一种紫薯酵素的制备方法与流程

本发明属于食品加工技术领域，具体涉及一种紫薯酵素的制备方法。

背景技术：

紫薯生命力较强，容易栽培，在我国种植区域广泛，且年产量高、不受季节影响，价格低廉；《名医别录》、《滇南本草》、《本草纲目》、《陆川本草》、《本草纲目拾遗》及《金薯传习录》等医学典籍均对紫薯的食用功效有所记载。花青素是紫薯中最具特色的活性成分，具有抗癌、抗衰老、明目、提高记忆力及保护内脏等功能。花青素易氧化，高温条件下不稳定，且分子结构易受ph影响。虽然，市场上已研制推出了种类丰富的紫薯食品，包括面制品及发酵食品，如紫薯面条、紫薯馒头、紫薯发糕、紫薯面包，以及紫薯酒和紫薯酸奶等。但是，现有食品加工工艺对紫薯产品中的功能成分，特别是稳定性较弱的花青素破坏较严重，降低了其食用营养性。

本发明以紫薯、低聚半乳糖和活性干酵母为主要原料，利用紫薯富含花青素和淀粉的成分特点，通过高温α-淀粉酶酶解，再以活性干酵母发酵酶解液，继而以不易被酵母发酵降解的低聚半乳糖作为营养强化剂，得到富含花青素、蛋白酶、超氧化物歧化酶(sod)等功能成分，并兼具润肠通便功效的紫薯酵素。与常规酵素工艺相比，本发明紫薯酵素制备工艺，采用淀粉酶水解、糖化反应，对原料进行预消化，提高了酵母发酵效率及代谢产物合成量，进而提高了产品中功能成分含量。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种紫薯酵素的制备方法，该方法解决了酵母发酵效率及代谢产物合成量低的问题，本发明制得紫薯酵素功能性成分含量较高，其中蛋白酶活力不低于375u/g、超氧化物歧化酶(sod)不低于313u/g、花青素含量不低于19.86μg/ml，分别为市售酵素产品中相应成分含量的3倍，25倍和4倍；本发明产品添加低聚半乳糖作为营养强化剂，不仅优化了饮用口感，同时增强了润肠通便的食用功效。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种紫薯酵素的制备方法，其具体方法步骤如下：

步骤1：紫薯预处理

挑选优质新鲜紫薯，洗净、置于蒸锅中在100℃条件下蒸熟，然后去皮，切成小块；

步骤2：酶解

取预处理过的紫薯，加水打浆，紫薯与水的质量比为1:4.5-5.5；之后在85-95℃，ph6.0条件下，按紫薯质量的1-2％加入高温α-淀粉酶，充分搅拌，酶解75-105min；酶解反应结束测定紫薯浆酶解液的可溶性固形物含量和酶解率；

步骤3：接种和发酵

按原料紫薯质量的0.1-0.2％接种酵母至紫薯浆酶解液中，并按原料紫薯质量的10-15％添加低聚半乳糖，之后置于29-31℃、ph3.5-4.5条件下发酵72-120h；发酵结束后测定蛋白酶活性、sod活性和花青素含量；

步骤4：过滤和离心

将发酵所得紫薯酵素原液，取上清液用纱布进行过滤；将滤液在4000rpm条件下离心30-40min，得到不含沉淀、紫色半透明状的紫薯酵素液。

优选的，所述步骤4中得到的紫薯酵素液中的蛋白酶、超氧化物歧化酶、花青素等物质的含量有显著的提高，其中sod活力不低于313u/g，蛋白酶活力不低于375u/g，花青素含量不低于19.86μg/ml，分别为市售酵素产品中同类成分含量的3倍，25倍和4倍。

有益效果:本发明制得紫薯酵素功能性成分含量较高，其中蛋白酶活力不低于375u/g、超氧化物歧化酶(sod)不低于313u/g、花青素含量不低于19.86μg/ml，分别为市售酵素产品中相应成分含量的3倍，25倍和4倍；另外，本发明添加低聚半乳糖作为营养强化剂，不仅优化了饮用口感，同时增强了润肠通便的食用功效。

附图说明

图1是酶解温度对紫薯浆酶解率和可溶性固形物含量的影响图；

图2是料液比对紫薯浆酶解率和可溶性固形物含量的影响图；

图3是加酶量对紫薯浆酶解率和可溶性固形物含量的影响图；

图4是酶解时间对紫薯浆酶解率和可溶性固形物含量的影响图；

图5是发酵温度对产品功能成分的影响图；

图6是初始ph对产品功能成分的影响图；

图7是酵母接种量对产品功能成分的影响图；

图8是发酵时间对产品功能成分的影响图；

图9为本发明工艺流程示意图。

具体实施方式

通过下述实施例将能够更好地理解本发明；一种紫薯酵素的制备方法，其具体方法步骤如下：

步骤1：紫薯预处理

挑选优质新鲜紫薯，洗净、置于蒸锅中在100℃条件下蒸熟，然后去皮，切成小块；

步骤2：酶解

取预处理过的紫薯，加水打浆，紫薯与水的质量比为1:4.5-5.5；之后在85-95℃，ph6.0条件下，按紫薯质量的1-2％加入高温α-淀粉酶，充分搅拌，酶解75-105min；酶解反应结束测定紫薯浆酶解液的可溶性固形物含量和酶解率；

酶解温度对紫薯浆酶解率和可溶性固形物含量影响的试验结果列于图1中。本发明工艺采用的α-淀粉酶为高温酶，随着酶解温度的升高，酶的催化活性提高，酶解率和可溶性固形物含量均随之升高，并在酶解温度提高到90℃时达到最大值，即酶解率为27％，可溶性固形物含量为2.7％；90℃也是高温α-淀粉酶的最适作用温度。当酶解温度继续升高，超过90℃时，酶解率和可溶性固形物含量明显下降。故最优酶解温度为90℃。

料液比对紫薯浆酶解率和可溶性固形物含量影响的试验结果列于图2中。随着料液比增加，酶解率和可溶性固形物均随之增加。但是，当料液比超过1:5时，二者开始降低。这可能是因为，料液比值较低时，底物浓度超过所需酶用量，酶解反应效率低。因而，适当增大料液比值，即减少底物浓度时，可以提高酶解率和可溶性固形物含量。但是料液比过高时，酶用量超过底物浓度，即底物不足，不仅催化效率降低，同时浪费酶制剂。在本组实验所设计的用酶条件下，料液比达到1:5时，酶解率为25％，可溶性固形物含量为3.5％，均达到最高值。故料液比1:5为最优。

加酶量对紫薯浆酶解率和可溶性固形物含量影响的试验结果列于图3中。随着加酶量的增大，酶解率和可溶性固形物含量变化出现先增大，后趋于平缓并略有下降的趋势。这可能是因为，在一定范围内，酶的用量增大可以提高酶解效率，但是当底物浓度饱和后，继续增大酶的用量，不能改变酶解效率。正如，用酶量增大到1.5％时，酶解率达到最高为36％，固形物含量也达到最大值为3.2％。继续增大用酶量，酶解率维持不变；而可溶性固形物含量略有下降，其中原理尚不清楚，可能与酶解液的液化程度有关。由此可知，最适加酶量为1.5％。

酶解时间对紫薯浆酶解率和可溶性固形物含量影响的试验结果列于图4中。随着酶解时间延长，酶解率和可溶性固形物含量均随之增大，并在90min时，达到最大值。酶解时间超过90min后，可溶性固形物含量增幅缓慢，且酶解率略有下降，故最优酶解时间为90min。

根据杨培青等人在“蓝莓果渣酵素制备工艺的研究”，沈阳农业大学,2016,06:16中描述的方法测定酶解率和可溶性固形物含量：

酶解率的计算

将酶解后的产物离心，除去上清液，测其离心后沉淀质量，按照以下式计算酶解率。

其中，m1为初始反应物质量，m2为离心后沉淀质量，ω1为反应物初始含水量，ω2为离心后沉淀含水量。

可溶性固形物含量的测定

将经酶解后的产物，经离心操作所得的上清液，使用阿贝折射仪进行测量。

步骤3：接种和发酵

按原料紫薯质量的0.1-0.2％接种酵母至紫薯浆酶解液中，并按原料紫薯质量10-15％添加低聚半乳糖，置29-31℃、ph3.5-4.5条件下发酵72-120h。发酵结束后测定蛋白酶活性、sod活性和花青素含量；

发酵温度对产品功能成分的影响试验结果列于图5中。随着发酵温度升高，发酵液中的蛋白酶活性、sod活性和花青素含量均呈现先升高再降低的变化趋势。当温度达到30℃时，三者分别为450.54u/g、350.07u/g和50.67mg/l。这可能是由于随着发酵温度提高并逐渐接近酵母的最适生长温度，酵母的代谢增强，代谢产物合成量增大。同时花青素虽然不是酵母的代谢物，但随着酵母对紫薯原料的代谢分解，花青素释放量增大。但是，发酵温度超过30℃后，产品中各项检测指标均有所下降。这可能是因为，这些功效成分热不稳定性所致；同时，随着发酵温度偏离酵母的最适生长温度，其代谢活跃度降低。综合试验结果，最适发酵温度为30℃。

初始ph对产品功能成分影响的试验结果列于图6中。初始ph在3.6-4.5范围内，各主要功能成分指标呈现先升高再降低的变化趋势。当初始ph达到4.0时，sod活性和蛋白酶活性分别达到400.97u/g和440.67u/g，花青素含量达到51.69mg/l；当初始ph超过4.0后，三者均逐渐降低。这种变化规律，可能与ph对酵母生长调控有关。ph4.0为酵母的最适生长条件，在此条件下酵母生长及代谢活跃，因此各项功能成分指标也相应较高。虽然在代谢过程中，ph会发生改变，但其他条件相同的情况下，初始发酵条件越接近酵母的最适生长条件，代谢所形成的功能成分含量就相对越高。这一过程中花青素的含量也受ph对其分子结构稳定性的影响而发生变化。综合各个指标变化情况可知，最适初始ph为4.0。

接种量对产品功能成分影响的试验结果列于图7中。随着酵母接种量的增加，蛋白酶和sod活性均呈现先增高后趋于平缓的变化趋势。表明适当提高接种量可以提高代谢产物含量，即提高产品中功能成分活性。但接种量达到一定程度后，酵母生长进入平台期，代谢活跃度维持不变。如，当接种量为原料紫薯质量的0.15％时，sod活性和蛋白酶活性均达到最高，分别为450.87u/g和310.65u/g。当接种量超过0.15％后，sod活性和蛋白酶活性基本保持不变。花青素含量亦在接种量为0.15％时，达到最大，但随着接种量的增加，花青素含量呈现出不同于sod和蛋白酶活性的变化规律，开始逐渐降低。这可能是由于花青素分子稳定性受到发酵过程中ph的影响所致。综合各个指标变化情况可知，酵母最适接种量为原料紫薯质量的0.15％。

发酵时间对产品功能成分影响的试验结果列于图8中。随发酵时间的增加，sod活性和蛋白酶活性均呈现先升高再逐渐降低的变化趋势。这可能与酵母的生长有关。随发酵时间延长，酵母生长及代谢逐渐进入活跃期，并在发酵96h达到顶峰后，逐渐衰退。各功能成分含量随之呈现升高及降低的变化。由于，花青素不是酵母代谢产物，因而其含量变化规律与酵母生命活动的强弱并不直接相关，而是随发酵时间的延长逐渐减少。这可能是由于在发酵过程中，酵母的有氧呼吸作用增强，随着溶氧量增大，花青素被氧化分解所致。综合各个指标变化情况，选择发酵液中sod活性和蛋白酶活性较高的发酵时间为宜，即发酵时间为96h。

根据张晓莲等人在题目“紫薯酒发酵条件优化及品质特征研究”，酿酒科技,2015,11:76-78中描述的方法测定花青素含量。具体操作如下，

将紫薯酵素经离心机(12000r/min，5min)离心后，取上清液，以水为空白，将稀释后的酵素于530nm处测定吸光度，取3次测定值求平均值。花青素含量(μg/ml)计算公式:

蛋白酶活性的测定参照gb/t23527-2009《蛋白酶制剂》福林法。

超氧化物歧化酶(sod)活性的测定参照gb/t5009.171-2003《保健食品中超氧化物歧化酶活性的测定》。

步骤4：过滤和离心

将发酵完成之后紫薯酵素原液，取其上清液用纱布进行过滤，将滤液离心(4000rpm，30-40min)，得到不含沉淀紫色半透明状的紫薯酵素液。

实施例1：一种紫薯酵素的制备方法，该实施例的实施步骤如下：

步骤1：紫薯预处理

挑选优质新鲜紫薯，洗净、置于蒸锅中在100℃条件下蒸熟，然后去皮，切成小块；

步骤2：酶解

取经预处理的紫薯100g，加入450ml去离子水打浆，在85℃，ph6.0的条件，加入1.0g高温α-淀粉酶，充分搅拌酶解，酶解时间为75min。得紫薯浆酶解液的可溶性固形物含量为2.3％，酶解率为22％；

步骤3：接种和发酵

接种0.1g酵母至紫薯浆酶解液中，加入10g低聚半乳糖，置29℃、ph3.5条件下发酵72h。发酵结束后得蛋白酶活性为377u/g、sod活性315u/g，花青素含量23.67μg/ml；

步骤4：过滤和离心

将发酵所得紫薯酵素原液，取其上清液用纱布进行过滤，再将滤液离心(4000rpm，30min)，得到不含沉淀紫色半透明状的紫薯酵素。

实施例2：一种紫薯酵素的制备方法，该实施例的实施步骤如下：

步骤1：紫薯预处理

挑选优质新鲜紫薯，洗净、置于蒸锅中在100℃条件下蒸熟，然后去皮，切成小块；

步骤2：酶解

取经预处理的紫薯100g，加入550ml去离子水打浆，在95℃，ph6.0的条件，加入2.0g高温α-淀粉酶，充分搅拌使其酶解，酶解时间为105min。得紫薯浆酶解液的可溶性固形物含量为2.9％，酶解率为27％；

步骤3：接种和发酵

接种0.2g酵母至紫薯浆酶解液中，加入15g低聚半乳糖，置31℃、ph4.5条件下发酵120h。发酵结束后得蛋白酶活性416u/g、sod活性408u/g，花青素含量39.56μg/ml；

步骤4：过滤和离心

将发酵所得紫薯酵素原液，取其上清液用纱布进行过滤，再将滤液离心(4000rpm，40min)，得到不含沉淀紫色半透明状的紫薯酵素。

实施例3：一种紫薯酵素的制备方法，该实施例的实施步骤如下：

该实施例的实施步骤如下：

步骤1：紫薯预处理

挑选优质新鲜紫薯，洗净、置于蒸锅中在100℃条件下蒸熟，然后去皮，切成小块；

步骤2：酶解

取经预处理的紫薯100g，加入500ml去离子水打浆，在90℃，ph6.0的条件，加入1.5g高温α-淀粉酶，充分搅拌使其酶解，酶解时间为90min。紫薯浆酶解液的可溶性固形物含量为3.8％，酶解率为36％；

步骤3：接种和发酵

接种0.15g酵母至紫薯浆酶解液中，加入12g低聚半乳糖，置30℃、ph4.0条件下发酵96h。发酵结束得蛋白酶活性456.89u/g、sod活性453.61u/g，花青素含量57.89μg/ml；

步骤4：过滤和离心

将发酵所得紫薯酵素原液，取其上清液用纱布进行过滤，再将滤液离心(4000rpm，35min)，得到不含沉淀紫色半透明状的紫薯酵素。

本发明一种紫薯酵素的制备方法，其以紫薯、低聚半乳糖和活性干酵母为主要原料，利用紫薯富含花青素和淀粉的成分特点，通过高温α-淀粉酶酶解紫薯浆液，以活性干酵母发酵酶解液，并添加不易被酵母发酵降解的低聚半乳糖作为营养强化剂，得到富含花青素且具润肠通便功效的紫薯酵素及其制备工艺；本发明制得紫薯酵素功能性成分含量较高，其中蛋白酶活力不低于375u/g、超氧化物歧化酶(sod)不低于313u/g、花青素含量不低于19.86μg/ml，分别为市售酵素产品中相应成分含量的3倍，25倍和4倍；另外，本发明添加低聚半乳糖作为营养强化剂，不仅优化了饮用口感，同时增强了润肠通便的食用功效。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应以本发明的保护范围为准,任何不经创造性劳动的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。