山药糖化工艺的研究

总第192期
2021年第2期山西化工
SHANXI CHEMICAL INDUSTRY
Total 192No. 2, 2021
科研有羿发/
DOI ： 10. 16525/j. cnki. cnl4-1109/tq. 2021. 02. 05
山药糖化工艺的研究
张天爽，赵华*
*收稿日期：2021-01-08
作者简介：张天爽，女，1996年出生，在读硕士研究生，研究方向为生 物工程。

*通讯作者：赵华，男, 1963年出生，博士学位，教授，研究方向为
发酵工程。

（天津科技大学生物工程学院，天津 300457）
摘要：为提高山药酒的发酵效率，以淀粉的水解程度为主要指标，利用单因素实验和正交实验对山药的
糖化工艺进行优化，最终确定山药最佳预处理条件为糖化酶的添加量为200 U/g,糖化温度为60 °C,糖
化时间为3 h 。

在此实验条件下进行3次验证实验，其水解程度可达到96. 26（士2. 89）%。

本研究为山 药酒添加到复合饮料的开发与研究提供参考与理论依据。

关键词：山药；单因素实验；正交实验；糖化中图分类号.TQ92
文献标识码:A 文章编号:1004-7050（2021）01-0016-03
山药是一种药食同源的多年生草本植物：1］o 《神农本草经》云：“薯殒味甘温，主伤中、补虚羸，除
寒热邪气，补中益气,长肌肉，久服耳目聪明，轻身不
饥，延年。

”《本草纲目》认为山药能“益肾气、健脾 胃、止泻痢、化瘫涎、润毛皮”⑵。

山药具有补脾养 胃、生津益肺的功效［网；临床研究显示，山药还具有
促进细胞增殖，抑制微生物活性，降低血糖，预防心 肌梗塞等多种重要药理作用g ］。

铁棍山药的主要
组成成分为水分、淀粉、蛋白质和脂肪等，淀粉含量 丰富,易糊化，有利于进行微生物发酵。

本文利用单因素实验和正交实验对山药糖化条 件进行优化,确定最佳预处理条件，为山药发酵酒的
研究和发展奠定基础。

1材料与方法
1.1材料与仪器
铁棍山药:河南焦作；高效液化酶,诺维信公司； 高效糖化酶,诺维信公司。

EX125DZH 电子天平，奥豪斯仪器（常州）有限
公司。

1.2实验方法
1.2.1工艺流程
铁棍山药f 去皮、清洗f 蒸煮f 按1 ： 1・5料液
比打浆—酶解液化—糖化—发酵—离心—山药汁
1. 2. 2淀粉水解程度测定
称取15 g 捣碎的山药样品于250 niL 容量瓶
中，采用直接滴定法检测山药样品中还原糖的含
量［如，计算公式见式（1）。

水解程度（％）=G/ Co/xloo （1）
式中：G 为糖化后待测样品中还原糖质量浓度，g/
L ；C 0为酸水解后样品中还原糖质量浓度,g/L 。

1.2.3山药液化单因素实验
将新鲜的山药清洗干净后，去除山药皮，在
105 °C 的高压锅内蒸煮15 min,按照料液比为1 ： 1. 5
进行打浆,制备山药浆。

以淀粉水解程度为主要参 考标准，分别以液化酶的添加量（1、2、3、4、5 U/g ）,
液化温度（80、85、90、95、100 °C ）和液化时间（15、
30、45、60、75 min ）,再加入150 U/g 的糖化酶，在
60 °C 下糖化2 h 后进行单因素实验,确定最佳的液
化条件。

1.2.4山药糖化单因素实验
将新鲜的山药清洗干净后，去皮，使用高压锅在
105°C 下蒸煮15 min,再按照1：1. 5的料液比进行打
浆,制备山药浆。

在山药浆中加入2 U/g 的液化酶, 在95 °C 下液化60 min,分别以糖化酶的添加量
（100、150、200、250、300 U/g ）,糖化温度（50、55、60、 65.70 °C ）和糖化时间（1、1. 5、2、2・5.3 h ）进行单因
素实验，以淀粉水解程度为主要指标,确定最佳的糖 化条件。

1.2.5正交实验
以单因素实验的结果为基础，以糖化后的淀粉
水解程度为主要标准，利用正交实验对山药浆的最
佳液化与糖化条件进行优化，液化和糖化条件的正 交实验设计表见第17页表1和表2,以确定最佳的 山药预处理条件。

2021年第2期张天爽，等：山药糖化工艺的研究・17・表1液化条件正交实验水平表
水平
因素
液化酶用量（A）/液化温度（B）/液化时间（C）/
min U・g T°C
118530 229045 339560
表2糖化条件正交实验水平表
因素
水平糖化酶用量（A）/糖化温度（B）/糖化时间（C）/
u・g-1°C h 1150552
220060 2.5
3250653
2结果及讨论
2.1糖化实验条件的确定
2.1.1糖化酶添加量对淀粉水解程度的影响
将处理过的山药浆，按照2U/g的液化酶添加量加入山药浆中，在95°C下分别保温60min,待温度降低到60°C左右，加入100、150、200、250、300U/g的糖化酶,60°C保温2h,检测样品中的还原糖含量，确定最佳液化时间。

结果如图1所示。

96r
炭88-卜
系/
84-/
F
80--------------------------------------
50100150200250300350
糖化酶添加量/U•g_1
图1糖化酶添加量对水解程度的影响
由图1可知，糖化酶的添加量明显提高了山药淀粉的水解效率，随着糖化酶添加量的增加，淀粉水
解程度也在逐渐提高，当糖化酶添加量达到200U/g 时,再继续增加糖化酶的添加量，水解程度几乎没有变化。

可推断，当糖化酶的量达到200U/g时，糖化酶已和多糖、糊精等充分反应,糖化的效率已接近最大值。

因此，选择最佳糖化酶添加量为200U/g o 2.1.2糖化温度对淀粉水解程度的影响
将处理过后的山药浆，按照2U/g的液化酶添加量加入山药浆中，在95°C下分别保温60min,待 温度降低到50°C左右，加入200U/g的糖化酶，分别在50、55、60、65、70°C下保温2h,检测样品中的还原糖含量，确定最佳液化时间。

结果如图2所加。

怖
45505560657075
糖化温度/兀
图2糖化温度对水解程度的影响
由图2可知，随着糖化温度的升高，淀粉水解程度也在不断提高。

当糖化温度达到60C时，淀粉的水解程度达到最大值，再提高温度，淀粉的水解程度降低。

可能原因在于，温度过高，糖化酶的活性降低，使酶部分失活。

因此，选择最佳糖化温度为60°C O
2.1.3糖化时间对淀粉水解程度的影响
将处理后的山药浆，按照2U/g的液化酶添加量加入山药浆中，在95°C下分别保温60min,待温度降低到50°C左右，加入200U/g的糖化酶，在60°C 下保温糖化1、1・5、2、2・5.3h,检测样品中的还原糖含量,确定最佳液化时间。

结果如图3所示。

6
4
2
8
6
4
2
9
9
9
9
8
8
8
8
8
78
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
糖化时间/h
图3糖化时间对水解程度的影响
由图3可知，在一定糖化时间范围内，糖化时间与淀粉的水解程度几乎可成正相关关系，随着糖化时间的延长，水解程度在不断提高。

当糖化时间为2h时,水解程度达到91.25（+0.89）%O随着时间的延长，当糖化时间为3h时，淀粉水解程度达到92.31（+1.35）%,增长了1.16%,增幅较小。

在实际生产中，可能存在糖化与发酵同时的情况，再考虑生产周期等因素。

因此,选择最佳糖化时间为2h。

2.2山药糖化条件正交实验
以淀粉的水解程度为主要考察指标，以单因素实验结果为基础，设计L9（34）正交实验对山药的糖化工艺进行优化，确定最佳的糖化条件。

正交实验分析结果如第18页表3所示。

由表3和表4可知，以淀粉的水解程度作为主要考察指标，在这3个影响因素中，对淀粉糖化的影响主次糖化时间〉糖化温度〉糖化酶的添加量，即糖化时间对淀粉糖化的影响程度最大。

且通过方差分析，糖化时间对淀粉水解程度具有显著影响(0・01< F<0.05),糖化酶的添加量和糖化温度对淀粉水解程度未达到显著水平(F>0.05),通过分析比较，最佳糖化条件组合为A2B2C3,即，糖化酶的添加量为200U/g,糖化温度为60°C，糖化时间为3h,此时山药中淀粉的水解程度达到最大,糖化效果最好，并在此实验条件下进行3次验证实验，淀粉水解程度为96.26(士2.89)%。

表3正交实验结果分析
序号A B C 淀粉水解程度/
%
111190.43士1.68 212293.81+2.36 313394.76士2.59 421292.87+2.64 522396.26士1.23 623191.25士0.96 731394.87士0.88 832191.58+1.68 933290.72士1.87 K]279.0027&17273.26
k2280.38281.65277.40
k3277.17276.73285.89
ki93.0092.7291.09
k293.4693.8892.47
爲92.3992.2495.30
R 1.07 1.64 4.21
最佳实验水平A2b2c3
表4方差分析结果
变异来源平方和自由度均方F值P值
A 1.72920.864 1.540.394
B 4.2662 2.133 3.800.208
C27.637213.81924.610.039误差 1.12320.562
总计34.7558
R2=0.968RAdj=0.8713结论
本实验通过单因素实验和正交实验对山药中淀粉的糖化工艺进行优化，最终确定最佳预处理条件为糖化酶的添加量为200U/g,糖化温度为60°C,糖化时间为3h。

再进行验证实验，在此最佳预处理条件下,山药的淀粉水解程度可达到96.26(+2.89)%,为进一步利用山药酒调配复合饮料的开发与研究提供参考与理论依据。

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(英文摘要下转第20页)
20g(0.098mol),升温回流反应5h。

负压蒸懈，回收过量的二氯亚矶，得黄色液体21.5g,收率为98.6%,即为化合物U。

1.3.31-[2-(2,4-二氯苯基)乙酰氧基]环己烷基甲酸甲酯(化合物川)的合成
向250mL反应瓶中，搅拌下依次投入二氯甲烷20g、化合物H21.5g(0.096mol)、三乙胺10.2g (0.101mol),控温25°C,用时1h,滴加化合物I 18.2g(0.115mol)和二氯甲烷20g的混合液。

滴毕，25°C保温反应12h o加入水100g,用30%盐酸调节P H=3O分层，水相用二氯甲烷20g萃取一次。

合并二氯甲烷相,依次用5%碳酸钠30g、水30 g洗涤，浓缩，回收二氯甲烷,得棕色稠状物32g,收 率为96.5%,即为化合物川。

1.3.43-(2,4-二氯苯基)-2-氧代氧杂螺[4.5]-癸-烯-4-醇(化合物W)的合成
控温10°C,向250mL反应瓶中，搅拌下依次投入甲醇150g、固体甲醇钠2.4g(0.044mol).化合物032g(0.093mol)o在10°C保温搅拌反应10h。

反应结束，负压浓缩至干。

加入水100g,快速搅拌使其分散，然后滴加30%盐酸，调节pH=3o 过滤，得黄色粗品固体28g。

用50%甲醇水重结晶后,得类白色结晶性粉末27g,收率为92.7%。

1.3.5螺蟻酯的合成
向250mL反应瓶中，依次投入二氯甲烷150g、化合物1V27g(0.086mol)、三乙胺9g(0.089mol)o 开搅拌，控温30°C,滴加2,2-二甲基丁酰氯13.9g (0.103mol)o滴毕，在30°C保温搅拌反应3h。

反应结束，依次用水50g、5%碳酸钠50g、水50g洗涤。

浓缩，回收二氯甲烷后，得到粗品。

使用甲醇重结晶，得白色结晶性粉末34g,纯度99.2%。

收率为96.1%,即为目标产物。

2结语
利用此法合成的螺蟻酯收率和纯度均较高，应用于杀蟻剂中有优异效果。

此法工艺简单，反应条件温和，生产成本较低，利润空间较大，适合工业化生产。

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Study on the preparation of high efficiency spirite
ZHOU Qiang,REN Jiangsheng,MA Yong
(Yingkou Derui Chemical Co.,Ltd.,Yingkou Liaoning115002,China)
Abstract:Cyclohexanone cyanol and2,4-dichlorophenoxyacetic acid were used as starting materials to prepare compound IV after chlorination,esterification and cyclization.Through the optimization of each step reaction,the total yield reaches84%(in 2,4-dichlorophenacetic acid),which greatly reduces the production cost and simplifies the process operation and makes it more favorable to industrial production.In addition,the reaction state and transformation under different conditions were compared. Key words:spironolactone；cyclohexanone cyanol；2,4-dichlorobenacetic acid
(上接第18页)
Optimization of yam liquefaction process
ZHANG Tianshuang,ZHAO Hua
*
(College of Bioengineering,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin300457,China)
Abstract:In order to improve the fermentation efficiency of yam liquor,the saccharification processes of yam were optimized by single factor experiment and orthogonal experiment with hydrolysis degree of starch as the main index.The optimum pretreatment conditions were determined as follows:the amount of saccharifying enzyme was200U/g,the saccharification temperature was 60°C and the saccharification time was3hours.Three validation experiments were carried out under this experimental condition, and the hydrolysis degreecould reach96.26%±2.89%which laid a foundation for the research of adding yam liquorinto compound beverage.
Key words:yam；single factor experiment；orthogonal experiment；saccharification。