大米飴糖生產(chǎn)工藝的優(yōu)化研究

劉軍,李麗,劉利

(四川理工學(xué)院 生物工程學(xué)院，四川 自貢 643000)

飴糖，又名麥芽糖飴或麥芽糖漿，是歷史最為悠久的淀粉糖品，主要成分是麥芽糖和糊精，呈粘稠狀微透明液體，淡黃色或棕黃色，清香濃郁，調(diào)味柔和，既可直接食用，又是飲食、糖果、糕點(diǎn)食品、醫(yī)藥化工級(jí)鑄造等工業(yè)的原料[1-3]。

傳統(tǒng)的飴糖生產(chǎn)工藝多是以家庭作坊式的手工生產(chǎn)，該方法工藝流程比較簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，出糖率低，不易實(shí)現(xiàn)大生產(chǎn)[4]。目前工業(yè)上一般用酶法連續(xù)化生產(chǎn)飴糖，將大米磨漿時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)pH，加入α-淀粉酶和糖化酶進(jìn)行液化和糖化，將糊精和低聚糖分解成短鏈糊精、麥芽糖、葡萄糖等。再經(jīng)煮沸滅酶后，進(jìn)行過(guò)濾、真空濃縮得到固形物含量為75%～85%的飴糖[5]。本研究在酶法的基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝條件的優(yōu)化，希望在低成本的情況下生產(chǎn)出高質(zhì)量的飴糖；同時(shí)控制其干燥工藝條件，使得生產(chǎn)出的飴糖外觀色澤更好。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大米：市售；α-耐高溫淀粉酶、糖化酶、氯化鈣、三乙醇胺鹽酸鹽、醋酸鈉、己糖激酶、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶、3,5-二硝基水楊酸、碘、碘化鉀、酒石酸鉀鈉、苯酚、碳酸氫鈉、α-葡糖苷酶、鹽酸、無(wú)水乙醇：成都科龍化工試劑公司。

Cintra4040紫外可見分光光度計(jì) GBC科學(xué)儀器公司；CP114電子天平 奧豪斯儀器(上海)有限公司；B-220恒溫水浴鍋 上海亞萊生化儀器廠；SHZ-D真空泵 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑的配制

1.2.1.1 0.1 mol/L碘試劑的配制

取13 g碘及35 g碘化鉀于少量蒸餾水中，待全部溶解后，用蒸餾水稀釋至100 mL，混勻，此溶液保存于具有磨口塞的棕色瓶中。

1.2.1.2 DNS試劑的配制

酒石酸鉀鈉18.2 g，溶于50 mL蒸餾水中，加熱，于熱水溶液中依次加入3,5-二硝基水楊酸0.63 g、氫氧化鈉 2.1 g、苯酚0.5 g、亞硫酸氫鈉0.5 g，攪拌至溶解，冷卻后用蒸餾水定容至100 mL, 貯于棕色瓶中，室溫保存。

1.2.1.3 測(cè)定葡萄糖曲線標(biāo)準(zhǔn)試劑的配制

準(zhǔn)確稱取干燥恒重的葡萄糖100 mg，加入少量蒸餾水溶解后，以蒸餾水定容至100 mL，即含葡萄糖為1 mg/mL。

1.2.1.4 醋酸緩沖液(0.1 g/L，pH 6.6)

稱取三水醋酸鈉0.68 g溶解于40 mL蒸餾水中，用醋酸調(diào)pH至6.6，再用蒸餾水定容至50 mL。

1.2.1.5 α-葡糖苷酶液

用67 mmol/L磷酸鉀緩沖液配制0.04 mg/mL的α-葡糖苷酶溶液。

1.2.1.6 三乙醇胺緩沖液

稱取三乙醇胺鹽酸鹽14.0 g與七水硫酸鎂 0.25 g溶解于80 mL蒸餾水中，用NaOH約5 mL(5 g/L)調(diào)pH至7.6,再用重蒸餾水定容至100 mL。

1.2.1.7 還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸液

稱取NADP-Na260 mg溶解于6mL重蒸餾水中，配成濃度為12.5 mg/L的溶液。

1.2.1.8 三磷酸腺苷液

稱取ATP-Na2H2300 mg與碳酸氫鈉300 mg溶解于6 mL重蒸餾水中，配成濃度為51 mg/L的溶液。

1.2.1.9 己糖激酶液

稱取己糖激酶1 mg溶于5 mL蒸餾水中。

1.2.1.10 葡萄糖-6-磷酸脫氫酶液

稱取葡萄糖-6-磷酸脫氫酶1 mg溶于10 mL蒸餾水中。

1.2.2 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定

葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線：采用DNS法；從標(biāo)準(zhǔn)曲線查出葡萄糖mg/mL數(shù)，求出樣品中還原糖含量，并且算出DE值。

還原糖含量= [H·N·(V1/ V2)]/M。

式中：H為還原糖質(zhì)量(mg)；N為樣品稀釋倍數(shù)；V1為提取液總體積(mL)；V2為測(cè)定時(shí)用的體積(mL)；M為樣品質(zhì)量(g)。

DE=Y/G。

式中：Y為還原糖含量；G為干物質(zhì)的量(g干物質(zhì)/100 mL糖液)。

1.2.3 樣品中葡萄糖和麥芽糖含量測(cè)定

酶法測(cè)定樣品中葡萄糖含量；酶法測(cè)定樣品中麥芽糖含量[6]。

1.2.4 樣品波美度的測(cè)定

將樣品冷卻到室溫，倒入50 mL的量筒中，將干凈的波美計(jì)放入樣品溶液中使得波美計(jì)懸浮，并記錄數(shù)據(jù)。

1.2.5 樣品粘度的測(cè)定

采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定[7]。

1.2.6 耐高溫α-淀粉酶用量對(duì)飴糖質(zhì)量的影響

準(zhǔn)確稱取100 g大米4份，分別裝入500 mL燒杯中，加水比為1∶3，編號(hào)為1，2，3，4，調(diào)節(jié)pH至6.5～7.5，分別添加α-淀粉酶0.3，0.5，0.8，1.0 g，液化15 min。液化完成后迅速過(guò)濾，取濾液稀釋測(cè)定葡萄糖、麥芽糖、粘度、DE值、波美度。

1.2.7 耐高溫α-淀粉酶作用時(shí)間對(duì)飴糖質(zhì)量的影響

稱取100 g大米4份，分別裝入500 mL燒杯中，加水比為1∶3，編號(hào)為1，2，3，4，調(diào)節(jié)pH至6.5～7.5，分別加入1.2.6所確定的最適淀粉酶用量。分別液化8，12，20，24 min，之后的操作同1.2.6。

1.2.8 糖化酶用量對(duì)飴糖質(zhì)量的影響

稱取100 g大米4份，分別裝入500 mL燒杯中，加水比為1∶3，編號(hào)為1，2，3，4。分別加入1.2.6所確定的最適淀粉酶用量。液化完成后迅速冷卻到58～62 ℃，同時(shí)調(diào)節(jié)pH至4～4.5。分別加入糖化酶34 ，40，45，50 μL糖化3 h。糖化后過(guò)濾，之后的操作同1.2.6。

1.2.9 糖化酶作用時(shí)間對(duì)飴糖質(zhì)量的影響

稱取100 g大米4份，分別裝入500 mL燒杯中，加水比為1∶3，編號(hào)為1，2，3，4，調(diào)節(jié)pH至6.5～7.5，加入1.2.6所確定的最適淀粉酶用量。液化完成后迅速冷卻到58～62 ℃，同時(shí)調(diào)節(jié)pH至4～4.5。加入糖化酶50 μL，分別反應(yīng)2，3，4，5 h。糖化后過(guò)濾，之后的操作同1.2.6。

1.2.10 不同的大米和水的比例對(duì)飴糖質(zhì)量的影響

稱取100 g大米4份，分別裝入500 mL燒杯中，編號(hào)為1，2，3，4。按加水比為1∶2，1∶2.5，1∶3，1∶3.5進(jìn)行糊化，加入1.2.6所確定的最適淀粉酶用量，液化12 min。液化完成后迅速冷卻到58～62 ℃，同時(shí)調(diào)節(jié)pH至4～4.5。分別加入50 μL糖化酶液糖化2 h。糖化后過(guò)濾，之后的操作同1.2.6。

1.2.11 真空干燥時(shí)間對(duì)飴糖質(zhì)量的影響

稱取100 g大米4份，分別裝入500 mL燒杯中，編號(hào)為1，2，3，4組。以1.2.10所確定的最適加水比進(jìn)行糊化，糊化后加入1.2.6所確定的最適淀粉酶用量，液化12 min。液化完成后迅速冷卻到58～62 ℃，同時(shí)調(diào)節(jié)pH至4～4.5。分別加入糖化酶50 μL糖化2 h。糖化后過(guò)濾，取濾液進(jìn)行真空干燥，分別干燥3，4，5，6 h。干燥好后取適當(dāng)質(zhì)量的飴糖進(jìn)行稀釋，之后的操作同1.2.6。

1.2.12 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)液化酶用量、糖化酶用量等單因素實(shí)驗(yàn)，選定正交實(shí)驗(yàn)的因素和水平，見表1。正交實(shí)驗(yàn)采用 L8(32)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

表2 正交實(shí)驗(yàn)組合表Table 2 Orthogonal experimental combination

根據(jù)實(shí)驗(yàn)組合，按1∶3加水比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，液化酶和糖化酶用量見表2，作用時(shí)間分別是12 min和2 h。糖化后過(guò)濾，取濾液稀釋測(cè)定葡萄糖、麥芽糖、粘度、DE值、波美度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel、Origin 9.1等軟件對(duì)單因素結(jié)果進(jìn)行分析、作圖，單因素平行實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3組，正交實(shí)驗(yàn)采用平均值及標(biāo)準(zhǔn)差表示[8，9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別取1 mg/mL葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mL于15 mL試管中，準(zhǔn)確加入DNS試劑2 mL，在540 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線，見圖1。

圖1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Glucose standard curve

2.2 耐高溫α-淀粉酶用量對(duì)飴糖質(zhì)量的影響

耐高溫α-淀粉酶用量對(duì)飴糖成分中麥芽糖、葡萄糖、DE值、粘度和波美度的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2和圖 3。

圖2 液化酶用量對(duì)麥芽糖、葡萄糖的影響Fig.2 Effect of liquifying enzyme dosage on maltose and glucose

圖3 液化酶用量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Fig.3 Analysis of experimental data of liquifying enzyme dosage

由圖2和圖3可知，酶用量在0.2～1.1 g范圍內(nèi)，飴糖中麥芽糖的含量隨耐高溫α-淀粉酶用量增加而減少，葡萄糖含量隨耐高溫α-淀粉酶用量增加而減少，DE值隨耐高溫α-淀粉酶用量增加而呈上升趨勢(shì),且在17～28的范圍內(nèi)。波美度在9～10 °Be′范圍內(nèi)小幅度變化，當(dāng)耐高溫α-淀粉酶用量為0.2 g時(shí)，液化液中麥芽糖含量最高為15.4 g/L，葡萄糖含量最低為2.6 g/L。

2.3 耐高溫α-淀粉酶作用時(shí)間對(duì)飴糖質(zhì)量的影響

耐高溫α-淀粉酶作用時(shí)間對(duì)飴糖質(zhì)量影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4和圖5。

圖4 液化酶作用時(shí)間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Fig.4 Analysis of action time of liquifying enzyme

圖5 液化酶作用時(shí)間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Fig.5 Analysis of action time of liquifying enzyme

由圖 4和圖5可知，在8～12 min時(shí)，葡萄糖含量、麥芽糖含量都隨耐高溫α-淀粉酶作用時(shí)間延長(zhǎng)而增大。在12～24 min時(shí)，α-淀粉酶作用時(shí)間增長(zhǎng)，麥芽糖含量減少，而葡萄糖含量增加，DE值隨耐高溫α-淀粉酶作用時(shí)間延長(zhǎng)而增大。波美度基本沒有變化。耐高溫α-淀粉酶作用時(shí)間在 12 min時(shí)麥芽糖達(dá)到最大值15.6 g/L。

2.4 糖化酶用量對(duì)飴糖質(zhì)量的影響

糖化酶用量對(duì)飴糖質(zhì)量的影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6和圖7。

圖6 糖化酶用量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Fig.6 Analysis of experimental data of saccharifying enzyme

圖7 糖化酶用量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Fig.7 Analysis of experimental data of saccharifying enzyme

由圖 6和圖7可知，糖化酶添加量為34～45 μL時(shí)，麥芽糖的含量隨糖化酶添加量的增加而增大，當(dāng)糖化酶添加量50 μL時(shí)，麥芽糖含量增大，葡萄糖隨著糖化酶的添加量增加而增大，DE值也隨糖化酶量的添加而增大，波美度幾乎沒有變化。

在添加量為34，40 μL時(shí)因?yàn)樘腔傅奶砑恿坎粔?，所以麥芽糖和葡萄糖的含量都不多。?dāng)酶量增加以后麥芽糖和葡萄糖的含量增加，隨著麥芽糖和葡萄糖量的增加，DE值也增加，粘度也增大。

2.5 糖化酶作用時(shí)間對(duì)飴糖質(zhì)量的影響

糖化酶作用時(shí)間對(duì)飴糖質(zhì)量的影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖8和圖9。

圖8 糖化酶作用時(shí)間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Fig.8 Analysis of action time of saccharifying enzyme

圖9 糖化酶作用時(shí)間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Fig.9 Analysis of action time of saccharifying enzyme

由圖8和圖9可知，糖化酶作用時(shí)間越長(zhǎng)，麥芽糖含量越低，但是飴糖中葡萄糖含量越高。DE值和葡萄糖呈同樣的趨勢(shì)變化。粘度、波美度幾乎沒有變化。

2.6 不同的料水比對(duì)飴糖質(zhì)量的影響

不同的大米和水的比例對(duì)飴糖質(zhì)量的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖10和圖11。

圖10 大米和水比例的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Fig.10 Analysis of experimental data for the ratio of rice and water

圖11 大米和水比例的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Fig.11 Analysis of experimental data for the ratio of rice and water

由圖10和圖11可知，麥芽糖的含量隨大米與水的比例增大而增大，葡萄糖的含量隨大米與水的比例增大而減小，DE值也隨大米與水的比例在減小。波美度隨大米與水的比例增加而減小。加水比會(huì)影響淀粉的糊化階段，在糊化階段淀粉加熱吸水膨脹，增加淀粉鏈和液化酶反應(yīng)的機(jī)會(huì)，在相同液化時(shí)間內(nèi)淀粉水解所得麥芽糖越多，所得的淀粉糊精就相對(duì)比較少，糖化酶作用時(shí)所產(chǎn)生的葡萄糖就會(huì)比較少。

2.7 真空濃縮時(shí)間對(duì)飴糖質(zhì)量的影響

真空濃縮時(shí)間對(duì)飴糖質(zhì)量的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖12和圖13。

圖12 真空濃縮時(shí)間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Fig.12 Experimental data analysis of vacuum concentration time

圖13 真空濃縮時(shí)間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Fig.13 Experimental data analysis of vacuum concentration time

由圖12和圖13可知，真空干燥時(shí)間越長(zhǎng)，飴糖中麥芽糖含量越高，葡萄糖的含量也越高，干燥時(shí)間越長(zhǎng)糖液的粘度越大。但是干燥時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也會(huì)影響飴糖的色澤，干燥6 h 的飴糖與干燥時(shí)間短的飴糖相比較色澤較暗。這是由于糖液長(zhǎng)時(shí)間置于高溫度下蒸發(fā),易受熱破壞其分子結(jié)構(gòu)、分解和焦化。

2.8 正交實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析

通過(guò)液化酶用量、糖化酶用量、大米與水的比例等單因素實(shí)驗(yàn)，選定正交實(shí)驗(yàn)的因素和水平，采用L8(32)正交設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表Table 3 Orthogonal experimental results table

續(xù) 表

通過(guò)對(duì)表3正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理可以分析得出制備飴糖生產(chǎn)工藝條件的最優(yōu)組合。即在制備飴糖時(shí)，飴糖中麥芽糖含量的影響因素，液化酶用量>糖化酶用量。制備飴糖的最適工藝條件：α-耐高溫液化酶用量為0.2 g，作用時(shí)間為12 min；糖化酶用量為50 μL，作用時(shí)間為2 h ；大米與水的比例為1∶3。

3 結(jié)論

在使用大米制作飴糖時(shí)，在液化階段，耐高溫α-淀粉酶用量為0.2 g，作用時(shí)間為12 min時(shí)麥芽糖含量最高。且波美度和DE值有利于后面的糖化、過(guò)濾等操作。

在糖化階段糖化酶用量為50 μL,作用時(shí)間為2 h時(shí)，糖化結(jié)束時(shí)淀粉溶液的麥芽糖含量最高。

以大米∶水為1∶3，以上述的工藝條件制備飴糖時(shí)，所得淀粉漿中麥芽糖含量比較高，也利于控制波美度和DE值。由正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析出制備飴糖時(shí)麥芽糖含量最高的工藝條件是：α-耐高溫液化酶用量為0.2 g，作用時(shí)間為12 min；糖化酶用量為50 μL，作用時(shí)間為2 h；大米與水的比例為1∶3。

對(duì)飴糖進(jìn)行真空干燥的時(shí)間對(duì)飴糖的麥芽糖含量和葡萄糖含量都有影響，真空干燥6 h所得飴糖中麥芽糖含量較高，并且對(duì)飴糖的外觀色澤也有影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃仲華.日本飴糖生產(chǎn)現(xiàn)狀[J].中國(guó)調(diào)味品，1983(4)：3-4.

[2]沈祖耀.飴糖和白飴糖的調(diào)味營(yíng)養(yǎng)與保健功能(1)[J].江蘇調(diào)味副食品，1997(4)：18-21.

[3]扶雄，羅發(fā)興，楊連生.利用木薯酶法生產(chǎn)飴糖[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2001,27(1)：78-80.

[4]沈錫偉.麥芽糖漿的生產(chǎn)和應(yīng)用[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，1988(2)：81-87.

[5]倪曉燕.飴糖酶法生產(chǎn)[J].安徽科技，2000(5)：29.

[6]張才錦.酶法分析飴糖內(nèi)麥芽糖與葡萄糖的含量[J].上海調(diào)味品，1987(1)：17-19.

[7]張力田.淀粉糖[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,1998：83- 87.

[8]GB/T 22235-2008，液體粘度的測(cè)定[S].

[9]李云雁，胡傳榮.試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理(第2版)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.