酶法液化玉米淀粉技術的研究

韓冬梅 李桐徽

【摘 要】 本試驗是利用中溫α-淀粉酶液化玉米淀粉，以期得到較高DE值的產品，系統的研究了液化過程中的主要影響因素及其相互作用。通過實驗確定優化的最佳液化條件為：液化溫度為75℃，α-淀粉酶的用量為25mg酶/g淀粉，底物濃度為35%，液化時間為26min。此條件下水解液的DE值為56.55%

【關鍵詞】 玉米淀粉；中溫α-淀粉酶；液化

[Abstract] This study was conducted to liquefy corn starch with medium temperature and high-q amylase in order to obtain high DE value products. The main influencing factors and their interactions in the liquefaction process were systematically studied. Optimized through experiments the optimum liquefaction conditions as follows： the liquefaction temperature of 75 ℃， the amount of alpha amylase is 25 mg/g starch enzyme， substrate concentration was 35%， the liquefaction time of 26 min. Under this condition， the DE value of hydrolytic solution is 56.55%.

[Key words] maize starch； Q - q - amylase at medium temperature； liquefied

1 前言

淀粉是一種普遍存在于植物中的天然高分子化合物，它構成了谷物最主要的部分，一直是人類食品的最主要成分，為人們的生命活動提供著能量。

本文將通過對玉米淀粉液化過程中的各個因素的研究，可以確定制備玉米淀粉水解糖的操作要點及工藝參數，從而可以作為實驗室的其他研究工作的前期準備工作，把玉米淀粉水解糖應用到微生物發酵培養基的碳源，從而降低發酵的成本。

2 材料與方法

2.1 原料與試劑

玉米淀粉、α-淀粉酶、氫氧化鈉、葡萄糖、丙三醇、3，5-二硝基水楊酸、可溶性淀粉、碘化鉀、碘、磷酸氫二鈉，檸檬酸。

2.2 儀器與設備

電熱恒溫水浴鍋（江蘇常熟科學儀器廠）；YHW遠紅外干燥箱（廈門醫療電子儀器廠）；電磁爐（廣州愛達電子電器有限公司）；722可見分光光度計（上海光譜儀器有限公司）；PHS-3C型精密pH計（上海精密科學儀器有限公司）；電子分析天平（嘉興市中心醫療器械有限公司）；LD4-2A型低速離心機（北京醫用離心機廠）；手持式折光儀（成都太華光學公司）。

2.3 實驗方案

液化的工藝流程如下：

恒溫蒸餾水—→加入玉米淀粉—→糊化5分鐘—→加α-淀粉酶—→恒溫反應—→pH3.0以下滅酶—→4000r/min離心20min―→測定分析結果

2.4 測定方法

2.4.1液化單因素實驗 液化階段首先采用單因素試驗，分別研究了液化溫度、酶用量、底物濃度以及液化時間對液化的影響，以液化液的DE值為測定指標。確定液化階段各因素的取值范圍。

2.4.2液化實驗旋轉正交設計 采用4因素旋轉正交設計，優化液化條件。因素水平表見表1。

3 結果與分析

3.1 液化單因素條件的確定

3.1.1液化時間對DE值的影響 固定酶用量（10mg酶/g淀粉），溫度70℃，淀粉：水=30g：200ml。分別取不同的液化時間（每間隔兩分鐘，總計60min），測定DE值。由實驗結果可知，隨著液化時間的延長，液化液的DE值增大，在水解的前10min，水解的速度很快，DE值迅速增加，當液化時間達到10min以后，DE值增加量趨于平緩，水解速度變慢。所以試驗擬采用的液化時間范圍為8-32min。

3.1.2酶用量對DE值的影響 固定底物濃度為淀粉：水=30g：200ml，溫度70℃，作用時間為20min。測定計算出DE值。α-淀粉酶的用量對水解度有很大的影響，隨著淀粉酶用量的增大，DE值開始增大，但是當酶用量達到一定程度時，容易發生一些復合反應，導致DE下降。本試驗確定的酶用量范圍為10～30mg酶/g淀粉。

3.1.3底物濃度對DE值的影響 以上述試驗結果酶用量10mg酶/g淀粉，時間為20min，溫度70℃，分別取不同的底物濃度：10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%，測定DE值。底物濃度是影響液化效果的關鍵因素之一，由上面的圖及表可以看出，DE值隨著底物濃度的增大而增大，當底物濃度達到20%時，液化液的DE值最大，而繼續加大底物濃度，會使淀粉漿過于稠密導致酶作用不完全。因此，本實驗選定的底物濃度范圍為15～35%。

3.1.4液化溫度對DE值的影響 取底物濃度為淀粉：水=30g：200ml、酶用量10mg酶/g淀粉、液化時間20min為基本。分別取不同的液化溫度，測定DE值。液化的溫度直接影響酶作用的效果，隨著液化溫度的升高，液化液DE值先升高，然后降低，本試驗選定的液化溫度范圍為70～90℃。

3.2 最佳液化條件的確定

在確定了影響液化的各單因素范圍下，設計旋轉設計，從而優化液化條件，達到所需要的DE值。由SAS分析可以得出DE值與反應的各因素的關系方程為Y=36.67-3.28X1+3.46X2+1.68X3+1.10X4-0.998X1*X4+0.397X2*X3-1.20X1* X1+0.41 X2* X2+1.98 X3* X3+1.75X4*X4。由SAS分析方程可以看出，在各因素的交互作用中，因素X1與X4（即液化溫度與液化時間）、X2與X3（即酶用量與底物濃度）之間的相互作用較其它因素間的交互作用明顯，因此用SAS繪圖軟件分析因素X1與X4對DE值的綜合影響，以及因素X2與X3對DE值的影響，分析結果如下：

由液化溫度與液化時間對DE值的影響圖5及圖6上，我們可以知道，因素x1與x4（即液化溫度與液化時間）是實驗中較為重要的影響因素。要想獲得較高的DE值的液化液，由上圖我們可以這樣選擇他們的取值范圍：液化溫度的取值范圍為71.5～78.5℃，液化時間的取值范圍為23～32min。在此條件下進行液化實驗，得到的DE值較高，理論上可以達到48以上。

綜上，在液化的影響因素中，液化的酶用量與底物濃度對液化效果的影響較其它兩個因素（液化溫度及時間）更大。所以根據SAS分析圖，要想得到需要的DE值，優化的四個因素的取值范圍分別為：液化溫度（x1）為71.5～78.5℃，α-淀粉酶（x2）的用量25～30mg酶/g淀粉，底物濃度（x3）為30.5-35%，液化時間（x4）的取值范圍為23～32min。

4 結論

本實驗采用的中溫α-淀粉酶是一種高效的液化酶，所得產品可以達到很高的DE值。

試驗確定了獲得高DE值產品的玉米淀粉液化的主要參數：液化溫度為75℃，α-淀粉酶的用量為25mg酶/g淀粉，底物濃度為35%，液化時間為25min 。此條件下水解玉米淀粉，得到產品的DE值可以達到56.55%。

參考文獻：

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