高速均質(zhì)剪切對(duì)淀粉糖液化液糖分組成和分子量分布的影響*

郭 峰 徐正康 羅建勇 周彥斌 陳文鋒 葉曉蕾 李海燕 陳志穎

（廣州雙橋股份有限公司，廣東廣州 510280）

淀粉液化液是淀粉不完全水解產(chǎn)物，通常DE（還原糖占糖漿干物質(zhì)的百分比）值小于20，葡萄糖含量很低，可用于制備麥芽糊精，亦可繼續(xù)糖化制取其他淀粉糖。液化液的功能性質(zhì)與DE 值、糖分組成、分子量分布等密切相關(guān)，即使同一DE 值的液化液，由于生產(chǎn)工藝、原料的不同，其在糖分組成和分子量分布方面存在一定的差異，導(dǎo)致液化液進(jìn)一步糖化制得的糖漿產(chǎn)品具有不同的特性，對(duì)此，僅僅通過DE 值不能全面反映產(chǎn)品的質(zhì)量水平。目前，淀粉糖漿的生產(chǎn)通常采用高溫噴射液化工藝，存在高溫液化酶作用迅速、產(chǎn)品分子量分布廣、穩(wěn)定性不易控制等缺點(diǎn)。本文在耐高溫α- 淀粉酶和高溫噴射液化基礎(chǔ)上，再通過高剪切均質(zhì)機(jī)的黏性切應(yīng)力、湍流應(yīng)力與酶解作用協(xié)同完成二次液化，將長鏈糊精分裂、破碎、分散，實(shí)現(xiàn)對(duì)淀粉液化產(chǎn)物糊精組成分布的控制。采用高效液相色譜與凝膠過濾色譜相結(jié)合的分析手段，研究生物酶解協(xié)同高速均質(zhì)剪切對(duì)淀粉糖液化液糖分組成和分子量分布的影響，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究這種不同對(duì)糖化過程的影響，為淀粉糖的生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

食用玉米淀粉：吉林中糧生化能源銷售有限公司。

1.2 試劑

二甲亞砜、氯化鈉、苯酚、濃硫酸，市售。

1.3 主要儀器設(shè)備

FM30-D 實(shí)驗(yàn)室間歇式高剪切分散乳化機(jī)，上海弗魯克科技發(fā)展有限公司；515 高效液相色譜儀、2414 折光示差檢測(cè)器，Waters 公司；HL-2 恒流泵、SBS-160 型自動(dòng)部分收集器，上海滬西分析儀器廠；GZX-9246 MBE 型數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；Lambda 紫外- 可見分光光度計(jì)，美國珀金埃爾默股份有限公司PERKINELMER；ML204 型電子分析天平，梅特勒- 托利多儀器有限公司；simplicity UV 型超純水系統(tǒng)，美國密理博有限公司；臺(tái)式離心機(jī)LD4-2A，上海久濱儀器有限公司。試驗(yàn)用器皿均用15%硝酸浸泡24 h，超純水沖凈晾干后備用。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 液化液制備

將玉米淀粉加水配制成18°Bé 的淀粉乳，調(diào)節(jié)pH 值至5.8，加入α- 淀粉酶（占玉米淀粉質(zhì)量的0.03%）進(jìn)行連續(xù)噴射液化，出口溫度為106 ℃～108 ℃，維持5 min，閃蒸降溫后補(bǔ)加α- 淀粉酶（占玉米淀粉質(zhì)量的0.02%），維持100 ℃至DE 值9～10，得到液化液。

1.4.2 高速均質(zhì)剪切對(duì)液化液的影響

1.4.2.1 高速均質(zhì)剪切速率對(duì)液化液的影響

取制備好的淀粉液化液5 份，每份2 L，第1份加4%HCl 滅酶，計(jì)作樣品1；3 份樣品經(jīng)高速剪切分散乳化機(jī)進(jìn)行剪切分散，其中，第2 份樣品剪切轉(zhuǎn)速6 000 r/min，剪切8 min，加4% HCl 滅酶，計(jì)作樣品2；第3 份樣品剪切轉(zhuǎn)速8 000 r/min，剪切8 min，加4%HCl 滅酶，計(jì)作樣品3；第4 份樣品剪切轉(zhuǎn)速10 000 r/min，剪切8 min，加4% HCl滅酶，計(jì)作樣品4；第5 份樣品不剪切，靜置8 min后加4%HCl 滅酶，計(jì)作樣品5。

1.4.2.2 高速均質(zhì)剪切時(shí)間對(duì)液化液的影響

取制備好的淀粉液化液5 份，每份2 L，第1份加4% HCl 滅酶，計(jì)作樣品6；其余4 份經(jīng)高速剪切分散乳化機(jī)進(jìn)行剪切分散，剪切轉(zhuǎn)速均為6 000 r/min，第2 份樣品剪切6 min，加4% HCl滅酶，計(jì)作樣品7；第3 份樣品剪切8 min，加4%HCl 滅酶，計(jì)作樣品8；第4 份樣品剪切10 min，加4%HCl 滅酶，計(jì)作樣品9；第5 份樣品剪切12 min，加4%HCl 滅酶，計(jì)作樣品10。

1.4.3 凝膠過濾色譜

1.4.3.1 樣品制備

50 mg 樣品溶于1 mL 二甲亞砜，完全溶解后蒸餾水定容至50 mL，2 000 r/min 離心10 min，取上清液。

1.4.3.2 色譜條件

SephadexG-25、Sephadex G-150（1.6×60 cm）；上樣量：1 mL；洗脫液：0.05 mol/L 氯化鈉；洗脫速度：14.4 mL/h；收集時(shí)間：20 min/管。

1.4.3.3 檢測(cè)

苯酚- 硫酸法測(cè)總糖：1 mL 樣品與1 mL5%苯酚液混合，加入5 mL 濃硫酸，冷卻至室溫后于490 nm 比色。

1.4.4 高效液相色譜

1.4.4.1 樣品制備

1.5g 樣品溶于100 mL 純水中，完全溶解搖勻后經(jīng)孔徑0.45 μm 尼龍微孔膜過濾，取濾液進(jìn)樣。

1.4.4.2 色譜條件

色譜柱：Bio-Rad Aminex HPX-42A，7.8×300 mm；流動(dòng)相：純水；柱溫：85 ℃；流速：0.6 mL/min；進(jìn)樣體積：20 μL。

1.4.5 高速均質(zhì)剪切對(duì)糖化液的影響

取制備好的淀粉液化液3 份，每份2 L，第1 份加4%HCl 滅酶，計(jì)作樣品11；其余2 份樣品經(jīng)高速剪切分散乳化機(jī)進(jìn)行剪切分散，其中，第2 份樣品剪切轉(zhuǎn)速6 000 r/min，剪切10 min，加4%HCl 滅酶，計(jì)作樣品12；第3 份樣品剪切轉(zhuǎn)速8 000 r/min，剪切10 min，加4%HCl 滅酶，計(jì)作樣品13。將上述3 份液化液的溫度調(diào)節(jié)至60 ℃±0.2 ℃、pH 調(diào)節(jié)至5.2，加入玉米淀粉質(zhì)量0.08%的β- 淀粉酶和玉米淀粉質(zhì)量0.04%的普魯蘭酶，保溫20 h，升溫至84 ℃±2 ℃，保溫1 h 后，測(cè)定糖化液的糖分組成。

2 結(jié)果與討論

2.1 高速均質(zhì)剪切對(duì)液化液的影響

2.1.1 高速均質(zhì)剪切速率對(duì)液化液的影響

剪功速率對(duì)液化液樣品糖分組成的影響見表1。由表1 可知，樣品2 至樣品4，較樣品1 而言，G1～G8含量都隨剪切速率的增大而增大，G9、G10及以上含量，隨剪切速率的增大而減小，表明高速均質(zhì)剪切對(duì)淀粉糖液化液組分有明顯作用，可以進(jìn)一步使多糖降解；樣品5 的G2、G4、G9、G10及以上含量較樣品1 大，其余各組分均相同或略小，這是由于在靜置過程中，液化液中某些糖組分發(fā)生降解和聚合反應(yīng)所致。

剪切速率對(duì)液化液樣品分子量、聚合度的影響結(jié)果見表2。

表1 剪切速率對(duì)液化液樣品糖分組成的影響

表2 剪切速率對(duì)液化液樣品分子量、聚合度的影響

由表2 可知，樣品2 至樣品4，較樣品1 而言，液化液分子量Mn、Mw、聚合度D 都隨剪切速率的增大而減小，表明隨著高速均質(zhì)剪切速率的增大，液化液分子量分布更加均勻。

2.1.2 高速均質(zhì)剪切時(shí)間對(duì)液化液的影響

剪切時(shí)間對(duì)液化液樣品糖分組成的影響見表3。由表3 可知，樣品7 至樣品10，與對(duì)照樣品6 相比，G1～G8含量都隨剪切時(shí)間的延長而增大，G10及以上含量，隨剪切時(shí)間的延長而減??；樣品7 至樣品10，G9含量隨剪切時(shí)間的延長而降低。剪切時(shí)間對(duì)液化液樣品分子量、聚合度的影響見表4。由表4 可知，樣品7 至樣品10，較樣品6 而言，液化液分子量Mn、Mw、聚合度D 都隨剪切時(shí)間的延長而減小，表明隨著高速均質(zhì)剪切時(shí)間的延長，液化液分子量分布更加均勻。由表3、表4 的數(shù)據(jù)可知，剪切時(shí)間達(dá)到10 min 后，高速均質(zhì)剪切對(duì)液化液糖分組成的影響趨于平緩。

表3 剪切時(shí)間對(duì)液化液樣品糖分組成的影響

表4 剪切時(shí)間對(duì)液化液樣品分子量、聚合度的影響

2.2 高速均質(zhì)剪切對(duì)糖化液的影響

本文選用糖化后糖組分作為考察對(duì)象，采用高效液相色譜分析其糖分組成，進(jìn)一步研究了高速均質(zhì)剪切對(duì)淀粉糖質(zhì)量的影響，結(jié)果見表5。

表5 樣品糖化液糖分組成測(cè)定結(jié)果

由表5 可知，經(jīng)過高速均質(zhì)剪切的液化液樣品12、樣品13，與對(duì)照樣11 比較，糖化液中單糖、二糖、三糖、四糖都有所增加，五糖及以上含量小于對(duì)照樣，這充分說明液化液的分子量分布均勻、分子大小差別小更有利于糖化的進(jìn)行。

3 結(jié) 論

試驗(yàn)結(jié)果表明，高速均質(zhì)剪切對(duì)淀粉糖液化液糖分組成、分子量分布及淀粉糖質(zhì)量均有一定的影響，這對(duì)于指導(dǎo)具有特定功能性質(zhì)的淀粉糖品的生產(chǎn)和應(yīng)用有著積極的作用，可以通過高速均質(zhì)剪切改善淀粉液化效果，為糖化提供比傳統(tǒng)工藝更適合的底物，底物分子數(shù)量增多，尾端基增多，使糖化、轉(zhuǎn)苷反應(yīng)效率得以提高。