小麥B淀粉的液化工藝研究

張軍合　饒平凡　王星麗等

摘要：為了對(duì)三相臥螺法生產(chǎn)谷朊粉的下腳料B淀粉漿進(jìn)行綜合開發(fā)利用，通過測(cè)定反應(yīng)前后反應(yīng)液的DE值，研究溫度、時(shí)間、加酶量對(duì)B淀粉漿液化的影響，找出最適反應(yīng)條件。結(jié)果表明：在液化過程中，DE值先逐漸升高、之后保持相對(duì)穩(wěn)定，最佳液化條件為溫度95.45 ℃、加酶量33.55 U/g（干基）、反應(yīng)時(shí)間40 min，DE值達(dá)到26.27%。

關(guān)鍵詞：小麥B淀粉；液化；DE值

中圖分類號(hào)： TS201.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）11-0366-03

收稿日期：2014-11-05

基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃（編號(hào)：201310467051）；河南省教育廳科學(xué)技術(shù)重點(diǎn)研究項(xiàng)目（編號(hào)：14A550013）；河南省高?？萍紕?chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃 （編號(hào)：13IRTSTHN006）；河南省新鄉(xiāng)市重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃（編號(hào)：ZG14029）。

作者簡(jiǎn)介：張軍合（1972—），男，河南淇縣人，博士，副教授，主要從事淀粉科學(xué)與工藝研究。Tel：（0373） 3040038；E-mail：zjh335@126.com。隨著我國(guó)食品工業(yè)的發(fā)展，小麥淀粉的需求量日益增加；小麥淀粉提取工藝的特點(diǎn)，決定了其剩余物中存在破碎的細(xì)胞壁、流失的面筋碎片、未被吸附的小淀粉粒、戊聚糖以及溶解在其中的色素成分，即所謂的B淀粉[1-3]。小麥B淀粉是小麥原料制備淀粉工業(yè)的下腳料，別稱尾淀粉（tailings）、淤渣淀粉等，其含量達(dá)到小麥中淀粉總含量的1/3以上，最大比例可占小麥面粉量的1/5[4-5]。

小麥B淀粉的主要成分是和蛋白質(zhì)結(jié)合在一起的淀粉，二者不易分離，給蛋白質(zhì)的純化和淀粉的回收利用帶來了難度；同時(shí)戊聚糖作為能量物質(zhì)，不易被單胃動(dòng)物體內(nèi)分泌的消化酶分解利用而造成營(yíng)養(yǎng)障礙[6-7]，限制了其綜合利用。目前，關(guān)于B淀粉高效利用的途徑很少，大量的直接排放又會(huì)帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題。因此，如何變廢為寶，對(duì)B淀粉進(jìn)行高效利用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的“雙贏”成為亟需解決的問題[8-9]，以B淀粉漿為原料直接發(fā)酵利用是一個(gè)不錯(cuò)的選擇[10]。

本試驗(yàn)研究B淀粉液化條件，對(duì)溫度、加酶量和時(shí)間3個(gè)因素進(jìn)行了分析，研究液化過程中各DE值的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上通過響應(yīng)面分析探索優(yōu)化工藝條件[11-12]，為B淀粉的后續(xù)發(fā)酵利用提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

中鶴集團(tuán)三相臥螺法生產(chǎn)谷朊粉的B淀粉漿。

1.2主要試驗(yàn)試劑

氫氧化鈉、3，5-二硝基水楊酸（天津市德恩化學(xué)試劑有限公司）；酒石酸鈉鉀（天津市博迪化工股份有限公司）；亞硫酸鈉、葡萄糖、氯化鉀（天津市科密歐化學(xué)試劑廠）；鹽酸（河南省鄭州派尼化學(xué)試劑廠）；α-耐高溫淀粉酶（酶活2萬U/mL，河南省鄭州市福源生物科技有限公司）。

1.3主要試驗(yàn)儀器

LT 502型電子天平（江蘇省常熟市天量責(zé)任有限公司）；722N型可見分光光度計(jì)[精科（上海）儀器有限公司]；HH-4型恒溫水浴鍋（江蘇省金壇市中大儀器廠）；電冰箱（中國(guó)海爾集團(tuán)）；濾紙（浙江省杭州特種紙業(yè)有限公司）；pH計(jì)（上海盛磁儀器有限公司）；電磁爐（中國(guó)美的集團(tuán)）；干燥箱（浙江省余姚儀器有限公司）。

1.4樣品處理

水分含量由105 ℃恒質(zhì)量法[13]測(cè)定。將小麥B淀粉從冰箱中拿出，解凍后攪拌均勻，取一定量于培養(yǎng)皿上并記錄數(shù)據(jù)，放入干燥箱中，40 ℃干燥30 min，105 ℃干燥，直至質(zhì)量相差小于0.002 g，得出B淀粉含量。原漿中干物質(zhì)含量見表1。

2結(jié)果與分析

影響小麥 B 淀粉液化程度（以葡萄糖值表示）的因素很多，主要有小麥 B 淀粉的組成、小麥 B 淀粉漿料的濃度、加酶量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度和小麥 B 淀粉漿料的反應(yīng) pH 值等[15]。本研究考察了小麥 B 淀粉加酶量、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度3個(gè)因素對(duì)小麥 B 淀粉液化程度的影響，反應(yīng)的 pH 值采用廠家提供的最佳 pH 值。

2.1單因素試驗(yàn)

2.1.1溫度對(duì)液化結(jié)果的影響調(diào)小麥 B 淀粉漿pH值為6.3～6.4，稀釋漿料濃度為27%[16]，加α-耐高溫淀粉酶的量為33U/g（干基），α-耐高溫淀粉酶使淀粉漿黏度迅速下降，淀粉失去原來黏稠狀，產(chǎn)生液化現(xiàn)象[16]，反應(yīng)時(shí)間為30 min，反應(yīng)溫度分別為91、93、95、97、99℃。

由圖1可知，隨著溫度的升高，DE值增大，即酶的活性增加；當(dāng)溫度達(dá)到95℃時(shí)，DE值達(dá)到最大，隨后由于高溫的影響，酶活性下降直至消失，因此DE值下降。α-耐高溫淀粉酶的最適溫度為95℃，為了充分驗(yàn)證所有可能，將響應(yīng)面試驗(yàn)中的溫度變化范圍定為90～100℃。

2.1.2加酶量對(duì)液化結(jié)果的影響B(tài)淀粉漿pH值為6.3～6.4，反應(yīng)溫度為95℃，加蒸餾水稀釋漿料濃度為27%[17]，反應(yīng)時(shí)間為30 min，加α-耐高溫淀粉酶的量分別為27、30、33、36、39、42 U/g（干基）。由圖2可知，加酶量在27～36 U/g（干基）時(shí)，由于酶和底物的接觸概率不斷加大，DE值逐漸遞增；隨著酶量的增加，底物被完全飽和，即使加酶量持續(xù)升高，DE值不會(huì)增加。將響應(yīng)面試驗(yàn)中加α-耐高溫淀粉酶的量的范圍定為30～36 U/g（干基）。

2.1.3時(shí)間對(duì)液化結(jié)果的影響調(diào)小麥 B 淀粉漿 pH 值為 6.3～6.4，結(jié)合“2.1.1”節(jié)和“2.1.2”節(jié)的結(jié)果設(shè)置反應(yīng)溫度為 95 ℃、加酶量為 33 U/g，加蒸餾水稀釋漿料濃度為 27%[16]，反應(yīng)時(shí)間分別為 10、20、30、40、50、60 min[15]。由圖3可知，10～40 min遞增幅度較大，之后遞增幅度減小，考慮到生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本，將響應(yīng)面中的時(shí)間定為20～40 min。

2.2響應(yīng)面試驗(yàn)

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果選擇反應(yīng)溫度、加酶量、反應(yīng)時(shí)間 3 個(gè)影響因素，通過設(shè)計(jì)專家軟件8.0（Design-Expert Software 8.0）設(shè)計(jì)3因素3水平的試驗(yàn)。響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表和試驗(yàn)安排表見表2和表3。

式中：A為溫度；B為加酶量；C為反應(yīng)時(shí)間。從表4可知，在本試驗(yàn)設(shè)定的區(qū)域范圍內(nèi)，加酶量、反應(yīng)時(shí)間、加酶量與反應(yīng)時(shí)間交互作用的 P值分別為 0.001 2、0.000 4、0. 011 2，因此，三者對(duì)液化結(jié)果影響顯著，溫度的P值為0.714 5，即溫度對(duì)提取率的影響并不十分顯著。

響應(yīng)面2種因素得出3個(gè)立體圖形，如圖4、圖5和圖6所示，能清晰地看出溫度、反應(yīng)時(shí)間、加酶量之間的關(guān)系。

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