麥芽糖粉末噴霧干燥的研究進(jìn)展

黃華國(guó)，劉景圣，鄭明珠，蔡 丹

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118)

中國(guó)早在公元1 500年以前已生產(chǎn)麥芽糖［1］。由于麥芽糖漿的一些突出優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)晶性低，甜味溫和，粘度低，吸潮性低，現(xiàn)已在食品和其他工業(yè)上得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用［2］。

目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上銷(xiāo)售的麥芽糖主要以液體麥芽糖為主。根據(jù)麥芽糖的含量，一般分為普通麥芽糖漿、高麥芽糖漿和超高麥芽糖漿。3種麥芽糖漿的組成情況見(jiàn)表 1［3］。

高麥芽糖漿經(jīng)進(jìn)一步分離提純，使其達(dá)到麥芽糖結(jié)晶的純度，可用于制備結(jié)晶麥芽糖。結(jié)晶麥芽糖具有特殊的生理功能，可作為口服藥物治療糖尿病，還可代替葡萄糖輸液，而血糖值不升高，現(xiàn)己在保健食品和醫(yī)藥工業(yè)上得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用［4-5］。在國(guó)外尤其是日本、美國(guó)和歐洲等國(guó)家，用麥芽糖漿經(jīng)噴霧干燥制備含一定結(jié)晶化度的麥芽糖粉末技術(shù)較成熟。國(guó)內(nèi)在這方面的研究尚處于起步階段，只有百龍創(chuàng)園生物技術(shù)有限公司具有年產(chǎn)6 000 t結(jié)晶麥芽糖粉末的生產(chǎn)能力，其他只有小批量的試生產(chǎn)。這樣就限制了其在食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域的應(yīng)用。作者針對(duì)這些問(wèn)題，對(duì)麥芽糖粉末生產(chǎn)進(jìn)行綜述。

表1 麥芽糖漿的主要組成成分

1 麥芽糖的理化性質(zhì)與生理功能

1.1 麥芽糖的結(jié)構(gòu)

麥芽糖是由2個(gè)葡萄糖單位組成的，為麥芽二糖，習(xí)慣上簡(jiǎn)稱(chēng)為麥芽糖。2個(gè)葡萄糖單位經(jīng)α-1，4糖苷鍵連接成為麥芽糖，為4-O-D-六環(huán)葡萄糖基-D-六環(huán)葡萄糖 (C12H22O11)，因?yàn)?C1羥基的位置不同，有α和β 2種異構(gòu)體［6］。

1.2 麥芽糖的性質(zhì)

麥芽糖為無(wú)色或白色晶體，粗制者呈稠厚糖漿狀。通常含一分子結(jié)晶水，熔點(diǎn)102℃，甜度為蔗糖的30%～40%，易溶于水，微溶于乙醇。是還原性二糖，有醛基反應(yīng)，能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，也能與班氏試劑 (用硫酸銅、碳酸鈉或苛性鈉、檸檬酸鈉等溶液配制)共熱生成磚紅色氧化亞銅沉淀。能使溴水褪色，被氧化成麥芽糖酸。在稀酸加熱或α-葡萄糖苷酶作用下水解成2分子葡葡糖。

麥芽糖是淀粉糖工業(yè)重要產(chǎn)品之一，具有甜度溫和、風(fēng)味獨(dú)特、吸濕性穩(wěn)定等特點(diǎn)，在抗褐變、防腐性、熱穩(wěn)定性等很多方面都具有優(yōu)良的特性，在食品、發(fā)酵、香精香料等行業(yè)里被廣泛用作甜味劑、調(diào)濕劑、結(jié)晶抑制劑、穩(wěn)定劑、填充劑等［8］。

1.3 麥芽糖的生理功能

由于麥芽糖具有較低滲透壓和緩慢釋放葡萄糖的特性，代謝速度比葡萄糖慢，不參加胰島素糖代謝就能被吸收，在醫(yī)學(xué)上，用高純度麥芽糖代替葡萄糖配制靜脈注射液不易引起血糖的升高，非常適合糖尿病患者使用［7］。麥芽糖也是制造麥芽酮糖和低聚異麥芽糖的原料，后兩者對(duì)腸道中有益于人體的雙歧桿菌的繁殖有促進(jìn)作用，是很好的功能性食品原料［8］。

2 麥芽糖漿的生產(chǎn)工藝

目前，生產(chǎn)麥芽糖漿的主要工藝流程為:淀粉→液化→糖化→脫色→離子交換→分離提純→濃縮→高純麥芽糖漿。根據(jù)原料、液化酶、糖化酶等工藝條件的不同，所獲得的麥芽糖漿純度也不相同。

麥芽糖漿的生產(chǎn)工藝目前國(guó)外比較先進(jìn)的是采用固定化液化酶和糖化酶的工藝［9］，該工藝的生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化的程度高、原料的利用率高，酶的重復(fù)利用大大地降低了生產(chǎn)成本，并簡(jiǎn)化了操作工藝，而且將酶的最適溫度提高了20℃，酶的穩(wěn)定性也大大地提高了。此外，還有相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道了采用超濾法生產(chǎn)麥芽糖漿［10］以及熱分離水化系統(tǒng)來(lái)精制麥芽糖漿［11］。

Niim等［12］曾經(jīng)用兩步糖化法進(jìn)行高麥芽糖的生產(chǎn):淀粉液化→糖化 (β-淀粉酶和脫支酶或異淀粉酶)→二次糖化 (葡萄糖淀粉酶或者maltogenic-α-淀粉酶將第二步的得到的糖化溶液再次糖化)，通過(guò)控制適合的工藝條件，可以得到麥芽糖含量達(dá)70%～95%的糖化液。

Noda等［13］將甜馬鈴薯根莖部位的 β-淀粉酶固定在殼聚糖珠粒上，半連續(xù)化生產(chǎn)麥芽糖，利用高濃度的馬鈴薯淀粉水解物可以得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的麥芽糖溶液。

Martin［14］等通過(guò)將糖化酶固定后，與游離的葡萄糖糖化酶性能的比較，發(fā)現(xiàn)了酶固定化后擴(kuò)大了最適p H范圍，而且固定化葡萄糖淀粉酶在沒(méi)有預(yù)處理的條件下也可以長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定。

周家華［15］等將 Maltogenase酶、β-淀粉酶、脫支酶 (Pro-mozyme)兩兩組合，在相同條件 (液化木薯淀粉DE值4.7，液化木薯淀粉配比質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，p H值5.2，溫度60.0℃)，通過(guò)不同的配比加酶量對(duì)其糖化效果進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)Maltogenase酶和脫支酶的各種組合中效果最好的是:用Maltogenase酶400 U·g-1淀粉和脫支酶0.8 PUN·g-1淀粉對(duì)上述液化液進(jìn)行96 h的糖化，可得到麥芽糖含量為92.4%的糖化液。

張力田首先成功地將枯草桿菌 ɑ-淀粉酶 BF-7658用于淀粉的液化，可將麥芽糖的得率提高10%左右，而且能夠縮短糖化的時(shí)間，降低能耗，利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。之后又有學(xué)者成功實(shí)現(xiàn)了由噴淋液化法來(lái)代替升溫液化法，使液化的效果更好，這是麥芽糖生產(chǎn)工藝的一大突破［16-17］。

利用酶法實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)麥芽糖漿，純度達(dá)到82%［18-19］。山東禹城的趙光輝［20］等利用淀粉水解制糖，經(jīng)色譜分離得到90%麥芽糖漿。目前，我國(guó)關(guān)于液體麥芽糖漿的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)基本成熟，所生產(chǎn)的麥芽糖漿純度為70%～80%。

3 麥芽糖漿和噴霧干燥

噴霧干燥是將原料液用霧化器分散成霧滴，并用熱空氣 (或其他氣體)與霧滴直接接觸的方式而獲得粉粒狀產(chǎn)品的一種干燥過(guò)程。原料液可以是溶液、乳濁液或懸浮液，也可以是熔融液或膏狀物。干燥產(chǎn)品可以根據(jù)需要，制成粉狀、顆粒狀、空心球狀或團(tuán)粒狀。噴霧干燥技術(shù)己有100多年的發(fā)展史。自1865年噴霧干燥最早用于蛋品處理以來(lái)，這種由液態(tài)經(jīng)霧化和干燥在極短時(shí)間直接變?yōu)楣腆w粉末的過(guò)程，它使許多有價(jià)值但不易保存的物料得以大大延長(zhǎng)保質(zhì)期，使一些物料便于包裝、使用和運(yùn)輸，同時(shí)也簡(jiǎn)化了一些物料的加工工藝［l5］。

由于噴霧干燥具有干燥時(shí)間短、對(duì)產(chǎn)品損傷小、減少工藝操作以及生產(chǎn)控制方便等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外已被廣泛運(yùn)用。例如:日本利用酶水解技術(shù)，通過(guò)降溫結(jié)晶、噴霧干燥等技術(shù)制備結(jié)晶度為70%～84%，純度82%～90%的麥芽糖結(jié)晶粉末。Yoshino在美國(guó)申請(qǐng)的專(zhuān)利為采用酶法水解淀粉獲得純度大于90%的麥芽糖，濃縮至麥芽糖濃度達(dá)65% ～80%，添加 β-麥芽糖-水合物晶種，在主結(jié)晶階段使麥芽糖-水化合物沉淀，然后對(duì)上述糖膏進(jìn)行噴霧干燥，獲得含水量為5.5%～7.5%的粉狀麥芽糖產(chǎn)品。

4 展望

噴霧干燥技術(shù)由于有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)已在國(guó)外廣泛的運(yùn)用于生產(chǎn)一定結(jié)晶化度的麥芽糖粉末，對(duì)此國(guó)內(nèi)尚屬起步階段。對(duì)未來(lái)噴霧干燥技術(shù)在液體麥芽糖漿中的運(yùn)用有如下展望。

噴霧干燥液體麥芽糖，雖然能減短生產(chǎn)周期、提高生產(chǎn)效率，但是有一定干燥的介質(zhì)排出，目前常用方法是直接排入大氣，造成了很大的能源浪費(fèi)。因此，節(jié)能技術(shù)在噴霧干燥中的應(yīng)用是一個(gè)值得深入研究和推廣的課題。例如已經(jīng)出現(xiàn)了噴霧干燥+流化床干燥的多級(jí)干燥模式，似可以進(jìn)一步考慮噴霧干燥+微波或者干燥塔內(nèi)加熱式的噴霧干燥等。

由于液體麥芽糖粘度較大，噴霧干燥過(guò)程中易造成粘壁現(xiàn)象，其中最主要的是半濕物料粘壁。防止半濕物料粘壁，主要有提高進(jìn)氣溫度與提高塔內(nèi)風(fēng)速及改變霧化器的壓力等方法。

如果能使噴霧干燥與其他技術(shù)相偶聯(lián)，對(duì)液體麥芽糖漿進(jìn)行噴霧干燥，那么效能會(huì)更好，例如噴霧冷凍干燥、熱管加熱型噴霧干燥、超聲波噴霧干燥、微波噴霧干燥等。

［1］ Lietien C. Effect of urea on enzymatic activity and electrophoretic mobility of acid γ-amylase(α-glucosidase)［J］.Starch and Starke，2002，44(3)177.

［2］ Nebeny E.Selective liquid chromatographic isolation procedure for gas chromatographic-mass spectrometric analysis of 3-ketosteroids in biological materials ［J］.Starch and Starke，2000，42(11)432-436.

［3］ Sherry J，段鋼.各類(lèi)麥芽糖漿的生產(chǎn)工藝 ［J］.中國(guó)食品工業(yè)，2001，7(1):24-25.

［4］ 張善成.用結(jié)晶麥芽糖作面制品添加劑 ［J］.陜西糧油科技，2007(1):47-49.

［5］ 崔江.無(wú)水結(jié)晶麥芽糖的特性及其應(yīng)用 ［J］.食品科學(xué)，2006(5):26-29.

［6］ 金豐秋，金曄，金其榮.結(jié)晶麥芽糖生產(chǎn)工藝研究 ［J］.山西食品工業(yè)，2004，3(1):15.

［7］ 羅發(fā)興，扶雄.多酶協(xié)同糖化生產(chǎn)高純度麥芽糖漿的方法:中國(guó)，1353200 A［P］.2002-06-12.

［8］ 尤新.淀粉糖品生產(chǎn)與應(yīng)用手冊(cè) ［M］.北京:輕工業(yè)出版社，1997:163.

［9］ Noda T，F(xiàn)umta S，Suda I.Sweet potato amylase immobilize on chitosan beads and its application in the semi-continuous production of maltose ［J］.Carbohydrate prlymers，2001，44:192-193.

［10］ Gaouar O，zakhiz N，Yoshin，et al.Production of maltose syrup by bioconversion of cassava starch in an ultra filtration reactor［J］. Industrical Crops and Products， 2007， 7:162-163.

［11］ Mian L， Jin W K. Amylase partitioning and extractive boconvcnsion of starch using thermo separating aqueous two phase systems［J］.Jounal of Biotechnology，2008，93:15-26.

［12］ Niimi Masahiro， Hariu.Manufacturing method of high purity maltose and its reduced product:US，5141859 ［P］.1992-08-25.

［13］ Noda T， Furuta S， Suda I. Sweet potato β-amylase immobilized on chitosan beads and its application in the semicontinuous production of maltose ［J］. Carbohydrate Polymers，2009，44:189-195.

［14］ Martin R，Michal R，Zuzana M，et al.A simple entrapment of glucoamylase into LentiKats as an efficient catalyst for maltodextrin hydrolysis ［ J］. Enzyme and Microbial Technology，2009，39:800-804.

［15］ 周家華，羅發(fā)興，張力田.超高麥芽糖漿的生產(chǎn) ［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2004(5):39-43.

［16］ 蔡業(yè)彬，曾亞森，胡智華，等.噴霧干燥技術(shù)研究現(xiàn)狀及其在中藥制藥中的應(yīng)用 ［J］.化工裝備技術(shù)，2006，27(2):5-10.

［17］ 陳石根，周潤(rùn)琪.酶學(xué) ［M］.上海:上海復(fù)旦大學(xué)出版社，2001:221-228.

［18］ 韓亞珊.食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) ［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社.2003:106-109.

［19］ 畢金峰.雙酶法生產(chǎn)高麥芽糖漿研究 ［J］.中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2005，20(2)41-44.

［20］ 趙光輝，王運(yùn)剛，周娟.結(jié)晶麥芽糖醇的研制 ［J］.食品研究與開(kāi)發(fā)，2005，26(3):56-58.