唐晓东，孙莹莹，李 瑜，马 俊，高海娜，成 群

（安康市农业科学研究所，陕西安康 725000）

0 引言

魔芋主要活性成分是葡甘聚糖，占干质量的50%～60%，由葡萄糖和甘露糖结合构成，分子量达20 万～ 200 万，黏度达6 000～22 000 mPa·s。是优质膳食纤维，为人体第七大营养素。魔芋的黏结性使其被广泛应用于凝精粉食品当中[1]，而随着食品工业科技的发展，需要扩大在粮食加工品、方便食品、饮料、饼干等各类产品中的应用，然而魔芋的高黏度特性便成为影响产品生产和产品品质的一个不利因素。张迎庆等人[2]研究了纤维素酶对葡甘聚糖进行酶法降解形成魔芋葡甘低聚糖的工艺条件，发现纤维素酶能较好地对葡甘聚糖起到降解作用。陶兴无等人[3]采用β -葡聚糖酶魔芋葡甘聚糖进行降解，并通过控制水解时间和降解产物的分子量范围，得到了预期分子量范围的魔芋葡甘低聚糖[4-10]。研究旨在解决魔芋精粉在粮食加工品、方便食品、饮料、饼干等各类产品中的黏度高、口感差、不易加工等关键性技术难题，一方面扩大魔芋产品的类型，丰富魔芋食品的市场，提高魔芋的附加值；另一方面提高魔芋葡甘聚糖在食品中的含量，使其发挥更大的保健功效。

1 试验材料

1.1 原料与试剂

魔芋精粉，湖北美力集团提供；工业酒精，无水乙醇（分析纯），纤维素酶，β -葡聚糖酶、甘露糖酶（酶活大于15 000 U/g）。

1.2 设备仪器

J-20 型超级恒温水浴、JJ-1 型电动搅拌器、过滤器（100 目）、ZK-82A 型真空干燥箱、NDJ-1 型数字黏度计、离心机等。

2 试验方法

2.1 不同种类酶对魔芋葡甘聚糖降解的影响

准备8 个烧杯，分别量取500 mL 超纯水，置于磁力搅拌器上，称取5 g 魔芋精粉，倒入烧杯中，边加边搅拌，5 min 后取下，用数字黏度计测定其黏度值后，再按照0.2%（W/V）的量分别加入不同种类的酶，继续于磁力搅拌器上搅拌30 min 后取下，用数字黏度计分别测定黏度值，同时准备一组不加酶的作为空白对照。

2.2 单因素试验设计

2.2.1 不同魔芋精粉质量浓度对魔芋葡甘聚糖降解的影响

在魔芋精粉质量浓度为5，10，15，20，25 g/L，酶添加量为2%，搅拌时间30 min，反应温度为35 ℃，研究魔芋精粉质量浓度对魔芋葡甘聚糖黏度的影响。

2.2.2 不同酶添加量对魔芋葡甘聚糖黏度的影响

在魔芋精粉质量浓度为10 g/L，酶添加量为2%，4%，6%，8%，10%，搅拌时间30 min，反应温度为35 ℃，研究酶添加量对魔芋葡甘聚糖黏度的影响。

2.2.3 不同搅拌时间对魔芋葡甘聚糖黏度的影响

魔芋精粉质量浓度为10 g/L，酶添加量为2%，搅拌时间为20，30，40，50，60 min，反应温度为35 ℃，研究搅拌时间对魔芋葡甘聚糖黏度的影响。

2.2.4 不同反应温度对魔芋葡甘聚糖黏度的影响

魔芋精粉质量浓度为10 g/L，酶添加量为2%，反应温度为20，25，30，35，40 ℃，搅拌时间为30 min，研究反应温度对魔芋葡甘聚糖黏度的影响。

2.2.5 正交试验优化设计

通过对单因素试验结果的分析，综合考虑各因素对于试验结果的影响，选取其中对于试验结果影响较大的因素进行进一步的研究。选用三因素三水平的响应面分析的方法对魔芋葡甘低聚糖的制备工艺进行优化，使用软件进行数据的分析。

2.3 降解物的分离提纯

向酶解液中加入酶解液2 倍量的95%乙醇，开动电动搅拌器反复搅拌洗涤，有白色沉淀生成。以转速4 000 r/min 离心15 min，过滤去除杂质（蛋白质、脂类、寡糖等）并脱水干燥，取滤渣于80 ℃真空干燥，即得魔芋葡甘低聚糖。

3 结果与分析

3.1 不同种类酶对魔芋葡甘聚糖降解的影响

通过对同一质量浓度的魔芋精粉溶液添加纤维素酶、β -葡聚糖酶、甘露糖酶、纤维素酶+β -葡聚糖酶（1∶1）、纤维素酶+甘露糖酶（1∶1）、β -葡聚糖酶+甘露糖酶（1∶1）、纤维素酶+β -葡聚糖酶+甘露糖酶（1∶1∶1），考查不同的单一酶和复合酶对精粉黏度降解的影响。

不同种类酶作用下的酶解液黏度见图1。

图1 不同种类酶作用下的酶解液黏度

由图1 可知，质量浓度为10 g/L 的魔芋精粉的黏度可达7 000 mPa·s 以上，在不同酶的作用下水解0.5 h，黏度均会不同程度地降低，其中β -葡聚糖酶的作用效果最强，黏度可降至630 mPa·s，酶解液的黏度降低幅度达到90%以上，甘露糖酶的作用最弱，酶解液的黏度降低幅度达到60%左右。而对照（不加酶）组的溶液黏度基本不变，说明纯化后的魔芋精粉（纯化粉）原料中基本没有天然水解酶活性。

3.2 不同酶添加量对精粉黏度降解的影响

通过对同一质量浓度的魔芋精粉溶液添加不同酶添加量，考查酶添加量对精粉黏度降解的影响。

酶添加量对魔芋精粉黏度降解的影响见图2。

图2 酶添加量对魔芋精粉黏度降解的影响

由图2 可知，在相同条件下，同一底物质量浓度的魔芋精粉溶液，黏度相同；魔芋精粉的黏度随着酶添加量的增加而降低。

3.3 不同魔芋精粉质量浓度对精粉黏度降解的影响

通过对不同质量浓度的魔芋精粉溶液添加相同酶量，考查底物质量浓度对精粉黏度降解的影响。

魔芋精粉质量浓度对精粉黏度降解的影响见图3。

由图3 可知，魔芋精粉的黏度随着底物质量浓度的增大而升高，魔芋精粉黏度降低程度随着底物质量浓度增大而增强。

图3 魔芋精粉质量浓度对精粉黏度降解的影响

3.4 不同反应温度对精粉黏度降解的影响

通过在同一质量浓度的魔芋精粉溶液添加相同酶量，测定不同温度下酶解后魔芋胶的黏度，考查反应温度对精粉黏度降解的影响。

反应温度对魔芋精粉黏度降解的影响见图4。

图4 反应温度对魔芋精粉黏度降解的影响

魔芋精粉的黏度随着反应温度的升高而降低，且温度越高，黏度降低程度越大，在反应温度为35 ℃时为最佳。

3.5 不同搅拌时间对精粉黏度降解的影响

通过在同一质量浓度的魔芋精粉溶液添加相同酶量，测定不同搅拌时间下酶解后魔芋胶的黏度，考查搅拌时间对精粉黏度降解的影响。

搅拌时间对精粉黏度降解的影响见图5。

图5 搅拌时间对精粉黏度降解的影响

由图5 可知，魔芋精粉的黏度降解程度随着搅拌时间的延长而增大。

3.6 降解物的分离提纯

将酶解液经过提取、醇沉、干燥、粉粹等一系列的工艺技术，得到的魔芋葡甘低聚糖产物。

乙醇沉淀后的降解产物见图6。

图6 乙醇沉淀后的降解产物

由图6 可知，采用95%乙醇溶液对降解液进行沉淀的方法对降解产物具有一定的分离纯化作用。

4 结论

通过以上试验结果可以得出以下结论：①β -葡聚糖酶的作用最强，甘露糖酶的作用最弱；②当魔芋精粉黏度相同时，不同酶添加量进行降解后，酶添加量越高，黏度降解的越低；当魔芋精粉黏度不同而酶添加量相同时，黏度越高，降解程度越大；③魔芋精粉黏度降解过程中，底物质量浓度和添加酶量是影响魔芋精粉黏度降解程度的重要因素；④魔芋精粉中主要成分是葡甘聚糖，酶液中的葡甘聚糖酶对大分子的葡甘聚糖具有特异性的降解作用，可以将大分子的葡甘聚糖酶切成分子量较小的低聚葡甘聚糖。⑤葡甘聚糖质量浓度和酶添加量越高，酶切程度越剧烈，酶解效果越好。

目前，我国魔芋食品加工主要采用魔芋粉或精粉作为原材料，在加工过程中存在的最大问题是精粉黏度过高，一方面影响魔芋的添加量，从而导致魔芋膳食纤维的功能价值发挥不足；另一方面高黏度的魔芋精粉不仅增加了产品加工工艺的难度，还局限了魔芋精粉的适用范围。所以，低聚葡甘聚糖的开发有望为魔芋食品工业带来新的原料与产品类型。研究表明小分子、低黏度的葡甘聚糖能够促进双歧杆菌增殖，具有降血压、降血脂、不升高血糖等生理功效，是一种重要的功能性食品的原料。因此，开发功能性葡甘聚糖不仅具有广阔的应用价值和巨大的市场需求，而且功能性食品的大力研究和开发可以解决和改善目前我国居民的营养现状及存在问题，提高广大居民的健康素质。同时以小分子葡甘聚糖为原材料进行产品开发与应用，为魔芋的深加工产品开发及我国魔芋产业的发展奠定更坚实的基础。