高純麥芽糖生產(chǎn)工藝的發(fā)展與展望

駱楊慶 吳志明 段蕊 張俊杰 李升福

摘 要：高純麥芽糖生產(chǎn)經(jīng)歷了傳統(tǒng)生產(chǎn)法、酸酶生產(chǎn)法、雙酶生產(chǎn)法、多酶協(xié)同法等幾個階段。該文分析了前3種高純麥芽糖生產(chǎn)工藝的優(yōu)缺點，并以高純麥芽糖中的麥芽糖含量為指標(biāo)，結(jié)合當(dāng)今先進的生產(chǎn)技術(shù)，對多酶協(xié)同法工藝流程及要點進行了探討，以期為高純麥芽糖的生產(chǎn)提供參考。

關(guān)鍵詞：高純麥芽糖;工藝要點;多酶協(xié)同

中圖分類號 TS245.5文獻標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2021）13-0143-03

Abstract： High maltose production has gone through several stages，including traditional production method，acid enzyme production method，double enzyme production method and multi-enzyme collaboration method.The paper analyzed the advantage and disadvantage of the first three maltose production process.Talking the maltose content of high purity maltose as the index.The paper discussed the process flow and the key points of the multi-enzyme collaboration method combined with the advanced production technology. The paper can provide certain reference value for the production of high purity maltose.

Key words： High purity maltose; process; multi-enzyme collaboration

1 前言

高純麥芽糖是具有發(fā)展前景的低熱值、低甜度糖類[1]，其具有甜味適口、溫和、營養(yǎng)價值高、耐高溫、抗結(jié)晶等顯著特點。麥芽糖的吸濕性低，當(dāng)高純麥芽糖吸收6%～12%水分后，就不再吸水也不釋放水分，這種吸濕穩(wěn)定性有助于抑制食品脫水和防止淀粉食品老化，可延長商品的貨架期[2]。由于高純麥芽糖具有以上優(yōu)良的性能，在食品、醫(yī)藥、化妝品行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用[3-5]。將麥芽糖用于冷飲制品中，可以改善冰激凌的組織結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品口味更加細膩;用于嬰幼兒、老年人食品及運動員飲料中，使其具有特殊的保健、療效功能[6]。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及人們對麥芽糖品質(zhì)的要求越來越高，高純液體麥芽糖已成為制糖行業(yè)研究的方向，同時也是進入國際市場，參與國際競爭的保證[7-8]。

2 高純麥芽糖生產(chǎn)工藝發(fā)展階段

2.1 傳統(tǒng)生產(chǎn)階段 傳統(tǒng)生產(chǎn)方法可以追溯到公元100年的東漢時期，許慎在《說文》中記載：“飴，米蘗煎也”，即：發(fā)了芽的麥子可以使煮過的米糖化成飴糖[9]。該方法的過程為：（1）培育麥芽：將小麥或大麥清洗干凈，放入木桶或陶缸內(nèi)，加水浸泡，每天用不超過30℃的溫水噴2～3次，5～7d出芽后，將麥芽從麥粒上切下，搗碎備用。（2）蒸煮大米：將大米浸泡5h，蒸煮2～3h，冷卻至55～60℃后，加入搗碎的麥芽，充分混合均勻。（3）酶解：將混合麥芽的大米置于缸內(nèi)，密封，保持55～60℃，發(fā)酵6～8h。（4）過濾：將酵解好的麥芽糖用布袋過濾，再經(jīng)過熬制后得到麥芽糖。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式解決了當(dāng)時麥芽糖生產(chǎn)工藝的空白，但其存在明顯的缺點，即麥芽糖含量低，只有30%～40%;得率低;生產(chǎn)為間歇式且酶解條件比較粗糙;麥芽糖的純度低。

2.2 酸酶生產(chǎn)階段 1904年，Ost將麥芽用草酸水解制備葡萄糖時，同時得到了麥芽糖[10]。1914年，Duryea對酸酶法生產(chǎn)工藝進行了改良，用酸處理淀粉得到可溶性淀粉，再用麥芽抽提物在59℃下進行糖化，得到了流動性好的糖化液，這就是酸酶法生產(chǎn)階段的雛形[11]。酸酶法生產(chǎn)工藝為：（1）液化：將淀粉與水混合后形成淀粉乳，加入鹽酸，調(diào)節(jié)pH值2左右，加熱至145℃保溫，經(jīng)過閃蒸降溫，并加入液堿，將pH值調(diào)節(jié)至糖化的pH值，（2）糖化：加入β-淀粉酶糖化，得到純度較高的麥芽糖。

酸酶法生產(chǎn)工藝的優(yōu)點為：產(chǎn)品的麥芽糖含量比傳統(tǒng)法含量高，酶解產(chǎn)物純度較高，易于實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn);其缺點為：工藝中加入了大量鹽酸，后期需要加入大量液堿中和，增加后期糖液離子交換的負荷;在較低的pH條件下酸解，糖液的顏色較深、雜糖較多，增加了后期的凈化、提純的成本。

2.3 雙酶法生產(chǎn)階段 19世紀(jì)60年代，隨著酶制劑工業(yè)的發(fā)展，麥芽糖的生產(chǎn)方法也發(fā)生了根本性變化，摒棄了酸解法，采用酶法水解淀粉，繼而酶解得到麥芽糖產(chǎn)物。工藝為：（1）淀粉酶解，以淀粉為原料，加入真菌α-淀粉酶后進行液化、糊化，淀粉的大分子被真菌α-淀粉酶分解為低聚糖和糊精;（2）雙酶酶解，將淀粉酶解液調(diào)節(jié)pH至5.6，加入β-淀粉酶、普魯蘭酶，保持56～58℃的溫度糖化，經(jīng)過30～50h的糖化，得到產(chǎn)物的麥芽糖的含量可達到60%～70%。雙酶法生產(chǎn)工藝的優(yōu)點為：工藝生產(chǎn)效率高、便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)、原料利用率高、生產(chǎn)條件溫和、生產(chǎn)成本低;缺點為：最終產(chǎn)物麥芽糖含量僅為60%～70%，純度還達不到食品工業(yè)的應(yīng)用要求。

2.4 多酶協(xié)同法生產(chǎn)階段 隨著人們對高純麥芽糖需求的增加以及酶制劑種類的增加，通過多種酶制劑協(xié)同作用的方法，可生產(chǎn)出含量達到88%以上的高純麥芽糖。常用的酶制劑有：α-淀粉酶、β-淀粉酶、普魯蘭酶、麥芽糖酶等。多酶協(xié)同法克服了前面3種方法的缺點，為高純麥芽糖的應(yīng)用提供了有力的基礎(chǔ)。

3 多酶協(xié)同法生產(chǎn)工藝

3.1 工藝流程 詳見圖1。

3.2 工藝要點

3.2.1 調(diào)漿 調(diào)漿罐中注入50%液位的水，加入玉米淀粉充分攪拌，形成波美度（15.5±0.5）的淀粉乳，用5%的堿液將淀粉乳的pH值調(diào)至（5.8±0.1），加入耐高溫α-淀粉酶，添加量為0.5g/kg干物質(zhì)。

3.2.2 高溫噴射 用蒸汽噴射器將淀粉乳的溫度升至105～110℃，淀粉發(fā)生糊化作用，淀粉的晶體結(jié)構(gòu)消失、體積膨脹、粘度急劇上升，呈粘稠的糊狀，成為非結(jié)晶性的淀粉，以便液化過程中耐高溫α-淀粉酶的作用[13]。

3.2.3 液化 高溫噴射后的物料進入液化工段，耐高溫α-淀粉酶從淀粉分子內(nèi)部隨機斷開α-1，4糖苷鍵，使淀粉變成低聚糖及糊精。用DE值表示淀粉的水解程度（還原性糖全部當(dāng)作葡萄糖計算，占干物質(zhì)的百分比稱為DE值）[14，15]，DE值越高，液化時間越短;反之亦然。生產(chǎn)高純麥芽糖時，DE值控制在4～6[16]。若DE過高，淀粉被水解為短鏈的低聚糖及糊精，分子量小，β-淀粉酶水解效果不佳，影響糖化過程的麥芽糖含量，最終的麥芽糖含量達不到要求。如果DE值過低，淀粉被水解為大分子的低聚糖及糊精，液化液很容易老化，易堵塞管道。

3.2.4 二次噴射 液化過程中，耐高溫α-淀粉酶一直在水解淀粉，當(dāng)DE值達到設(shè)定值時，需要及時阻止耐高溫α-淀粉酶的作用，防止DE值繼續(xù)上升。用蒸汽噴射器將液化液升溫至146～148℃，使α-淀粉酶滅活。

3.2.5 閃蒸降溫 二次噴射后的高溫物料輸送入真空閃蒸罐，由于壓力突然降低，部分水發(fā)生汽化，帶走大量熱量，使液體溫度降低至56～58℃，同時向降溫后的液化液中添加5%鹽酸，將pH值調(diào)至5.2～5.5，以便β-淀粉酶、普魯蘭酶、麥芽糖酶的作用[17]。

3.2.6 糖化 經(jīng)過降溫、調(diào)節(jié)pH值的液化液輸送至糖化罐，同時在線添加普魯蘭酶，添加量為1.7g/kg干物質(zhì)。當(dāng)液位達到設(shè)定值后，一次性向糖化罐中添加β-淀粉酶和麥芽糖酶，β-淀粉酶添加量為0.6g/kg干物質(zhì)，麥芽糖酶添加量為1.4g/kg干物質(zhì)，充分攪拌均勻。普魯蘭酶斷開α-1，6糖苷鍵，使淀粉的支鏈變成直鏈，或?qū)⒋蠓肿幼兂尚》肿?β-淀粉酶從淀粉的非還原性末端依次切開相隔的α-1，4糖苷鍵，生成麥芽糖[18]。糖化過程剛開始時，水解速度較快，當(dāng)?shù)途厶潜磺懈畛筛〉姆肿訒r，β-淀粉酶對小分子底物分解速度緩慢，故酶解速度減慢，此時，麥芽糖酶將起重要作用，將三糖分解成一分子葡萄糖、一分子麥芽糖。

在糖化過程中，需保持穩(wěn)定的溫度、pH值，并持續(xù)攪拌，通過高效液相色譜測定糖液中的葡萄糖、麥芽糖含量。當(dāng)糖化20h后，麥芽糖的含量達到80%左右，麥芽三糖的含量在4%左右，每隔4～8h取樣分析麥芽糖、麥芽三糖的含量，當(dāng)麥芽糖的含量大于85%時，向糖化液中加入中溫α-淀粉酶，添加量為0.85g/kg干物質(zhì)，并將糖化液的溫度升至64℃，加入中溫α-淀粉酶的目的是去除糖液中剩余的糊精，利于后期的過濾。本工藝糖化時間在60～70h時，麥芽糖的含量可達到88%，麥芽三糖含量小于2%。糖化時間與高純麥芽糖的含量詳見表1。

3.2.7 滅酶 為了提高過濾效果，將糖化液的溫度升至80℃，保溫3h，使酶制劑失活。用碘液檢測滅酶效果，如果檢測結(jié)果為紅棕色，則將糖化液的pH值降低至3.8，可以開始過濾。

3.2.8 真空過濾 用真空轉(zhuǎn)鼓過濾機過濾糖液，過濾前，將硅藻土預(yù)涂到真空轉(zhuǎn)鼓表面，形成濾餅，糖液在真空的作用下，吸入真空轉(zhuǎn)鼓的收集管中，糖液中的蛋白質(zhì)等雜質(zhì)附著在硅藻土表面，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動過程中，刮刀去除硅藻土表面的雜質(zhì)，保證過濾效率。

3.2.9 脫色、過濾 向糖液中加入活性炭，在60～80℃溫度下攪拌30min，活性炭可以吸附糖液中的有色物質(zhì)，脫色后的糖液使用葉濾機過濾去除其中的活性炭[19]，糖液由淡黃色變成無色。

3.2.10 精制 用離子交換柱去除糖液中的各種陰陽離子，降低糖液的電導(dǎo)率。

3.2.11 蒸發(fā) 采用四效蒸發(fā)器對糖液進行濃縮，蒸發(fā)后的成品為高純麥芽糖液，輸送到成品儲罐中儲存。

4 展望

綜合4種生產(chǎn)高純麥芽糖的工藝，得出多酶協(xié)同法生產(chǎn)的產(chǎn)品具有含量高、成本低、可連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于淀粉深加工行業(yè)，市場前景較好，在食品行業(yè)的需求很大，具有很高的應(yīng)用價值。

高純麥芽糖生產(chǎn)中的酶制劑使用已經(jīng)有了很大提高，但是酶制劑的重復(fù)利用與穩(wěn)定性一直是高純麥芽糖生產(chǎn)的一個難點，也是國內(nèi)外研究的熱點，目前固定化酶已成為解決該問題的方法之一。除了固定化酶法，還有超濾法生產(chǎn)高純麥芽糖、熱分離系統(tǒng)精制高純麥芽糖等，這些方法將會使酶法生產(chǎn)高純麥芽糖進入一個新的階段，在成本、質(zhì)量及工藝控制方面都會有較大的改善[17]。

參考文獻

[1]葉紅玲.全酶法制備超高麥芽糖漿工藝的研究[D].合肥：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010：3.

[2]高嘉安.淀粉與淀粉制品工藝學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2001：185.

[3]袁建微.機械活化淀粉糖化制備麥芽糖漿的研究[D].南寧：廣西大學(xué)，2008：6-8.

[4]李志達，唐根源.高麥芽糖漿的工藝研究[J].中國糧油學(xué)報，1995，10（1）：27.

[5]葉玲玲，肖志剛，王利民，等.擠壓玉米粉制備高麥芽糖漿工藝優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012，28（023）：277-285.

[6]黃立新，徐正康.淀粉糖漿的酶法生產(chǎn)和發(fā)展[J].淀粉與淀粉糖，2001（002）：6-9.

[7]訾楠.生麥芽糖α-淀粉酶基因的克隆與鑒定[D].無錫：江南大學(xué)，2008：10-13.

[8]張云茹，范守城，范首君，等.全酶法生產(chǎn)高麥芽糖漿及其工藝研究[J].中國糧油學(xué)報，2006，21（002）：23-26.

[9]張力田.淀粉糖[M].2版（修訂版）.北京：中國輕工業(yè)出版社，1998：59-64.

[10]Snyder E M. Starch：Chemistry and Technology[M].Food Science and Technology， 1984：661-673.

[11]Radley J A， Tripp B H .Starch and its Derivatives[J].Chapman & Hall，1954，146.

[12]孟憲梅，杜承，秦亞楠.耐高溫-淀粉酶的分子生物學(xué)研究進展[J].吉林工商學(xué)院學(xué)報，2010，26（05）：41-43.

[13]安莉莉.物理場作用下木薯淀粉氧化交聯(lián)及結(jié)構(gòu)表征[D].天津：天津科技大學(xué)，2015：7-12.

[14]孔玉萍，夏懷翔.DE值檢測方法的探討[J].當(dāng)代化工研究，2017（03）：27-28.

[15]鄭美娟，郭金玲，余華順，等.耐酸性高溫α-淀粉酶液化工藝條件的研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2015，393（19）：29-31.

[16]郭俊珍，王澤南，張書光，等.碎米酶法制備高麥芽糖漿的工藝研究[J].食品科學(xué)，2009，30（24）：148-151.

[17]徐麗霞，扶雄，黃強.淀粉酶在麥芽糖生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].中國甜菜糖業(yè)，2007（4）：29-31.

[18]柳輝.枯草桿菌α-淀粉酶基因克隆及其在畢赤酵母中的表達[D].武漢：華中科技大學(xué)，2007：9-10.

[19]劉麗.擠壓酶解技術(shù)制備碎米淀粉糖[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013：46-47.

（責(zé)編：張宏民）