崔晉 馬艷弘 吳彩娥 黃贊 曹培杰 黃開紅

摘要：旨在研究紫山藥淀粉糖化工藝及在模擬體外消化過程中的消化特性。以還原糖含量為指標(biāo)，主要考察葡萄糖糖化酶添加量、溫度、pH值和時(shí)間對糖化效果的影響，并采用正交試驗(yàn)優(yōu)化糖化工藝。結(jié)果表明，最優(yōu)糖化工藝條件為糖化酶添加量180 U/g，糖化溫度65 ℃，糖化pH值4.5，糖化時(shí)間60 min。體外消化模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，紫山藥的可溶性糖、還原性糖釋放率較低，且遠(yuǎn)低于酶解過程，主要是因?yàn)槟M的腸液中只有胰淀粉酶可以水解紫山藥淀粉，產(chǎn)生糊精和糖，不能進(jìn)一步水解。

關(guān)鍵詞：紫山藥;糖化酶;糖化;體外消化

中圖分類號： TS231? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）10-0213-03

紫山藥，又名紫淮山、紫蒔藥、大薯、參薯、腳板薯、佛掌薯等，俗稱紫人參，是近年來發(fā)現(xiàn)的一種藥食同源的薯蕷科植物[1]，原產(chǎn)于亞洲熱帶地區(qū)，是一種草本蔓生性植物。紫山藥富含黏性多糖、花青素、膽堿、尿囊素和薯蕷皂苷等多種功能成分[2-4]。大量研究表明，這些功能成分使紫山藥具有營養(yǎng)、保健和醫(yī)藥價(jià)值，在抗氧化、抗腫瘤、降血糖、增強(qiáng)免疫力、調(diào)節(jié)血脂等方面具有良好的作用[5-6]。近年來，國內(nèi)外對山藥的研究性報(bào)道越來越多，加快了紫山藥的市場開發(fā)和應(yīng)用進(jìn)程。

目前有關(guān)紫山藥的研究主要集中在育種、栽培、營養(yǎng)以及生理活性等方面，有關(guān)紫山藥淀粉的相關(guān)研究較少。有研究認(rèn)為，淀粉酶解是開發(fā)研究含淀粉原料深加工產(chǎn)品的基礎(chǔ)[7-9]，其酶解特性與消化特性直接影響到產(chǎn)品的營養(yǎng)、功能及其市場銷售。因此，本研究以紫山藥為原料，初步研究糖化酶對紫山藥淀粉的酶解特性，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)對其酶解工藝進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)行體外模擬消化分析，為系統(tǒng)了解紫山藥淀粉在人體的消化過程及營養(yǎng)特性與制備紫山藥飲料、保健酒等產(chǎn)品提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫山藥品種為蘇蕷1號，由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院南京六合動(dòng)物科學(xué)基地提供。

α-淀粉酶（酶活性為4 000 U/g）、糖化酶（酶活性為10萬U/g），南京建安實(shí)業(yè)有限公司;氫氧化鈉（分析純），南京化學(xué)試劑股份有限公司;鹽酸（分析純），濟(jì)南英出化工科技有限公司;胰酶[8×USP（美國藥典）]，Sigma公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

MJ-BL15U11破壁攪拌機(jī)，廣東美的電器制造有限公司;DK-8D電子恒溫水浴槽，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;FE20 pH計(jì)，梅特勒-托利多（上海）儀器有限公司;ML204電子分析天平，梅特勒-托利多（上海）儀器有限公司;LXJ-IIB離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠;D-8紫外分光光度計(jì)，南京菲勒儀器有限公司;JJ500電子天平，常熟市雙杰測試儀器廠;RE-6000A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠。

1.3 紫山藥的糖化方法

將新鮮紫山藥清洗，切片，用水蒸30 min，按料液比 1 g ∶ 4 mL 8混合打漿，得到紫山藥漿液，通過響應(yīng)面法優(yōu)化得到最佳紫山藥淀粉酶解條件：調(diào)節(jié)pH值為5.5，加入 23 U/g α-淀粉酶混勻，于75 ℃酶解77 min后冷卻至室溫，再根據(jù)試驗(yàn)之前設(shè)計(jì)的加酶量、pH值、溫度、時(shí)間4個(gè)因素進(jìn)行試驗(yàn)，糖化結(jié)束后再升溫至100 ℃并保持5 min進(jìn)行滅酶。

1.3.1 糖化單因素試驗(yàn) 分別考察不同糖化酶添加量（60、120、180、240、300 U/g）、反應(yīng)體系的pH值（4.0、4.5、5.0、5.5、6.0）、反應(yīng)溫度（45、55、65、75、85 ℃）、酶解時(shí)間（30、60、90、120、150 min）對糖化的影響，結(jié)束后測定其還原糖含量[10]。

1.3.2 糖化正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)糖化單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取影響糖化活性的糖化pH值、糖化溫度、糖化酶添加量、糖化時(shí)間4個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，因素和水平見表1。

1.4 紫山藥淀粉體外消化模擬方法

體外模擬腸液的配制[11]：取5.4 g NaCl、0.65 g KCl、0.33 g CaCl2，分別用去離子水溶解后定容于1 L容量瓶中。稱取7 g胰酶溶于100 mL水中，4 800 r/min離心10 min，取上清液待用。體外模擬腸液的制備：取90 mL胰酶溶液，加入90 mL腸電解質(zhì)溶液，混合均勻，用1 mol/L NaHCO3調(diào)節(jié)pH值至7。

稱取一定量的紫山藥于用蒸餾水配制的10 g/100 mL懸浮液中，先在沸水中糊化0.5 h，靜置至室溫，再加入1/2體積的人工腸液，在38 ℃水浴鍋中水浴180 min，每20 min取 5 mL 消化液于離心管中，立刻加入1 mL 0.2 mol/L Na2CO3溶液以終止消化，于4 500 r/min離心15 min，取上清液定容。測定上清液中的還原糖和可溶性糖釋放率，計(jì)算方法分別參照式（1）、式（2）：

還原糖釋放率（以葡萄糖計(jì)）=m1/m×100%;（1）

可溶性糖釋放率（以蔗糖計(jì)）=m2/m×100%。（2）

式中：m1為水解液中的還原糖質(zhì)量，g;m2為水解液中的可溶性糖質(zhì)量，g;m為樣品中的淀粉質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同糖化酶添加量對還原糖含量的影響

由圖1可以看出，隨著糖化酶添加量的增加，還原糖含量先增加后降低。當(dāng)酶添加量達(dá)到180 U/g時(shí)，還原糖含量最高，繼續(xù)提高酶的添加量，還原糖含量有所下降。由此可見，加大酶的用量可以加快糖化速度，縮短糖化反應(yīng)時(shí)間，最終使糖度也會有所提高。但是，酶用量過高也會促進(jìn)復(fù)合反應(yīng)的發(fā)生，導(dǎo)致糖度降低[12]。

2.2 不同pH值對還原糖含量的影響

由圖2可以看出，還原糖含量隨著pH值的提高呈先升高后下降的趨勢，當(dāng)pH值為4.5時(shí)，達(dá)到最大值。pH值對糖化液的還原糖含量有較大影響，因?yàn)閜H值會影響酶的穩(wěn)定性，在最適pH范圍以外時(shí)，酶活性會受到影響，促使糖化液還原糖含量發(fā)生變化。因此，在工業(yè)生產(chǎn)時(shí)應(yīng)保持糖化液的pH值在最適范圍內(nèi)。

2.3 不同溫度對還原糖含量的影響

由圖3可以看出，當(dāng)溫度低于65 ℃時(shí)，還原糖含量隨溫度的升高而增大;當(dāng)溫度為65 ℃時(shí)，還原糖含量達(dá)到峰值;當(dāng)溫度超過65 ℃時(shí)，還原糖含量呈下降趨勢。這是因?yàn)楫?dāng)溫度在65 ℃以下時(shí)，酶的活性未被激發(fā)，而隨著溫度的升高，酶反應(yīng)加快，當(dāng)溫度過高時(shí)，酶開始變性失活，從而又抑制了糖化反應(yīng)的進(jìn)行。

2.4 不同糖化時(shí)間對還原糖含量的影響

由圖4可以看出，在糖化時(shí)間為90 min以內(nèi)時(shí)，還原糖含量都是隨糖化時(shí)間延長而增大的，但在90 min之后，還原糖含量下降并趨于平穩(wěn)。在糖化初期，糖化速度很快，還原糖含量不斷增加，達(dá)到最高值后，由于生成物的反饋抑制和酶的逐漸鈍化，糖化速度逐漸減慢。糖化90 min后，糖化作用達(dá)到最高峰，還原糖含量不再上升，高峰期過后，由于復(fù)合反應(yīng)的影響，還原糖含量反而下降。

2.5 正交試驗(yàn)的優(yōu)化工藝條件

由表2可以看出，各因素對紫山藥淀粉糖化工藝的影響程度依次為C>A>B>D，即pH值是影響工藝的主要因素，其次是酶添加量、溫度、時(shí)間，且糖化的最優(yōu)工藝條件為A2B2C2D1。對正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。在糖化過程中，pH值和加酶量對還原糖含量影響顯著，溫度和時(shí)間對還原糖含量影響不顯著，從時(shí)間周期方面綜合考慮，糖化時(shí)間選擇60 min。因此，確定糖化的最優(yōu)工藝為A2B2C2D1，即酶添加量為180 U/g，溫度為65 ℃，pH值為 4.5，時(shí)間為60 min。對此糖化工藝進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得到還原糖含量為14.25 mg/mL。

2.6 紫山藥體外模擬消化的結(jié)果與分析

由圖5可以看出，在0～60 min時(shí)，還原糖釋放率快速升高，60 min時(shí)還原糖釋放率最高，此后還原糖釋放率趨于平穩(wěn)[13]。這是因?yàn)樵谒獬跗?，淀粉是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的高分子化合物，很容易被胰淀粉酶水解其分子中的α-1，4葡萄糖苷鍵，所以水解速度較快[14]。但是隨著淀粉鏈變短，酶作用底物的結(jié)合點(diǎn)也相應(yīng)減少，且胰淀粉酶不能水解淀粉的α-1，6葡萄糖苷鍵，使水解速度迅速減慢。紫山藥淀粉在模擬腸液消化過程中的還原糖釋放率較低，主要原因在于模擬腸液中只有胰淀粉酶可以水解紫山藥淀粉，產(chǎn)生糊精和糖，不能進(jìn)一步水解，所以釋放出較低含量的還原糖。

由圖6可以看出，可溶性糖釋放率隨時(shí)間的變化與還原糖變化率基本一致，最高釋放率也在處理60 min時(shí)，但可溶性糖的釋放率稍高于還原糖的釋放率。造成紫山藥淀粉具有較低消化率的一個(gè)原因可能與紫山藥淀粉中殘余較多的植物多酚類物質(zhì)有關(guān)[15]，此類物質(zhì)可以與多糖、蛋白質(zhì)分子結(jié)合，從而影響其消化水解。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)主要研究了紫山藥的糖化工藝并進(jìn)行了體外消化模擬分析，結(jié)果顯示，pH值對紫山藥淀粉的糖化有顯著影響，各因素對紫山藥淀粉糖化工藝的影響程度大小依次為pH值、酶添加量、溫度、時(shí)間。最佳糖化工藝條件如下：糖化酶添加量為180 U/g，酶解溫度為65 ℃，pH值為4.5，酶解時(shí)間為 60 min。在此條件下，紫山藥淀粉的葡萄糖含量達(dá) 14.25 mg/mL。淀粉的體外消化模擬試驗(yàn)結(jié)果顯示，紫山藥淀粉在模擬腸液中的可溶性糖釋放率和還原糖釋放率較低，且遠(yuǎn)低于酶解過程，主要是因?yàn)槟M的腸液中只有胰淀粉酶可以水解紫山藥淀粉，產(chǎn)生糊精和糖，其產(chǎn)物不能進(jìn)一步水解。

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