表

表2 正交實驗結果

表3 方差分析

2.5 溫度對糖化效果的影響（圖4）

圖4 糖化溫度對還原糖含量的影響

從圖4可以看出，還原糖含量在60℃時最高，溫度繼續升高還原糖的含量基本不變。隨著溫度升高，酶的活性增大，60℃時是酶的最適作用溫度，酶的活性最大，還原糖含量最高；超過60℃后，由于溫度較高糖化酶被鈍化，還原糖的含量幾乎不變。因此，糖化溫度選擇60℃為宜。

2.6 酶解時間對糖化效果的影響（圖5）

圖5 糖化時間對還原糖的影響

由圖5可知，在1～2 h時還原糖含量持續增加，在2 h時達到最大，延長作用時間，還原糖含量幾乎不變。在糖化反應中存在著水解產生葡萄糖以及葡萄糖合成其他副產物的兩個過程，還原糖的含量隨著時間的延長并沒有顯著增加，因此，控制糖化時間對蓮藕漿淀粉糖化有著較重要的意義。同時從生產效益的角度考慮，糖化時間2 h是適宜的糖化時間。

2.7 糖化酶添加量對還原糖含量的影響（圖6）

圖6 糖化酶添加量對還原糖含量的影響

從圖6可以看出，還原糖含量隨糖化酶添加量的增加逐漸上升，在150 U/g時，還原糖含量達到最大值，繼續添加糖化酶時還原糖含量基本無變化。糖化酶是一種外切酶，從淀粉分子的非還原性末端開始，逐個水解α-1,4糖苷鍵，以單個葡萄糖為單位分離，產生β-葡萄糖，且水解產物只有葡萄糖。糖化酶專一性較差，除了水解α-1,4糖苷鍵外，還能水解α-1,6糖苷鍵，但是其水解速度較慢[16]。當糖化酶的加入量為150 U/g時，淀粉的濃度已經使糖化酶達到飽和狀態，糖化發應的速度隨著糖化酶濃度的增加而變快，還原糖含量有顯著提高；但是當糖化酶加入量超過150 U/g時，底物已經大部分被水解掉，較低的底物濃度無法同過剩的高濃度糖化酶相結合，因而底物濃度起主導作用來控制反應的速度，還原糖含量的增長趨勢較緩慢。因此，選擇糖化酶添加量為150 U/g為宜。

2.8 正交實驗結果（表4、表5、表6）

表4 正交實驗因素水平表

表5 正交實驗結果

表6方差分析表

由方差分析表6可看出，糖化溫度、糖化時間、以及糖化酶添加量對糖化具有顯著性影響（P＜0.05）。結合極差分析，可以得出適宜的糖化條件：糖化溫度60℃，糖化時間80 min，糖化酶的添加量150 U/g，此時的發酵液中還原糖含量達到14.26%，適宜的實驗組合為A2B1C2。由以上3個因素的方差分析和極差分析可以得出影響糖化時還原糖含量的主次實驗因素是時間＞溫度＞加酶量。

3 總結

研究先采用單因素實驗方法，分別考察了液化時間、液化溫度、耐高溫α-淀粉酶添加量、糖化時間、糖化溫度、糖化酶添加量分別對液化、糖化過程中的DE值以及還原糖含量的影響，篩選了上述3個因素中對液化、糖化的影響較顯著的工藝條件，繼續用3因素3水平正交實驗設計進行工藝優化。

實驗結果表明，液化適宜加工工藝條件為：液化溫度90℃，液化時間30 min，耐高溫α-淀粉酶添加量24 U/g。在此工藝條件DE值達到20.21%；糖化適宜加工工藝條件為：糖化溫度60℃，糖化時間80 min，糖化酶添加量150 U/g，在此工藝條件下還原糖含量達到14.26%。

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洋河夢想家安徽上市發布會暨尊享品鑒會召開

本刊訊：據《糖酒快訊-白酒》報道，洋河夢想家安徽上市發布暨尊享品鑒會2017年7月21日在安徽省合肥市隆重召開，這是繼2016年“中國夢·夢之藍——約會夢想家”品牌文化推廣活動以來洋河夢想家省外市場首次重要活動，也開啟了2017年洋河夢想家安徽市場的新征程。本次發布會邀請來自安徽全省100余名團購經銷客戶參加，同時還邀請中國知名咨詢公司思卓咨詢公司董事長祝有華女士、中國食品酒類知名媒體《新食品》出版人李強先生；北京終端掌握科技有限公司總經理蘇建中先生等嘉賓出席。（江源薦，駱佳龍編輯）

來源：糖酒快訊-白酒 2017-07-21

Liquefaction and Saccharification of Lotus Root Vinegar

XU Zhili,SUN Jianfeng,DAI Xinpeng,SUN Zhaoping and YU Qiannan
(College of Food Science and Technology,Hebei Agricultural University,Baoding,Heibei 071000,China)

High quality lotus root was used as raw materials to produce vinegar.The corresponding liquefaction and saccharification techniques were studied and their optimum conditions were summed up by using single factor test and orthogonal test as follows:the best liquefaction conditions included temperature at 78℃,30 min liquefaction time,and 25 U/g enzyme adding level,and the liquefied value(DE)reached up to 20.21%under the above conditions;the best saccharifying conditions included temperature at 60℃,2 h saccharifying time,and 150 U/g enzyme adding level,and the content of reducing sugar reached up to 14.26%under the above conditions.

lotus root vinegar;liquefaction;saccharification;technology

TS264.2；TS261.4

：A

1001-9286（2017）08-0027-05

10.13746/j.njkj.2017097

河北省科技計劃項目（14273205D）；河北省高等學校科技技術研究項目（YQ2014037）；河北省青年拔尖人才支持計劃；河北省食品科學與工程學科“雙一流”建設資金項目（項目編號2016SPGCA18）。

2017-04-20

徐志利（1990-），回族，女，碩士研究生。

孫劍鋒（1979-），男，博士研究生，教授。

優先數字出版時間：2017-06-28；地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20170628.1357.001.html。