提取果胶过程中双酶法去除马铃薯薯渣残余淀粉的研究

来源:网络(转载) 作者:高金波 崔媛 姜海花 发表于:2012-05-11 12:04  点击:
【关健词】马铃薯薯渣;双酶法;酶解;残余淀粉
马铃薯渣中含有大量的淀粉,探索双酶法逐步水解马铃薯薯渣中的残留淀粉的研究,目的是解决马铃薯薯渣提取果胶的中性糖残留问题提高果胶纯度。结果表明,耐高温a-淀粉酶和高转化率糖化酶组合使用可有效的水解马铃薯薯渣中的残留淀粉,其最优工艺条件为:液化时耐高温a-淀

马铃薯薯渣是在马铃薯淀粉生产过程中产生的一种副产物。鲜薯渣水分含量在90%以上,淀粉含量高达35-45%(干基),果胶含量为18-25%(干基),自带菌多,不易储存、运输,腐败变质后产生恶臭,造成环境污染;若烘干则成本过高,增加企业负担,通常当成废渣进行掩埋。鉴于薯渣中含有丰富的淀粉、粗纤维和果胶,突破其单一的用途,研究开发高附加值的薯渣产品,具有广阔的应用前景和研究价值。
  马铃薯渣经过处理后淀粉充分暴露,本研究主要目的是充分水解有效的去除淀粉。酶法水解马铃薯薯渣中的淀粉主要分2步,先液化后糖化。耐高温a-淀粉酶是一种内切酶,能随机水解淀粉中的a-1,4葡萄糖苷键。酶作用后可使糊化淀粉的粘度迅速下降,液化水解生成糊精及少量葡萄糖和麦芽糖。高转化率糖化酶又称葡萄糖淀粉酶,能从淀粉分子的非还原性末端开始,水解α -1,4糖苷键,a-1,6糖苷键,最终生成葡萄糖。在后续果胶沉淀过程中随着液体析出,从根本上解决了果胶中中性糖残留的问题,提高了产品的最终纯度。
  1材料与方法
  1.1材料和试剂
  马铃薯薯渣:北大荒集团克山淀粉厂鲜薯渣耐高温a-淀粉酶:酶活力2万u/mL 山东枣庄生物酶制剂有限公司。
  高转化率糖化酶:酶活力10万u/mL山东枣庄生物酶制剂有限公司。
  其他试剂均为分析纯
  1.2方法
  1.2.1马铃薯薯渣中淀粉的液化水解 准确称量鲜马铃薯薯渣,按照一定的料液比均质细化,加入1moL/L氢氧化钠调节pH,在沸水浴锅中充分糊化后,加入一定量耐高温a-淀粉酶,恒温水解一定时间后,通过碘显色判定液化是否反应结束(DE值达到35%以上),取样测定淀粉水解程度及淀粉残留含量。
  1.2.2马铃薯渣成分分析
  水分的测定:105℃恒重法(GB5009.385)
  灰分的测定:直接灰化法(GB5009.485)
  蛋白质的测定:凯氏定氮法(GB5009.585)
  果胶含量检测:咔唑比色法
  纤维素、半纤维素、木质素:洗涤剂法
  薯渣中淀粉含量的测定:GB/T 5514-2008
  薯渣淀粉液化前后的DE值测定:3、5-二硝基水杨酸比色法测定还原糖含量,求出DE值。
  1.2.3 糖化过程
  将液化后的反应料液,加入1moL/L的盐酸调节pH,在一定温度下,加入一定量的高转化率糖化酶,恒温水解一定时间后,取样测定淀粉的水解程度,达到90%以上,反应可终止。糖化前后DE值的测定反应淀粉的糖化程度,DE值越高淀粉残留越低。
  2结果与讨论
  1)、马铃薯薯渣成分分析结果如表1所示
  2)、显微镜观察马铃薯渣中淀粉状态
  马铃薯薯渣中含有二部分淀粉,即游离和结合的淀粉。马铃薯薯渣是物理吸水膨胀,纤维上分布大量的细胞空洞,马铃薯结构中包裹了小颗粒的马铃薯淀粉,这对提取提纯马铃薯果胶,去除其中的淀粉杂质造成了困难,因此在前期的基础上已经充分破坏马铃薯渣结构,释放淀粉颗粒。
  2.1耐高温a-淀粉酶液化过程中酶解条件
  根据耐高温a-淀粉酶的厂家使用说明书试验积累确定酶的最适反应pH为6.3,温度为95℃,因此只需确定加酶量、反应时间即可。
  2.1.1加酶量
  当酶解温度为95℃、反应体系pH为6.3、酶解时间为30min时,分别添加耐高温a-淀粉酶量为45u/g、90u/g、135u/g。根据加酶量与酶液化后E值的关系我们可以看出随着加酶量的增大,DE值逐渐升高,说明淀粉液化程度增大,当酶用量达到90u/g以上后DE值趋于平缓,因此确定加酶量为90u/g。
  2.1.2液化时间
  当酶解温度为95℃、反应体系pH为6.3、液化加酶量为90u/g,酶解时间分别为15min、30min、45min。根据液化时间与酶液化后DE值的关系可以看出随液化时间的增长DE值逐渐升高,30min的时候DE值达到40%左右,碘显示不变蓝,说明淀粉完全液化,显微镜下肉眼没有观察到染色的淀粉颗粒,说明液化的最佳时间为30min。
  2.2高转化率糖化酶酶解条件
  采用高转化率糖化酶进行糖化,对糖化酶的添加量、糖化时间分别进行单因素实验,其余的条件按照糖化酶的使用说明书操作。
  2.2.1加酶量
  取α-淀粉酶处理后的薯渣,调pH值4.3,温度60℃,作用8小时后,根据加酶量与DE值的关系可以看出,加酶量小于180u/g糖化速度较快,达到200u/g以上时,糖化速度趋于平缓,此时葡萄糖含量达到最大值,可视为淀粉水解后期糖化完成阶段,此时糖化反应速度下降。因此确定糖化酶的最适添加量为198u/g。
  2.2.2糖化时间
  取α-淀粉酶处理后的薯渣,调pH值4.3,温度60℃,加酶量为198u/g,糖化时间选取1h、2h、4h、6h、8h。根据糖化时间与DE值的关系我们分析出看出,糖化时间达到2h时,淀粉的残留量最低,2h以后反应速度平缓,说明淀粉基本完全液化为葡萄糖。因此确定最佳糖化时间为2h。
  结论
  本文以耐高温a-淀粉酶液化水解马铃薯薯渣中的淀粉,高转化率糖化酶糖化液化液,研究了各种单因素对淀粉水解过程中DE值的影响,实验确定了各种单因素的合适条件,耐高温a-淀粉酶的最适条件为pH为6.3,液化温度为95℃,加酶量为90u/g,液化时间为30min;高转化率糖化酶的最少条件为pH为4.3,液化温度为60℃,加酶量为198u/g,液化时间为2h。
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