双酶法提取芋头淀粉的工艺及性质研究
２０１４年１月
第２９卷第１期
Ｊｏ唧ａｌ
中国粮油学报
ｏｆｔ｝ｌｅＣｈｉｎｅｓｅＣｅｒｅａｌｓａｎｄＯｉｌｓＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ
Ｖ０１．２９．Ｎｏ．１
Ｊａｎ．２０１４
双酶法提取芋头淀粉的工艺及性质研究
张
晶１
张滢滢１
陈海华１王雨生１’２
（青岛农业大学食品科学与工程学院１，青岛２６６１０９）
（青岛农业大学学报编辑部２，青岛２６６１０９）
摘要以芋头为原料，研究了木聚糖酶和中性蛋白酶的处理条件对淀粉回收率的影响，并通过正交优
化确定了木聚糖酶的酶处理时间２ｈ，酶处理温度５０℃，酶处理ｐＨ值５．０，酶添加量７５０ｕ・ｇ‘。；中性蛋白酶的酶处理时间３ｈ，酶处理温度５０℃，酶处理ｐＨ值７．ｏ，酶添加量５００ｕ・ｇ。１的工艺参数。比较不同加酶方
式，表明先添加木聚糖酶后添加中性蛋白酶的二次加酶法所得淀粉回收率最高，可达７８．７７％。通过与马铃薯淀粉、木薯淀粉、红薯淀粉黏度特性的比较发现，芋头淀粉糊化温度高，热稳定性好，抗老化性强，但是凝胶性
质较弱。
关键词
芋头淀粉木聚糖酶中性蛋白酶糊化性质
文章编号：１００３—０１７４（２０１４）０１—００８７—０５
中图分类号：’艘３１
文献标识码：Ａ
芋头俗称芋艿，是天南星科重要的可食品种，淀粉质量占干质量的５３．７１％一８３．３５％。淀粉作为人类食物来源和重要的化工产品原料，市场需求较广。芋头淀粉具有特殊的营养特性和物化特性，且全世界芋头的年产量约为５３０—５８０万ｔ，故芋头淀粉提取
及深加工市场前景较为广阔…。目前针对芋头淀粉
本试验以新鲜的芋头为原料，采用双酶分步法提取芋头淀粉，分别研究了木聚糖酶、中性蛋白酶提取芋头淀粉的单因素试验及正交试验得出了最佳工艺；在此基础上，比较了双酶法与单酶法对淀粉回收率的影响。最后测定了芋头淀粉的黏度性质，并与马铃薯淀粉、木薯淀粉、红薯淀粉的黏度性质进行了比较。以期为芋头资源的进一步开发利用提供理论依据和支持，促进我国芋头深加工业的发展。
ｌ
的提取、性质、产品开发利用的报道并不多见。主要因为芋头淀粉颗粒细小，被包裹在蛋白质网状结构及黏多糖内，造成破壁提取淀粉颗粒的困难，影响了其性能应用的研究。淀粉提取方法主要有水提取法、碱提取法、酶辅助提取法。Ｍｏｏｎｌｌｙ心。利用０．０３ｍｏＬ／Ｌ氨水溶液浸泡芋头浆液提取芋头淀粉，提取率相比于水提法可增加１６％。孙忠伟旧１优化了稀氨水提取芋头淀粉工艺，提取率达８０．２％。陈龙［４１使用ｐＨ值为１０的氢氧化钠溶液作为浸泡液，提取芋头粗淀粉，得８４．８２％的提取率。
与传统的水提取法、碱提取法相比，酶法提取淀粉工艺具有条件温和、沉降时间缩短、淀粉质量提高等优点，且木聚糖酶及蛋白酶理论上可以分解破坏芋头淀粉颗粒周围的黏多糖及蛋白质网络，故具有提高淀粉得率的潜在可能性。目前已有关于玉米淀粉、大米淀粉、小米淀粉等的酶法提取的研究¨一７１，但目前鲜见采用双酶法提取芋头淀粉的报道。
基金项目：山东省高等学校优秀中青年骨干教师国际合作培养
（ＳＤⅣ一２０１３０８７５）
材料与方法
１．１材料与仪器
新鲜芋头，市售；木聚糖酶（１×１０５ｕ／ｇ，适宜ｐＨ值３．０～７．０）、中性蛋白酶（５×１０４ｕ／ｇ，适宜ｐＨ值６．０—７．５），康地恩生物科技有限公司；其余试剂均
为分析纯。
Ｂｓ２２４ｓ电子天平：北京赛多利斯仪器系统有限公司；ＤＥＬＴＡ３２０ＰＨ计：梅特勒一托利多仪器（上海）有限公司；８５—２恒温磁力搅拌器：北京华人新创科技有限公司；ＪＪ一２组织捣碎均浆机：常州国华电器有限公司；ＨＨ一２数显恒温水浴锅：上海双捷实验设备有限公司；ＬⅪ一ＩＩＢ低速离心机：上海安亭科学仪
器厂；ＤＨＧ一９０７０Ａ型电热鼓风干燥箱：上海精宏实
验设备有限公司；快速黏度分析仪（ＲＶＡ）：澳大利亚ＮｅｗｐｏｒｔＳｃｉｅｎ证ｃＩｎｓｔｎｌｍｅｎｔｓ公司。
１．２试验方法
收稿日期：２０１３—０３—１９
作者简介：张晶，女，１９８０年出生，工程师，食品工程通讯作者：陈海华，女，１９７３年出生，教授，食品化学
１．２．１芋头淀粉提取工艺
芋头薄片与磷酸盐缓冲液以５：３的比例，用植
万方数据
８８
中国粮油学报
２０１４年第１期
物组织捣碎机匀浆，加入酶液浸提后分别用６０目和
１８０目筛子过滤；３
０００
ｒ／ｍｉｎ离心２０ｍｉｎ，弃去上清
液，水洗沉淀数次，于４０℃干燥４８ｈ。
１．２．２单因素试验
以芋头淀粉回收率为指标分别考察酶处理时
间、酶处理温度、酶处理ｐＨ值、酶添加量４个因素对
芋头淀粉回收率的影响，每个因素设定５个梯度，进行单因素试验。
１．２．３正交试验
参照单因素试验的结果，进行ｋ（３４）设计方案的正交试验，以确定芋头淀粉提取的最佳工艺条件，各因素水平的设定分别见表ｌ和表２。
壅！查墨堕墼至銮彗墼旦王垄兰奏
Ａ
Ｂ
Ｃ
Ｄ
水平酶处理酶处理酶处理酶添加量
时间／ｈ
温度／℃
ｐＨ值
／ｕ・ｇ’１
１ｌ５０４．５５００２２５５５．Ｏ７５０３
３
６０
５．５
１Ｏｏｏ
壅兰史丝重自醒至銮鋈墼垦王查垩奏
Ａ
Ｂ
Ｃ
Ｄ
水平
酶处理酶处理酶处理酶添加量
时间／ｈ
温度／℃
ＰＨ值
／ｕ・ｇ。１
１２４５６．５２５０２３５０７．Ｏ３７５３
４
５５
７．５
５００
１．２．４复配试验
在正交试验所得最佳提取条件的基础上，采用分步加酶法（先加木聚糖酶后加中性蛋白酶，先加中
性蛋白酶后加木聚糖酶）、同步加酶法（木聚糖酶和
中性蛋白酶同时添加，ｐＨ值调整到６．０）提取芋头淀粉，并与单一酶的提取效果进行比较。
１．３
芋头淀粉回收率及淀粉质量分数的测定芋头淀粉回收率的测定参照参考文献［８］。
淀粉回收率＝』－鲁×１００％
ｍ
ｍｌｘ．，ｌ
式中：ｍ。为芋头的质量／ｇ；ｍ：为粗芋头淀粉质量／ｇ；＾为芋头中淀粉质量分数／％。
淀粉质量分数的测定参照ＧＢ／Ｔ５００９．９—２００８。１．４芋头淀粉黏度性质的测定
参照参考文献［９］，依次配制质量分数为７％的马铃薯淀粉、木薯淀粉、红薯淀粉、芋头淀粉的淀粉乳，用快速黏度分析仪分别测定其黏度曲线，并进行比较。
１．５数据处理
试验数据采用ＥＸＣＥＬ２００３和ＳＰＳＳｌ７．０软件进行处理和分析。万方数据
２
结果与分析
２．１
酶法提取芋头淀粉工艺影响因素的研究
２．１．１酶处理时间的影响
由图１可以看出，随木聚糖酶处理时间的增加，
淀粉回收率呈现先增加后降低的趋势，酶处理２ｈ时淀粉的回收率最大。随中性蛋白酶处理时间的增加，淀粉回收率呈现增加的趋势，酶处理３ｈ后趋于稳定。产生这种变化的原因主要是随着木聚糖酶处理时间的延长，芋头组织中细胞壁纤维素被降解，因而淀粉的回收率增加，作用时间超过２ｈ后，由于木聚糖酶中的杂酶可能分解淀粉，从而影响了淀粉的回收率。随蛋白酶处理时间的延长，与淀粉结合的蛋白质被破坏，淀粉释放出来，因而淀粉的回收率增
加。
７８
零７４
辟娶７０鑫裂６６
６２
Ｕ
ｌ
２
ｊ
４
ｆ，ｈ
图１
酶处理时间对芋头淀粉回收率的影响
２．１．２酶处理温度的影响
由图２可以看出，随着酶处理温度的升高，淀粉回收率呈现先上升后降低的趋势。当木聚糖酶和蛋白酶的处理解温度分别为５５℃和５０℃时，淀粉回收率最高。这是由于酶的活性受温度的影响，在适宜的温度范围内，酶的催化效率强，而过低温度使酶活受到抑制，过高的温度使酶变性失活，导致淀粉回收率较低。
图２酶处理温度对芋头淀粉回收率的影响
第２９卷第ｌ期
张晶等双酶法提取芋头淀粉的工艺及性质研究
８９
２．１．３酶处理ｐＨ值的影响
由图３可以看出，随ｐＨ的升高，淀粉回收率先升高后降低，木聚糖酶和蛋白酶分别在ｐＨ值为５．ｏ和７．Ｏ时，淀粉回收率最高。这可能是因为ｐＨ值为５．Ｏ时，木聚糖酶的催化活性最佳，当ｐＨ大于５．０时木聚糖酶的活力下降，故淀粉回收率相应降低；同理，蛋白酶的催化活性可能在ｐＨ值７．０时达到最佳，故在此时得到的淀粉回收率最高－．０｜。
錾一
４
４．）
）
）．）
Ｏ
ｂ．）
，
，．）
ｐＨ值
图３酶处理ｐＨ值对芋头淀粉回收率的影响
２．１．４酶添加量的影响
由图４可以看出，随着酶添加量的增加，淀粉的
回收率逐渐增加。当木聚糖酶和蛋白酶的添加量分别增加至７５０ｕ・ｇ’１时和３７５ｕ・ｇ。１时，淀粉回收率
趋于稳定。这是因为当酶添加量达到一定程度后，底物被酶作用的位点接近饱和，因而淀粉回收率几
乎不再变化。
≤◆
Ｏ
１２５２５Ｕ３７５
５ＵｌＪ
６２５，５Ｕ
８，，Ｉ
ＵｕＵ
酶添加量，ｕ．ｇ。‘
圈４酶添加量对芋头淀粉回收率的影响
２．２酶法提取芋头淀粉工艺条件的优化
２．２．１木聚糖酶正交试验
从表３可以看出，影响木聚糖酶处理对淀粉回收率影响的４个因素的主次排序为Ａ＞Ｄ＞Ｂ＞Ｃ，即酶处理时间对淀粉回收率的影响最大，其次为酶添加量、酶处理温度、酶处理ｐＨ值。最优组合为Ａ：Ｄ：Ｂ，Ｃ：，即酶处理时间２ｈ，加酶量７５０ｕ・ｇ～，温度５０℃，ｐＨ值５．０，在该条件下淀粉回收率为７６．００％。万方数据
表３木聚糖酶正交试验结果表
从表４可以看出，影响蛋白酶处理对淀粉回收率影响的４个因素主次排序为Ｄ＞Ｂ＞Ａ＞Ｃ，即酶添加量对淀粉回收率的影响最大，其次为酶处理温度、时间、ｐＨ值，最佳组合为Ｄ３Ｂ：Ａ：ｃ：，即酶添加量５００ｕ・ｇ～，酶处理温度５０℃，酶处理时间３ｈ，酶处理ｐＨ值７．０，在该条件下淀粉回收率为７７．０４％。
壅兰主丝量自醒至銮蔓墅笪墨耋
跆号—了——ｒ—１■—ｉ一谳
。。。。
因素
淀粉回
ＡＢＣＤ畎掣ｗ
１ｌ１１１７０．２８２ｌ２２２７４．６９３１３３３７３．０２４２１
２３７６．３２５２２３１７２．０２６２３１２７４．２０７３ｌ３２７５．１３８３２ｌ３７６．６０９３
３２
１
７０．４２
Ｋ１７２．６６３７３．９ｌＯ７３．６９３７０．９０ｒ７Ｋ２
７４．１８０７４．４３７７３．８１０７４．６７３Ｋ３
７４．０５０７２．５４７７３．３９０７５．３１３Ｒ
１．５２１．８９０．４２４．４０最优方案
Ａ２
Ｂｌ
Ｃ２
Ｄ３
２．３
加酶方式对淀粉回收率的影响
由图５可以看出，与空白相比，酶处理后，淀粉
２．２．２蛋白酶正交试验
中国粮油学报２０１４年第１期
回收率增加９．５７％；与单酶法相比，同步加酶法对淀粉回收率影响不显著；先添加木聚糖酶后添加中性
蛋白酶的分步双酶法处理的效果最好，与空白相比，
淀粉回收率增加１１．８２％，比单酶法增加了２．２５％。原因可能是酶的分步加入使得酶在各自最适条件下进行反应，有利于酶发挥最大作用；木聚糖酶的加入
可以通过降解木聚糖破坏芋头组织的细胞壁，还可
以使木聚糖分子降解，降低反应体系的黏度，从而提高淀粉的提取效果¨１｜，而蛋白酶则进一步使淀粉颗粒与蛋白质分离开来，故酶的先后加入顺序对淀粉的释放产生了影响。
跎镌弭加零＼瓣娶国杂媸
酌酡
注：不同小写字母表示显著性差异，Ｐ＜０．０５。
图５加酶方式对淀粉回收率的影响
２．４淀粉含量
芋头原料与粗提淀粉的淀粉质量分数见表５。
表５芋头原料与粗提淀粉的淀粉质量分数名称淀粉质量分数／％
原料芋头１１．６７芋头粗淀粉
８６．３７
２．５
芋头淀粉与其他薯芋类淀粉黏度性质的比较
由表６可以看出，相同浓度的淀粉乳，芋头淀粉乳糊化温度明显高于马铃薯淀粉、木薯淀粉、红薯淀
表６不同薯芋类淀粉黏度特性的比较
黏度特性
泞豁
荏篆末值衰减回生。一
黏度
值
值
马铃薯淀粉７１．５±０．１。５４４±６。２１４±１１２５９±４。３３０±７。４５±６Ｉｂ木薯淀粉７０．２±０．５０
一
糊化
峰值谷值温度
黏度
黏度
１７７±５６
８ｌ±Ｏ．１ｋ
１３７±１“９４±２６
５６±ｌ
８
红薯淀粉７３．Ｏ±Ｏ．３“１３１±８ｃ９４±ｌＯ。１３ｌ±５“３８±４。３７±８“
芋头淀粉嘶．Ｏ±０．１
４
７８±２０醴±１。８７±１。ｌＯ±１０１９±１。
注：不同的小写字母表示同一列之间显著性差异，Ｐ＜Ｏ．０５。
万方数据
粉，但是黏度明显低于其他３种淀粉。芋头淀粉的衰减值明显低于其他３种淀粉，因而芋头淀粉的热稳定性最优，适合于需热加工处理的食品。芋头淀粉回生值最小，说明芋头淀粉抗老化能力最强。
３
结论
分别采用木聚糖酶和中性蛋白酶提取芋头淀
粉，２种酶的最佳提取条件分别为：木聚糖酶的酶处
理时间２ｈ，酶处理温度５０℃，酶处理ｐＨ值５．０，酶添加量７５０ｕ・ｇ一；中性蛋白酶的酶处理时间３ｈ，酶
处理温度５０℃，酶处理ｐＨ值７．０，酶添加量５００ｕ・ｇ～。与单一酶比较，先添加木聚糖酶后添加中性蛋白酶的二次分步加酶法所得淀粉回收率最高，
可达７８．７７％。通过与马铃薯淀粉、木薯淀粉、红薯
淀粉糊化特性的比较得出，芋头淀粉糊化温度高，热稳定性好，抗老化性强。
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Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅｌ，Ｂｅｉｊｉｎｇ
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１０００８８）
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（上接第９０页）
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２６６１０９）
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ｐｒｏｔｅａｓｅ，ｐ鹊ｔｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
万方数据
双酶法提取芋头淀粉的工艺及性质研究
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张晶， 张滢滢， 陈海华， 王雨生， Zhang Jing， Zhang Yingying， Chen Haihua， Wang Yusheng张晶,张滢滢,陈海华,Zhang Jing,Zhang Yingying,Chen Haihua(青岛农业大学食品科学与工程学院,青岛,266109)， 王雨生,Wang Yusheng(青岛农业大学食品科学与工程学院,青岛 266109;青岛农业大学学报编辑部,青岛 266109)
中国粮油学报
Journal of the Chinese Cereals and Oils Association2014,29(1)
刊名：英文刊名：年，卷(期)：
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