黨 婭，劉水英，張志健，衛(wèi)永華

（1.陜西理工學(xué)院生物科學(xué)與工程學(xué)院，陜西漢中723000；2.陜西理工學(xué)院秦巴藍(lán)莓研究所，陜西漢中723000；3.陜西省資源生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西漢中723000；4.陜西省黑色有機(jī)食品工程技術(shù)研究中心，陜西漢中723000）

魔芋低聚糖生產(chǎn)制備工藝優(yōu)化研究

黨 婭1，2，3，4，劉水英1，張志健1，衛(wèi)永華1

（1.陜西理工學(xué)院生物科學(xué)與工程學(xué)院，陜西漢中723000；2.陜西理工學(xué)院秦巴藍(lán)莓研究所，陜西漢中723000；3.陜西省資源生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西漢中723000；4.陜西省黑色有機(jī)食品工程技術(shù)研究中心，陜西漢中723000）

以魔芋精粉為原料，通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化超聲波法、檸檬酸法和纖維素酶解法降解魔芋葡甘聚糖的工藝參數(shù)，并比較這三種方法降解魔芋葡甘聚糖的效率。研究表明纖維素酶解法降解效果最好，纖維素酶法降解魔芋葡甘聚糖的最佳工藝參數(shù)為：料液比1.0g/L，酶用量0.25g/L，溫度50℃，降解時(shí)間100min。

魔芋精粉，魔芋葡甘聚糖，魔芋低聚糖，超聲波降解，酸降解，酶降解

魔芋是天南星科（Araceae）魔芋屬（AmorphophallusB1．ex Decne.）多年生單子葉宿莖草本植物［1-2］，我國(guó)的魔芋資源豐富［3-4］。魔芋具有減肥、抗糖尿病、抑制大腸癌變的藥用價(jià)值［5-6］和高的食用價(jià)值［7-8］，其主要活性成分是魔芋葡甘聚糖（Konjac glucomannan，KGM），含量高達(dá)70%～80%［9-11］。但由于葡甘聚糖相對(duì)分子量高（其分子量為2×105～2×106），粘度大，溶解度小，性質(zhì)不穩(wěn)定，其應(yīng)用范圍受到了很大限制。

魔芋低聚糖（mannoligosaccharides，MOS）是以魔芋膠，即魔芋葡甘聚糖為原料，在β-甘露聚糖酶的作用下水解得到的產(chǎn)物［12-13］。研究表明魔芋低聚糖除了具有魔芋葡甘聚糖的預(yù)防和治療高血壓、降血脂等生理功能外，還具有特殊的生理功能。如抗氧化、增強(qiáng)免疫力、促進(jìn)雙歧桿菌增殖、清理腸道等作用［14-16］，并且其分子量小，理化性質(zhì)較好，可更好地發(fā)揮其獨(dú)特的保健功能作用，能夠廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品工業(yè)、生物制品、農(nóng)藥等方面［17］。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，多糖的降解方法主要有化學(xué)法［18］、物理法［19-20］和酶法［21］。目前，國(guó)內(nèi)外制備魔芋葡甘低聚糖的方法主要有酶解法［22-24］、微波-氧化法、酸解法［25］、超聲波法［11，19-20，26，33］、輻射降解法［27］、膜分離法［28］等。酸解法可以有效地降低魔芋精粉的黏度，其副反應(yīng)少，成本較低。但水解后的低聚糖容易受到酸的影響而分解，操作難控制，得到的產(chǎn)品質(zhì)量差，副產(chǎn)物多［29］。酶法降解具有高效、專一、條件溫和、產(chǎn)物較純以及不造成環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，但酶易受酸度、溫度、重金屬等的影響而使其活性降低或失去［30］。超聲波作為一種新技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越大的作用，利用超聲波對(duì)葡甘聚糖進(jìn)行降解，是一種高效、環(huán)保的降解方法，但主要存在選擇性差、降解產(chǎn)物純度低等問題［31］。本研究以魔芋精粉為原料，分別在單因素的基礎(chǔ)上通過正交實(shí)驗(yàn)對(duì)超聲波法、檸檬酸法和纖維素酶法降解魔芋葡甘聚糖以制備相對(duì)分子量低的魔芋葡甘低聚糖的工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)比了優(yōu)化后三種方法降解魔芋葡甘聚糖制備魔芋低聚糖的效果。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

魔芋精粉 陜西勉縣錦泰實(shí)業(yè)有限公司提供；纖維素酶 西安化學(xué)試劑廠；檸檬酸、鹽酸、氫氧化鈉等 均為分析純。

烏氏粘度計(jì) 上海申誼玻璃制品有限公司；KQ-100DA型數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；HH-S4型電熱恒溫水浴鍋 北京科偉永興儀器有限公司；FA2004NDAI型電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；101-1型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 北京科偉永興儀器有限公司；SHB-3型循環(huán)水真空泵 鄭州杜甫儀器工廠；PHS-3C型精密酸度計(jì) 上海大普儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 魔芋精粉的純化 魔芋精粉中除含有40%～70%的葡甘聚糖外，還含有少量的蛋白質(zhì)、食物纖維、淀粉、游離還原糖、氨基酸及少量的無機(jī)鹽等，因此要得到較純的魔芋葡甘聚糖，就需除去其中的雜質(zhì)。根據(jù)葡甘聚糖不溶于乙醇，而其他雜質(zhì)能溶解于乙醇的性質(zhì)，采用乙醇脫洗的方法對(duì)魔芋葡甘聚糖進(jìn)行純化。

稱取一定量的魔芋精粉，平均分成四份，分別用20%、30%、40%、50%的乙醇溶液反復(fù)快速攪拌洗滌，直至魔芋精粉顏色變白，將樣品放在60℃恒溫干燥箱中烘干，即可得到純化后的魔芋精粉。以純化魔芋精粉中葡甘聚糖的純度及含量作為判斷純化效果的標(biāo)準(zhǔn)，選出最佳的乙醇濃度，并以該濃度的乙醇對(duì)余下的魔芋精粉進(jìn)行純化處理、備用。

1.2.2 魔芋葡甘聚糖降解的單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.2.1 超聲波法降解 以降解產(chǎn)物的特性粘度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別以超聲功率（40、60、80、90、100W）、時(shí)間（10、30、50、70、90、110min）、料液比（0.50、0.75、1.00、1.25、1.50g/L）、pH（0.5、1.0、2.0、3.0、5.0）為單因素變量，用烏氏粘度計(jì)測(cè)定超聲波法降解魔芋葡甘聚糖時(shí)降解產(chǎn)物的黏度，確定超聲波法降解魔芋葡甘聚糖的各單因素降解效果的影響及適用范圍［33］。

1.2.2.2 檸檬酸法降解 以降解產(chǎn)物的特性粘度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，用烏氏粘度計(jì)測(cè)定檸檬酸法降解時(shí)分別以酸解時(shí)間（20、40、60、80、100m in）、溫度（30、40、50、60、70℃）、底物質(zhì)量濃度（0.50、0.75、1.00、1.25、1.50g/L）、pH（1.0、2.0、3.0、4.0、5.0）為單因素變量，研究魔芋葡甘聚糖降解產(chǎn)物的黏度變化情況［34-36］。考察檸檬酸法降解魔芋葡甘聚糖的各單因素降解效果的影響及適用范圍。

1.2.2.3 纖維素酶法降解 目前用于生產(chǎn)中常用的酶主要有纖維素酶、β-甘露聚糖酶和β-葡聚糖酶［37］，本實(shí)驗(yàn)選擇最為常見易得的纖維素酶。以降解產(chǎn)物的特性粘度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，用烏氏粘度計(jì)分別測(cè)定纖維素酶法降解時(shí)以加酶量（0.05、0.15、0.25、0.35、0.50g）、酶解時(shí)間（20、40、60、80、100m in）、底物質(zhì)量濃度（0.50、0.75、1.00、1.25、1.5g/L）、酶解溫度（30、40、50、60℃）為單因素變量，研究魔芋葡甘聚糖降解產(chǎn)物的黏度變化情況。確定纖維素酶法降解魔芋葡甘聚糖的各單因素降解效果的影響及適用范圍。

1.2.3 降解魔芋葡甘聚糖的正交實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 超聲波降解的正交實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，分別以超聲功率、時(shí)間、料液比、pH四個(gè)因素為自變量，以降解產(chǎn)物的特性粘度為評(píng)價(jià)依據(jù)，設(shè)計(jì)四因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)，選出超聲波降解的最佳條件。因素水平見表1。

表1 超聲波因素水平表Table 1 Levels and factors table for ultrasonic experiment

1.2.3.2 檸檬酸法降解的正交實(shí)驗(yàn) 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分別以酸解時(shí)間、水浴溫度、pH、料液比四個(gè)因素為自變量，以降解產(chǎn)物的特性粘度為評(píng)價(jià)依據(jù)，設(shè)計(jì)四因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)，選出檸檬酸法降解的最佳條件。因素水平見表2。

表2 酸解因素水平表Table 2 Levels and factors for citric acid hydrolysis experiment

表3 酶解因素水平表Table 3 Levels and factors for cellulose enzymatic hydrolysis experiment

1.2.3.3 纖維素酶法降解的正交實(shí)驗(yàn) 以單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，分別以加酶量、水浴溫度、水浴時(shí)間、料液比四個(gè)因素為自變量，以降解產(chǎn)物的特性粘度為評(píng)價(jià)依據(jù)，設(shè)計(jì)四因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)，選出酶法降解的最佳條件。因素水平見表3。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 特性粘度的測(cè)定 魔芋精粉采用粘度法測(cè)定分子量，將用不同方法處理得到的降解產(chǎn)物用烏氏粘度計(jì)（直徑0.6～0.7mm）在25℃條件下以外推法測(cè)定特性粘度。李斌［32］根據(jù)光散射及粘度法測(cè)得KGM及不同相對(duì)分子質(zhì)量的Mw和特性粘度［η］，以log［η］對(duì)logMw作圖，依據(jù)直線的斜率和截距得到特性粘度與平均分子量之間存在如下關(guān)系：［η］=KMwα。式中：η：特性粘度；Mw：重均分子量；K=0.0596，α=0.73。其中α=0.73表明KGM分子在水溶液中的形態(tài)為半柔順性高分子鏈［38］。從而建立KGM的Mark-Hoodwink方程［11］為［η］=0.0596×Mw0.73。由Mark-Hoodwink方程可知，特性粘度［η］與重均分子量Mw的0.73次方成正比。測(cè)得降解產(chǎn)物的特性粘度［η］后代入上式，即得均重分子量Mw。由此可知降解產(chǎn)物的特性粘度越小，對(duì)應(yīng)的重均分子量也越小，降解效果越好。即可以用特性粘度間接反映降解效果。本實(shí)驗(yàn)采用烏氏粘度計(jì)測(cè)量其降解產(chǎn)物的特性粘度，進(jìn)而反映降解的效果好壞。

1.3.2 還原糖、總糖的測(cè)定 還原糖和總糖含量的測(cè)定參照GB/T 18104-2000《魔芋精粉》的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定［32］。

1.3.3 特性粘度降解效率的測(cè)定 降解效率（ω，%）=［（η0-η1）/η0］×100，其中，η0和η1分別為降解前、后的特性粘度，m L/g。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波法降解單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 超聲時(shí)間對(duì)降解的影響 由圖1可看到，降解開始階段，特性粘度隨降解時(shí)間的延長(zhǎng)而急劇減小，而當(dāng)達(dá)到90m in以后，特性粘度的變化趨于緩慢。這是因?yàn)榻到忾_始時(shí)，體系中魔芋葡甘聚糖平均分子量較大，可降解的糖苷鍵較多，即可降解的糖苷鍵“濃度”較大，因而降解作用較明顯，當(dāng)降解到一定程度后，魔芋葡甘聚糖分子鏈變短，體系中可降解的糖苷鍵“濃度”變小，因而降解效果趨于緩慢。另一方面，超聲作用對(duì)聚合物的降解過程存在“極限聚合度”，即高分子鏈降解到一定程度后就不再進(jìn)行降解了［34］。因而在降解的后階段，超聲降解的作用可能已經(jīng)很小，因而后期特性粘度曲線趨于平緩。從生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本考慮，最適的降解時(shí)間90m in。

圖1 超聲時(shí)間對(duì)特性粘度的影響Fig.1 Influence of ultrasonic time on intrinsic viscosity

2.1.2 超聲功率對(duì)降解的影響 由圖2可見，特性粘度隨超聲功率的變化總體呈階梯狀下降趨勢(shì)，但各階梯的斜率變化基本相同。隨著超聲功率的增大，特性粘度逐漸減小，魔芋葡甘聚糖的降解程度越來越充分，魔芋低聚糖的含量逐漸升高，表明增大超聲功率有利于魔芋葡甘聚糖的降解，但考慮實(shí)際生產(chǎn)和需要，選擇超聲降解的功率90W為最佳。

圖2 超聲功率對(duì)特性粘度的影響Fig.2 Influence of ultrasonic power on intrinsic viscosity

2.1.3 超聲的料液比對(duì)降解的影響 由圖3可見，濃度也是影響降解效果的一個(gè)重要因素?！翱昭ㄐ?yīng)”造成多糖分子之間的碰撞對(duì)降解有一定的貢獻(xiàn)［11］。溶液濃度過低，分子距離較遠(yuǎn)，產(chǎn)生碰撞少；溶液濃度過高，分子排列過于緊密，也使得剪切碰撞力度不夠，分子斷裂的機(jī)會(huì)小，使得降解效果不好。綜合考慮之后，超聲的料液比選擇1.00g/L為最適。

圖3 料液對(duì)特性粘度的影響Fig.3 Influence of solid-liquid ratio on intrinsic viscosity

2.1.4 pH對(duì)超聲降解的影響 由圖4可見，降解產(chǎn)物的特性粘度隨pH的增大呈上升的趨勢(shì)。當(dāng)pH小于1.0時(shí)，降解產(chǎn)物的特性粘度隨pH的變化不大。在pH 1.0～3.0之間，降解產(chǎn)物的特性粘度隨pH的增大而增大的趨勢(shì)明顯。說明pH在1.0～3.0之間時(shí)，酸性越強(qiáng)，降解效果越好。pH大于3.0以后，降解效果基本不明顯。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出最適pH應(yīng)為0.5，可能的原因是由于在較高的H+濃度下，魔芋葡甘聚糖中的糖苷鍵中的O與H+通過氫鍵形成分子偶極、誘導(dǎo)偶極和瞬間偶極而消弱了原來的糖苷鍵，使的降解更為容易［39-41］。但是這么高的pH對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的設(shè)備和安全生產(chǎn)要求太高，成本高可行性較低。

圖4 pH對(duì)特性粘度的影響Fig.4 Influence of pH on intrinsic viscosity

2.2 酸解單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 酸解時(shí)間對(duì)降解的影響 由圖5可知，降解開始階段，特性粘度隨酸解時(shí)間的延長(zhǎng)急劇減小，而當(dāng)達(dá)到80m in以后，特性粘度已基本上達(dá)到穩(wěn)定，魔芋葡甘聚糖的降解達(dá)到平衡，低聚糖的含量基本不再隨降解時(shí)間的增長(zhǎng)而變化。因而，酸解時(shí)間選擇80m in為最適。

圖5 酸解時(shí)間對(duì)特性粘度的影響Fig.5 Influence of acidolysis time on intrinsic viscosity

2.2.2 酸解溫度對(duì)降解效果的影響 由圖6可知，隨著酸解溫度的升高特性粘度開始減小，這可能是由于溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，體系中H+催化魔芋葡甘聚糖的糖苷鍵水解加快［42］。而當(dāng)達(dá)到70℃以后，特性粘度已基本上達(dá)到穩(wěn)定，這可能是由于酸解溫度過高，導(dǎo)致糖被破壞，使特性粘度增大或不變。

圖6 酸解溫度對(duì)特性粘度的影響Fig.6 Influence of acidolysis temperature on intrinsic viscosity

2.2.3 底物質(zhì)量濃度對(duì)降解效果的影響 由圖7可以看出，底物質(zhì)量濃度在小于1g/L時(shí)，特性黏度是隨質(zhì)量濃度的增大而減小，大于1g/L時(shí)隨底物質(zhì)量濃度增大而增大。魔芋精粉溶在水中呈膠體狀，稀酸溶液對(duì)其有一定的水解作用，可以使其分子量減小，降低其粘度。底物質(zhì)量濃度的增大會(huì)增大低聚糖的產(chǎn)量，但底物質(zhì)量濃度過大，會(huì)使膠體粘度過大，影響酸與底物的接觸，從而影響酸解效果。

圖7 酸解底物濃度對(duì)特性粘度的影響Fig.7 Influence of acidolysis substrate concentration on intrinsic viscosity

2.2.4 pH對(duì)降解效果的影響 由圖8可見，當(dāng)pH在1～3之間時(shí)，降解產(chǎn)物的特性粘度呈上升的趨勢(shì)，且特性粘度在pH為2～3之間的上升趨勢(shì)明顯大于pH為1～2之間特性粘度的上升趨勢(shì)。但是之后繼續(xù)隨著pH的增加，特性粘度幾乎維持在一個(gè)水平，不再變化。說明酸性越強(qiáng)，越有利于魔芋葡甘聚糖的降解?？赡艿脑蚴牵琾H越小，溶液中H+的含量越高，大量的H+可與形成的魔芋低聚糖基團(tuán)中糖苷鍵中的氧結(jié)合而使基團(tuán)帶正電荷，各帶同種電荷的低聚糖基團(tuán)間因同種電荷間相互排斥，而相互保持一定的距離穩(wěn)定存在于溶液中。

圖8 酸解pH對(duì)特性粘度的影響Fig.8 Influence of acidolysis pH on intrinsic viscosity

2.3 酶解單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.3.1 加酶量對(duì)降解效果的影響 結(jié)果如圖9，由圖9可知當(dāng)加酶量在0.05～0.25g之間時(shí)，特性粘度隨著加酶量的增加而降低，當(dāng)加酶量增加到0.25g以后，特性粘度幾乎不再減小，基本保持一個(gè)固定的水平。因此最佳加酶量為0.25g。

2.3.2 酶解時(shí)間對(duì)降解效果的影響 結(jié)果如圖10所示，由圖10可知隨著酶解時(shí)間的延長(zhǎng)特性粘度隨之降低，當(dāng)時(shí)間達(dá)到80m in時(shí)，特性粘度的變化趨于緩慢，表明時(shí)間太短或太長(zhǎng)都不利于酶的降解，時(shí)間太短酶解不完全，太長(zhǎng)則酶解達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡后魔芋低聚糖的含量不再隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加［43］，說明魔芋葡甘聚糖的降解得到動(dòng)態(tài)平衡，酶解產(chǎn)物的均重分子量區(qū)域穩(wěn)定。因此酶解最佳時(shí)間為80m in，同時(shí)可以通過控制酶解時(shí)間來控制魔芋葡甘聚糖的降解程度及降解產(chǎn)物的均重分子量范圍。

圖9 加酶量對(duì)特性粘度的影響Fig.9 Influence of enzyme amounton intrinsic viscosity

圖10 酶解時(shí)間對(duì)特性粘度的影響Fig.10 Influence of enzymatic hydrolysis time on intrinsic viscosity

2.3.3 底物質(zhì)量濃度對(duì)降解效果的影響 由圖11可知當(dāng)?shù)孜镔|(zhì)量濃度在0.5～1.0g/L之間時(shí)。特性粘度隨料液比的增加而降低，粘度在0.75～1.0g/L之間降低的趨勢(shì)較0.5～0.75g/L明顯，在1.0g/L時(shí)降為最低，此時(shí)的降解效果也最好。當(dāng)大于1.0g/L時(shí)，特性粘度開始增大，這可能是因?yàn)榈孜镔|(zhì)量濃度過大，會(huì)使膠體粘度過大，影響酶與底物的接觸，從而影響酶解效果。

圖11 酶解底物濃度對(duì)特性粘度的影響Fig.11 Influence of enzymatic hydrolysis substrate concentration on intrinsic viscosity

2.3.4 酶解溫度對(duì)降解效果的影響 由圖12可看出，溫度為50℃時(shí)降解效果最好，過高或過低都不利于酶解的進(jìn)行，溫度過低，酶的活性受到抑制。溫度過高酶的活性降低甚至可能失活，故選擇酶解最適溫度為50℃。

圖12 酶解溫度對(duì)特性粘度的影響Fig.12 Influence of enzymatic hydrolysis temperature on intrinsic viscosity

2.4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.4.1 超聲波正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 由表4可以看出，影響超聲波降解因素大小的順序是C＞D＞A＞B，其中因素C和因素D的影響較大，故在生產(chǎn)中應(yīng)特別控制好pH和料液比；而因素A和因素B的影響強(qiáng)度較小，因此，可從生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性角度考慮，盡可能縮短超聲時(shí)間和在較低的功率下降解浸提。因此，認(rèn)為最佳的因素水平搭配是A3B3C3D3。即超聲時(shí)間110m in，超聲功率100W，pH 0.5，料液比為1.0g/L。驗(yàn)證結(jié)果計(jì)算出特性粘度64.10m L/g。

表4 超聲波正交實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果Table 4 The scheme and result of L9（34）ultrasonic orthogonal experiment

2.4.2 酸解正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 由表5可以看出，影響檸檬酸降解因素大小的順序是A＞C＞D＞B，其中因素A、因素C和因素D的影響差別相近，故在生產(chǎn)中應(yīng)特別控制好酸解時(shí)間、pH和料液比；而因素B影響強(qiáng)度較小，因此，認(rèn)為最佳的因素水平搭配是A3B3C3D3。即酸解時(shí)間100m in，酸解溫度70℃，pH 1，底物質(zhì)量濃度為0.75g/L。驗(yàn)證結(jié)果計(jì)算出特性粘度為222m L/g。

表5 酸解正交實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果Table 5 The scheme and results of L9（34）acidolysis orthogonal experiment

2.4.3 纖維素酶解正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 由表6可以看出，影響纖維素酶降解因素大小的順序是D＞C＞B＞A，其中因素D較其他因素影響較大，故在酶解實(shí)驗(yàn)中應(yīng)控制好料液比；根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出最佳的因素水平搭配是A3B1C2D3。即酶解時(shí)間100m in，酶解溫度50℃，加酶量0.25g，底物質(zhì)量濃度1.0g/L，驗(yàn)證結(jié)果計(jì)算出特性粘度為12.50m L/g。

表6 酶解正交實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果Table 6 The scheme and results of L9（34）enzymatic hydrolysis orthogonal experiment

2.4 三種降解方法得到的還原糖及總糖含量

為了對(duì)比三種降解方法對(duì)降解產(chǎn)物中還原糖、總糖含量的影響，參照GB/T18104—2000《魔芋精粉》的標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)三種不同降解方法得到的魔芋低聚糖溶液所含還原糖和總糖的含量進(jìn)行測(cè)定，每種溶液平行做三組實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所得到的不同降解溶液中還原糖、總糖含量、水解率（水解率=還原糖含量/總糖含量）及特性粘度降解效率見表7。

表7 還原糖及總糖含量Table 7 Contentof reducing sugar and total sugar in degradation liquid

由表7可知，超聲波法、檸檬酸法、纖維素法在降解魔芋葡甘聚糖時(shí)呈現(xiàn)一定的變化趨勢(shì)。比較三種降解方法得到的還原糖、總糖含量、水解率、特性粘度降解效率和可以得出，纖維素酶法均高于其他兩種方法。檸檬酸法得到還原糖含量和水解率高于超聲波法，而其降解得到總糖含量和特性粘度降解效率低于超聲波法。說明，在三種方法中，纖維素酶法較其他兩種降解方法，降解效率更徹底，降解效果更好。

3 結(jié)論與討論

主要采取以上三種方法對(duì)魔芋葡苷聚糖進(jìn)行降解，通過正交實(shí)驗(yàn)對(duì)三種方法進(jìn)行了比較。降解前所得魔芋精粉的特性粘度為：1555.74m L/g，超聲波降解法最佳條件是超聲時(shí)間110m in，超聲功率100W，pH0.5，料液比為1.0g/L，特性粘度64.10m L/g，粘度降解效率為95.88%；酸解法最佳條件是酸解時(shí)間100min，酸解溫度70℃，pH1.0，底物質(zhì)量濃度為0.75g/L，特性粘度為222m L/g，粘度降解效率為85.73%；酶解法的最佳組合為酶解時(shí)間100m in，纖維素酶解溫度50℃，加酶量0.25g，底物質(zhì)量濃度1.0g/L，特性粘度為12.50m L/g，粘度降解效率為99.20%。根據(jù)特性粘度越小，降解程度越好將此三種方法進(jìn)行比較，可判斷纖維素酶降解所對(duì)應(yīng)的特性粘度最小，降解效果在三種方法中最佳。同時(shí)由三種降解方法得到的魔芋低聚糖溶液中還原糖、總糖含量、水解率及粘度降解效率得出，纖維素酶解法降解魔芋葡甘聚糖較超聲波法和檸檬酸法降解更為徹底。

由于超聲波法和酸解法在降解魔芋葡甘聚糖時(shí)用到的酸度過高，反應(yīng)條件劇烈對(duì)生產(chǎn)設(shè)備腐蝕極大，降解產(chǎn)物分子大小不易控制，還可能造成水解過度生成單糖或雙糖而降低或失去其特殊生理功能。此外酸解時(shí)產(chǎn)物的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性較低，并且存在嚴(yán)重的環(huán)境污染等問題。綜上所述，在三種方法中纖維素酶解法最適合魔芋葡甘聚糖的降解，不僅反應(yīng)條件相對(duì)溫和、對(duì)環(huán)境污染少而且降解效果好。對(duì)于魔芋葡甘聚糖降解產(chǎn)物的具體分子量測(cè)定及實(shí)現(xiàn)魔芋葡甘聚糖的分級(jí)降解仍需進(jìn)一步深入研究。

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Research of preparation and production optimization of mannoligosaccharides

DANG Ya1，2，3，4，LIU Shui-ying1，ZHANG Zhi-jian1，WEIYong-hua1
（1.College of Biological Science and Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，China；2.Qin Balan Blueberry Institute of Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，China；3.Shaanxi Key Laboratory of Bio-Resource，Hanzhong 723000，China；4.Black Organic Food Engineering Technology Research Center in Shaanxi Province，Hanzhong 723000，China）

With konjac purified powder as experimental material，using ultrasonic method，citric acid method andcellulose enzymatic hydrolysis method，the degradation process parameters of konjac glucomannan wereoptimized by the orthogonal test，and these three methods degradation efficiency of konjac glucomannan werecompared in this paper. The results showed that cellulose enzymatic hydrolysis degradation was the best，andthe optimum conditions were as follows:material-liquid ratio was 1.0g/L，dosage of enzyme was 0.25g/L，temperature was 50℃，and enzymatic hydrolysis time was 100min.

konjac purified powder；konjac glucomannan；mannoligosaccharides；ultrasonic degradation；acidic degradation；enzyme deg radation

TS201.2+5

B

1002-0306（2015）08-0250-07

10.13386/j.issn1002-0306.2015.08.044

2014－06－17

黨婭（1976-），女，碩士研究生，講師，研究方向：生物資源開發(fā)應(yīng)用。

陜西省教育廳項(xiàng)目（2013JC01）。