全酶法制備超高麥芽糖漿工藝

葉紅玲，杜先鋒*

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶與食品科技學(xué)院，安徽 合肥 230036)

全酶法制備超高麥芽糖漿工藝

葉紅玲，杜先鋒*

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶與食品科技學(xué)院，安徽 合肥 230036)

以碎米為原料，采用全酶法制備超高麥芽糖漿。以麥芽糖含量為指標(biāo)，采用正交試驗對耐高溫α-淀粉酶、大麥β-淀粉酶、普魯蘭酶的添加量和糖化結(jié)束DE值4個因素進(jìn)行研究，確定最佳工藝為3種酶的添加量分別為0.20、0.50、1.05kg/t原料，糖化結(jié)束DE值控制在48%左右。選用高效陰離子交換色譜法分析制備的麥芽糖漿中各糖組分含量，以峰面積外標(biāo)法得出樣品中麥芽糖含量為70.7%，符合超高麥芽糖標(biāo)準(zhǔn)。

超高麥芽糖；正交試驗；高效陰離子交換色譜

麥芽糖漿中麥芽糖含量高，葡萄糖含量低，外觀無色透明，具有甜度低，熬糖溫度高，吸濕性低，抗結(jié)晶好等顯著特點，是糖果工業(yè)更新?lián)Q代的產(chǎn)品。且糖漿黏性大，增稠性強(qiáng)，可用于各種果蔬濃縮飲料中。此外，麥芽糖還具有特殊的保健、療效等有益功能，適用于嬰幼兒、老年人食品及運(yùn)動員飲料中。

根據(jù)麥芽糖含量高低，麥芽糖漿可分為普通麥芽糖漿、高麥芽糖漿和超高麥芽糖漿。麥芽糖含量在60%以下的麥芽糖漿為普通麥芽糖漿，麥芽糖含量在60%～70%之間稱為高麥芽糖漿，麥芽糖含量70%以上稱為超高麥芽糖漿[1]。

在我國，超高麥芽糖漿的開發(fā)和應(yīng)用越來越受到重視，特別是在糖果行業(yè)備受青睞，它是我國糖果和乳制品工業(yè)升級換代的理想糖漿。一些發(fā)達(dá)國家正朝著用超高麥芽糖漿代替葡萄糖漿以及部分砂糖的方向發(fā)展[2]。本研究采用全酶法結(jié)合噴射液化技術(shù)，使大米淀粉液化完全，嚴(yán)格控制液化和糖化結(jié)束DE值，最后采用高效陰離子交換色譜法對制備的糖漿進(jìn)行定性和定量分析。本實驗方法能大幅提高超高麥芽糖的產(chǎn)率，而且在品種、質(zhì)量、含量上都有新突破。此外，本研究利用碎米作為原料，解決了碎米的綜合利用問題，具有較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

碎米(粳米) 市購；耐高溫α-淀粉酶、大麥β-淀粉酶、普魯蘭酶(酶活力分別為20037.43、105563U/mL和31005.24U/mL) 丹麥NOVO公司；葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖標(biāo)準(zhǔn)品(色譜級) 美國Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

ICS-3000離子色譜儀(配有脈沖安培檢測器、CarboPac PA100 2mm分析柱和保護(hù)柱) 美國戴安公司；低壓噴射液化器、配料罐、糖化罐 安徽樂健集團(tuán)。

1.3 方法

1.3.1 麥芽糖漿制備工藝[3]

碎米→淘洗→堿液浸泡→磨漿→調(diào)漿→液化→液化結(jié)束滅酶→壓渣→糖化→糖化結(jié)束滅酶→去渣→脫色→離子交換→初蒸→二次脫色→終濃縮→成品

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 浸泡、磨漿、調(diào)漿

碎米原料經(jīng)清雜后采用熱堿液浸泡，浸泡條件為pH9～11、浸泡溫度45～50℃、浸泡時間2～3h。偏堿性條件浸泡可以去除碎米中大部分可溶性蛋白質(zhì)，使粗淀粉中蛋白質(zhì)降至3.5%左右，有利于液化進(jìn)行以及后續(xù)操作[4]。同時大米淀粉經(jīng)稀堿處理后有較低的X-衍射結(jié)晶，結(jié)構(gòu)疏散，易于糊化，從而易被淀粉酶酶解。調(diào)漿時一定要遵循先調(diào)pH值后加酶制劑的原則。首先調(diào)節(jié)淀粉漿的濃度在14～14.5°Bé，其次調(diào)節(jié)淀粉漿的pH值，邊攪拌邊調(diào)至pH5.7～5.9，最后加入耐高溫α-淀粉酶，為了保持酶的活性，加入0.3～0.5kg/t原料CaCl2。

1.3.2.2 液化

噴射液化設(shè)備預(yù)熱充分后，噴射液化溫度110～115℃，保壓5min，閃蒸冷卻至98℃，進(jìn)入層流柱40～60min，二次噴射液化溫度為130～140℃，控制液化結(jié)束DE值[5]。DE值表示淀粉或轉(zhuǎn)化淀粉按葡萄糖計算時的總還原糖值。液化DE值高，表示淀粉轉(zhuǎn)化為糊精較多，糖化后糖化液組成中葡萄糖和麥芽三糖較多，而麥芽糖較少。如果DE值過低，則糖液黏度太高而難于操作，給過濾、離子交換帶來困難，影響質(zhì)量和產(chǎn)率，造成經(jīng)濟(jì)損失[6]。研究發(fā)現(xiàn)麥芽糖產(chǎn)率與液化液DE值具有較好的線性關(guān)系[7]，隨著液化程度加深麥芽糖產(chǎn)率降低，見圖1。

圖1 液化DE值與麥芽糖產(chǎn)率關(guān)系圖Fig.1 Relationship between post-liquefaction DE value and maltose yield

但是，DE值太小時液化液的黏度又會增大。液化不夠充分，不利于后續(xù)操作。綜合考慮，確定液化液DE值為10%左右。

1.3.2.3 糖化

糖化溫度60℃，進(jìn)料全程攪拌，糖化罐進(jìn)料10%～15%起，添加總量30%～40%的大麥β-淀粉酶和普魯蘭酶，再陸續(xù)加入剩余量的大麥β-淀粉酶和普魯蘭酶。糖化開始為了避免酸敗、pH值下降，可以加入0.2～0.5kg硫代硫酸鈉/t糖漿[8]。糖化48h，糖化過程中，每2h測一次pH值，保證pH值在5.0以上(最佳pH值范圍5.1～5.5)，必要時滴加冷的15%～20%NaOH溶液。糖化結(jié)束，升溫至75～80℃滅酶。

1.3.2.4 脫色、二次壓濾

糖化后糖液隨著管道進(jìn)入脫色罐，罐中有活性碳，保持罐溫80℃左右，糖液通入后，在不斷攪拌的情況下，活性碳吸附糖液所含的色素以及部分無機(jī)鹽，隨后活性碳隨同糖液一并進(jìn)入板框壓濾機(jī)，經(jīng)過壓濾除去活性碳。

1.3.2.5 離子交換、濃縮

經(jīng)脫色、壓濾后的糖液進(jìn)入離子交換處理系統(tǒng)，收集糖液進(jìn)入三效濃縮后得到終產(chǎn)品。貯存于4℃下備用。

1.3.3 單因素試驗[9]

1.3.3.1 耐高溫α-淀粉酶添加量對麥芽糖含量的影響

調(diào)漿、調(diào)pH值后，大麥β-淀粉酶、普魯蘭酶的添加量分別為0.50、1.05kg/t原料，控制糖化結(jié)束DE值在48%左右，耐高溫α-淀粉酶的添加量分別為0.10、0.15、0.20、0.25kg/t原料進(jìn)行液化、糖化。

1.3.3.2 大麥β-淀粉酶添加量對麥芽糖含量的影響

調(diào)漿、調(diào)pH值后，耐高溫α-淀粉酶、普魯蘭酶的添加量分別為0.20、1.05kg/t原料，控制糖化結(jié)束DE值在48%左右，大麥β-淀粉酶的添加量分別為0.40、0.45、0.50、0.55kg/t原料進(jìn)行液化、糖化。

1.3.3.3 普魯蘭酶的添加量對麥芽糖含量的影響

調(diào)漿、調(diào)pH值后，耐高溫α-淀粉酶、大麥β-淀粉酶的添加量分別為0.20、0.50kg/t原料，控制糖化結(jié)束DE值在48%左右，普魯蘭酶的添加量分別為1.00、1.05、1.10、1.15kg/t原料進(jìn)行液化、糖化。

1.3.3.4 糖化結(jié)束DE值對麥芽糖含量的影響

調(diào)漿、調(diào)pH值后，耐高溫α-淀粉酶、大麥β-淀粉酶、普魯蘭酶的添加量分別為0.20、0.50、1.10kg/t原料，控制糖化結(jié)束DE值分別為46%、48%、50%、52%進(jìn)行液化、糖化。

1.3.4 正交試驗設(shè)計

以單因素試驗結(jié)果為依據(jù)，選取耐高溫α-淀粉酶、大麥β-淀粉酶、普魯蘭酶的添加量和糖化結(jié)束DE值作為考察因素，每個因素擬定3個水平，進(jìn)行4因素3水平正交試驗，正交設(shè)計及因素見表1。

表1 正交設(shè)計因素水平表Table 1 Factors and levels in the orthogonal array design

1.3.5 分析方法

液化結(jié)束測定方法：碘量法；DE值/%=(還原糖含量/干物質(zhì)含量)×100[10]；還原糖含量：采用直接滴定法進(jìn)行測定[11]；干物質(zhì)量(總固形物含量)使用阿貝折光儀；麥芽糖含量測定方法：高效陰離子交換色譜法。

1.3.6 色譜條件

ICS-3000離子色譜儀檢測制備的糖漿中各糖組分含量。色譜條件為：色譜柱：CarboPac PA100(2mm分析柱和保護(hù)柱)；淋洗液：0.2mol/L氫氧化鈉-1mol/L乙酸鈉梯度洗脫；進(jìn)樣量25μL；流速0.250mL/min[12-13]。

1.3.6.1 洗脫條件

設(shè)置梯度洗脫，洗脫條件如表2所示[14]。

表2 梯度洗脫條件Table 2 Gradient elution conditions

1.3.6.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制[15]

標(biāo)準(zhǔn)儲備液的配制：分別稱取色譜級葡萄糖、麥芽糖和麥芽三糖標(biāo)準(zhǔn)品10.0mg，用超純水溶解后分別定容至10mL，配成質(zhì)量濃度1mg/mL的儲備液，于棕色瓶中4℃下儲存。

標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：葡萄糖、麥芽糖和麥芽三糖標(biāo)準(zhǔn)儲備液按1:1:1(V/V)吸取一定量用超純水稀釋至10000倍，混合均勻保存在4℃下備用，使用前用0.45μm濾膜過濾。

樣品處理：樣品經(jīng)3000r/min離心10min除去蛋白質(zhì)，取上清液稀釋至一定濃度備用。使用前用0.45μm的濾膜過濾。

2 結(jié)果與分析

2.1 耐高溫α-淀粉酶添加量對麥芽糖含量的影響

圖2中結(jié)果顯示在一定范圍內(nèi)隨著耐高溫α-淀粉酶添加量的增加，樣品中麥芽糖含量增加，在添加量為0.2kg/t原料時，麥芽糖含量最大，繼續(xù)增加耐高溫α-淀粉酶添加量，麥芽糖含量反而降低。添加耐高溫α-淀粉酶進(jìn)行液化，一方面能增加有利于糖化酶水解的非還原末端，有利于糖化制備麥芽糖；另一方面增加了產(chǎn)生聚合度為奇數(shù)的低聚糖，對制備超高麥芽糖漿不利。因此要提高麥芽糖含量，耐高溫α-淀粉酶添加量要控制在適當(dāng)范圍內(nèi)。

圖2 耐高溫α-淀粉酶添加量對麥芽糖含量的影響Fig.2 Effect of thermal-stableα-amylase amount on maltose content in prepared extremely high maltose syrup

2.2 大麥β-淀粉酶添加量對麥芽糖含量的影響

β-淀粉酶可從淀粉分子非還原性末端依次間隔切開α-1,4糖苷鍵而生成麥芽糖。圖3結(jié)果表明大麥β-淀粉酶添加量為0.50kg/t原料時，樣品中麥芽糖含量最高。繼續(xù)增加大麥β-淀粉酶的添加量，樣品中麥芽糖含量反而降低，單糖含量增加，不利于制備高純度的麥芽糖漿。

圖3 大麥β-淀粉酶添加量對麥芽糖含量的影響Fig.3 Effect of barley-derivedβ-amylase amount on maltose content in prepared extremely high maltose syrup

2.3 普魯蘭酶的添加量對麥芽糖含量的影響

制備麥芽糖漿的淀粉原料中大多數(shù)含有75%～85%的支鏈淀粉，一般支鏈淀粉含有4%～5%的α-1,6糖苷鍵[16]。支鏈淀粉經(jīng)耐高溫α-淀粉酶水解成極限糊精、短鏈糊精和少量低聚糖，β-淀粉酶不能水解極限糊精。普魯蘭酶屬脫支酶，能分解支鏈淀粉中α-1,6糖苷鍵，添加普魯蘭酶協(xié)助糖化，提高了麥芽糖產(chǎn)量。

圖4 普魯蘭酶添加量對麥芽糖含量的影響Fig.4 Effect of barley-derived β-amylase amount on maltose content in prepared extremely high maltose syrup

2.4 糖化結(jié)束DE值對麥芽糖含量的影響

圖5結(jié)果表明糖化結(jié)束DE值在46%～48%時，隨著DE值的增大，麥芽糖含量增高，在48%左右達(dá)到最高。糖化結(jié)束DE值超過50%，糖化液出現(xiàn)不同程度過度水解，樣品中葡萄糖含量逐漸增加，麥芽糖含量明顯下降。

圖5 糖化結(jié)束DE值麥芽糖含量的影響Fig.5 Effect of post-saccharification DE value on maltose content in prepared extremely high maltose syrup

2.5 高麥芽糖漿制備工藝正交試驗結(jié)果

表3 高麥芽糖漿正交試驗設(shè)計及結(jié)果Table 3 Orthogonal array design arrangement and experimental results

表3正交試驗結(jié)果表明：最佳工藝條件為A3B2C2D2，即耐高溫α-淀粉酶、大麥β-淀粉酶和普魯蘭酶的添加量分別為0.20、0.50kg/t原料和1.05kg/t原料、糖化結(jié)束DE值為48%。由于最佳條件不包括在1～9號試驗中，進(jìn)行驗證實驗，按A3B2C2D2條件制備麥芽糖漿并選用高效陰離子交換色譜檢測其中各組分含量。

2.6 麥芽糖漿中各組分含量檢測

以0.2mol/L氫氧化鈉-1mol/L乙酸鈉為淋洗液梯度洗脫，進(jìn)樣量25μL，流速0.250mL/min。樣品經(jīng)ICS-3000離子色譜儀檢測所得色譜圖如圖6所示，由圖6可以看出，樣品中以麥芽糖居多，含有少量的葡萄糖和麥芽三糖。以峰面積外標(biāo)法計算得出樣品中麥芽糖含量為70.7%，葡萄糖含量為1.3%，其余部分為麥芽低聚糖，制備的糖漿中麥芽糖含量符合超高麥芽糖標(biāo)準(zhǔn)。

圖6 超高麥芽糖樣品色譜圖Fig.6 HPAC chromatogram of the prepared extremely high maltose syrup under optimized conditions

2.7 超高麥芽糖漿其他指標(biāo)檢測

表4 超高麥芽糖漿各項指標(biāo)檢測結(jié)果Table 4 Physico-chemical and sensory properties of the prepared extremely high maltose syrup under optimized conditions

從表4可以看出，制備的樣品外觀、色澤、滋味和糖分含量等各項指標(biāo)都符合超高麥芽糖標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié) 論

本實驗確立了全酶法制備超高麥芽糖漿的最佳工藝，耐高溫α-淀粉酶、大麥β-淀粉酶和普魯蘭酶的添加量分別為0.20、0.50kg/t原料和1.05kg/t原料，在淀粉充分液化的前提下控制液化結(jié)束DE值在10%，此操作不僅有利于生產(chǎn)麥芽糖而且易于壓濾，控制糖化結(jié)束DE值在48%左右，制備的糖漿中主要成分為麥芽糖，含有少量的葡萄糖和麥芽三糖。本工藝有效提高了產(chǎn)品中麥芽糖的含量，解決了麥芽糖產(chǎn)率低的問題，終產(chǎn)品中麥芽糖含量高于70%，各項指標(biāo)檢測結(jié)果符合超高麥芽糖漿標(biāo)準(zhǔn)。

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Optimizing Holoenzymatic Preparation of Extremely High Maltose Syrup

YE Hong-ling，DU Xian-feng*
(College of Tea and Food Technology, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China)

Extremely high maltose syrup was enzymatically produced from broken rice. In the production of extremely high maltose syrup, thermal-stableα-amylase, barley-derivedβ-amylase and pullulanase were used. Orthogonal array design was employed to study the process conditions including amounts of these three enzymes and post-saccharification DE value, and the results showed that the optimal levels of amounts of thermal-stableα-amylase, barley-derivedβ-amylase and pullulanase and post-saccharification DE value were 0.20, 0.50 kg/t and 1.05 kg/t material and around 48%, respectively. Meanwhile, the sugar composition of the prepared product was analyzed by high performance anion-exchange chromatography (HPAC).

extremely high maltose syrup；orthogonal array design；high performance anion-exchange chromatography

TS244

A

1002-6630(2010)20-0015-05

2010-02-24

科技部農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項目(2007GB2C300138)

葉紅玲(1981—)，女，碩士研究生，研究方向為淀粉及淀粉糖。E-mail：yhl200283@yahoo.cn

*通信作者：杜先鋒(1963—)，男，教授，博士，研究方向為淀粉及淀粉糖。E-mail：dxf@ahau.edu.cn