全酶法制备超高麦芽糖浆工艺

叶红玲，杜先锋*

(安徽农业大学茶与食品科技学院，安徽 合肥 230036)

全酶法制备超高麦芽糖浆工艺

叶红玲，杜先锋*

(安徽农业大学茶与食品科技学院，安徽 合肥 230036)

以碎米为原料，采用全酶法制备超高麦芽糖浆。以麦芽糖含量为指标，采用正交试验对耐高温α-淀粉酶、大麦β-淀粉酶、普鲁兰酶的添加量和糖化结束DE值4个因素进行研究，确定最佳工艺为3种酶的添加量分别为0.20、0.50、1.05kg/t原料，糖化结束DE值控制在48%左右。选用高效阴离子交换色谱法分析制备的麦芽糖浆中各糖组分含量，以峰面积外标法得出样品中麦芽糖含量为70.7%，符合超高麦芽糖标准。

超高麦芽糖；正交试验；高效阴离子交换色谱

麦芽糖浆中麦芽糖含量高，葡萄糖含量低，外观无色透明，具有甜度低，熬糖温度高，吸湿性低，抗结晶好等显著特点，是糖果工业更新换代的产品。且糖浆黏性大，增稠性强，可用于各种果蔬浓缩饮料中。此外，麦芽糖还具有特殊的保健、疗效等有益功能，适用于婴幼儿、老年人食品及运动员饮料中。

根据麦芽糖含量高低，麦芽糖浆可分为普通麦芽糖浆、高麦芽糖浆和超高麦芽糖浆。麦芽糖含量在60%以下的麦芽糖浆为普通麦芽糖浆，麦芽糖含量在60%～70%之间称为高麦芽糖浆，麦芽糖含量70%以上称为超高麦芽糖浆[1]。

在我国，超高麦芽糖浆的开发和应用越来越受到重视，特别是在糖果行业备受青睐，它是我国糖果和乳制品工业升级换代的理想糖浆。一些发达国家正朝着用超高麦芽糖浆代替葡萄糖浆以及部分砂糖的方向发展[2]。本研究采用全酶法结合喷射液化技术，使大米淀粉液化完全，严格控制液化和糖化结束DE值，最后采用高效阴离子交换色谱法对制备的糖浆进行定性和定量分析。本实验方法能大幅提高超高麦芽糖的产率，而且在品种、质量、含量上都有新突破。此外，本研究利用碎米作为原料，解决了碎米的综合利用问题，具有较好的社会效益和经济效益。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

碎米(粳米) 市购；耐高温α-淀粉酶、大麦β-淀粉酶、普鲁兰酶(酶活力分别为20037.43、105563U/mL和31005.24U/mL) 丹麦NOVO公司；葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖标准品(色谱级) 美国Sigma公司。

1.2 仪器与设备

ICS-3000离子色谱仪(配有脉冲安培检测器、CarboPac PA100 2mm分析柱和保护柱) 美国戴安公司；低压喷射液化器、配料罐、糖化罐 安徽乐健集团。

1.3 方法

1.3.1 麦芽糖浆制备工艺[3]

碎米→淘洗→碱液浸泡→磨浆→调浆→液化→液化结束灭酶→压渣→糖化→糖化结束灭酶→去渣→脱色→离子交换→初蒸→二次脱色→终浓缩→成品

1.3.2 操作要点

1.3.2.1 浸泡、磨浆、调浆

碎米原料经清杂后采用热碱液浸泡，浸泡条件为pH9～11、浸泡温度45～50℃、浸泡时间2～3h。偏碱性条件浸泡可以去除碎米中大部分可溶性蛋白质，使粗淀粉中蛋白质降至3.5%左右，有利于液化进行以及后续操作[4]。同时大米淀粉经稀碱处理后有较低的X-衍射结晶，结构疏散，易于糊化，从而易被淀粉酶酶解。调浆时一定要遵循先调pH值后加酶制剂的原则。首先调节淀粉浆的浓度在14～14.5°Bé，其次调节淀粉浆的pH值，边搅拌边调至pH5.7～5.9，最后加入耐高温α-淀粉酶，为了保持酶的活性，加入0.3～0.5kg/t原料CaCl2。

1.3.2.2 液化

喷射液化设备预热充分后，喷射液化温度110～115℃，保压5min，闪蒸冷却至98℃，进入层流柱40～60min，二次喷射液化温度为130～140℃，控制液化结束DE值[5]。DE值表示淀粉或转化淀粉按葡萄糖计算时的总还原糖值。液化DE值高，表示淀粉转化为糊精较多，糖化后糖化液组成中葡萄糖和麦芽三糖较多，而麦芽糖较少。如果DE值过低，则糖液黏度太高而难于操作，给过滤、离子交换带来困难，影响质量和产率，造成经济损失[6]。研究发现麦芽糖产率与液化液DE值具有较好的线性关系[7]，随着液化程度加深麦芽糖产率降低，见图1。

图1 液化DE值与麦芽糖产率关系图Fig.1 Relationship between post-liquefaction DE value and maltose yield

但是，DE值太小时液化液的黏度又会增大。液化不够充分，不利于后续操作。综合考虑，确定液化液DE值为10%左右。

1.3.2.3 糖化

糖化温度60℃，进料全程搅拌，糖化罐进料10%～15%起，添加总量30%～40%的大麦β-淀粉酶和普鲁兰酶，再陆续加入剩余量的大麦β-淀粉酶和普鲁兰酶。糖化开始为了避免酸败、pH值下降，可以加入0.2～0.5kg硫代硫酸钠/t糖浆[8]。糖化48h，糖化过程中，每2h测一次pH值，保证pH值在5.0以上(最佳pH值范围5.1～5.5)，必要时滴加冷的15%～20%NaOH溶液。糖化结束，升温至75～80℃灭酶。

1.3.2.4 脱色、二次压滤

糖化后糖液随着管道进入脱色罐，罐中有活性碳，保持罐温80℃左右，糖液通入后，在不断搅拌的情况下，活性碳吸附糖液所含的色素以及部分无机盐，随后活性碳随同糖液一并进入板框压滤机，经过压滤除去活性碳。

1.3.2.5 离子交换、浓缩

经脱色、压滤后的糖液进入离子交换处理系统，收集糖液进入三效浓缩后得到终产品。贮存于4℃下备用。

1.3.3 单因素试验[9]

1.3.3.1 耐高温α-淀粉酶添加量对麦芽糖含量的影响

调浆、调pH值后，大麦β-淀粉酶、普鲁兰酶的添加量分别为0.50、1.05kg/t原料，控制糖化结束DE值在48%左右，耐高温α-淀粉酶的添加量分别为0.10、0.15、0.20、0.25kg/t原料进行液化、糖化。

1.3.3.2 大麦β-淀粉酶添加量对麦芽糖含量的影响

调浆、调pH值后，耐高温α-淀粉酶、普鲁兰酶的添加量分别为0.20、1.05kg/t原料，控制糖化结束DE值在48%左右，大麦β-淀粉酶的添加量分别为0.40、0.45、0.50、0.55kg/t原料进行液化、糖化。

1.3.3.3 普鲁兰酶的添加量对麦芽糖含量的影响

调浆、调pH值后，耐高温α-淀粉酶、大麦β-淀粉酶的添加量分别为0.20、0.50kg/t原料，控制糖化结束DE值在48%左右，普鲁兰酶的添加量分别为1.00、1.05、1.10、1.15kg/t原料进行液化、糖化。

1.3.3.4 糖化结束DE值对麦芽糖含量的影响

调浆、调pH值后，耐高温α-淀粉酶、大麦β-淀粉酶、普鲁兰酶的添加量分别为0.20、0.50、1.10kg/t原料，控制糖化结束DE值分别为46%、48%、50%、52%进行液化、糖化。

1.3.4 正交试验设计

以单因素试验结果为依据，选取耐高温α-淀粉酶、大麦β-淀粉酶、普鲁兰酶的添加量和糖化结束DE值作为考察因素，每个因素拟定3个水平，进行4因素3水平正交试验，正交设计及因素见表1。

表1 正交设计因素水平表Table 1 Factors and levels in the orthogonal array design

1.3.5 分析方法

液化结束测定方法：碘量法；DE值/%=(还原糖含量/干物质含量)×100[10]；还原糖含量：采用直接滴定法进行测定[11]；干物质量(总固形物含量)使用阿贝折光仪；麦芽糖含量测定方法：高效阴离子交换色谱法。

1.3.6 色谱条件

ICS-3000离子色谱仪检测制备的糖浆中各糖组分含量。色谱条件为：色谱柱：CarboPac PA100(2mm分析柱和保护柱)；淋洗液：0.2mol/L氢氧化钠-1mol/L乙酸钠梯度洗脱；进样量25μL；流速0.250mL/min[12-13]。

1.3.6.1 洗脱条件

设置梯度洗脱，洗脱条件如表2所示[14]。

表2 梯度洗脱条件Table 2 Gradient elution conditions

1.3.6.2 标准溶液的配制[15]

标准储备液的配制：分别称取色谱级葡萄糖、麦芽糖和麦芽三糖标准品10.0mg，用超纯水溶解后分别定容至10mL，配成质量浓度1mg/mL的储备液，于棕色瓶中4℃下储存。

标准溶液的配制：葡萄糖、麦芽糖和麦芽三糖标准储备液按1:1:1(V/V)吸取一定量用超纯水稀释至10000倍，混合均匀保存在4℃下备用，使用前用0.45μm滤膜过滤。

样品处理：样品经3000r/min离心10min除去蛋白质，取上清液稀释至一定浓度备用。使用前用0.45μm的滤膜过滤。

2 结果与分析

2.1 耐高温α-淀粉酶添加量对麦芽糖含量的影响

图2中结果显示在一定范围内随着耐高温α-淀粉酶添加量的增加，样品中麦芽糖含量增加，在添加量为0.2kg/t原料时，麦芽糖含量最大，继续增加耐高温α-淀粉酶添加量，麦芽糖含量反而降低。添加耐高温α-淀粉酶进行液化，一方面能增加有利于糖化酶水解的非还原末端，有利于糖化制备麦芽糖；另一方面增加了产生聚合度为奇数的低聚糖，对制备超高麦芽糖浆不利。因此要提高麦芽糖含量，耐高温α-淀粉酶添加量要控制在适当范围内。

图2 耐高温α-淀粉酶添加量对麦芽糖含量的影响Fig.2 Effect of thermal-stableα-amylase amount on maltose content in prepared extremely high maltose syrup

2.2 大麦β-淀粉酶添加量对麦芽糖含量的影响

β-淀粉酶可从淀粉分子非还原性末端依次间隔切开α-1,4糖苷键而生成麦芽糖。图3结果表明大麦β-淀粉酶添加量为0.50kg/t原料时，样品中麦芽糖含量最高。继续增加大麦β-淀粉酶的添加量，样品中麦芽糖含量反而降低，单糖含量增加，不利于制备高纯度的麦芽糖浆。

图3 大麦β-淀粉酶添加量对麦芽糖含量的影响Fig.3 Effect of barley-derivedβ-amylase amount on maltose content in prepared extremely high maltose syrup

2.3 普鲁兰酶的添加量对麦芽糖含量的影响

制备麦芽糖浆的淀粉原料中大多数含有75%～85%的支链淀粉，一般支链淀粉含有4%～5%的α-1,6糖苷键[16]。支链淀粉经耐高温α-淀粉酶水解成极限糊精、短链糊精和少量低聚糖，β-淀粉酶不能水解极限糊精。普鲁兰酶属脱支酶，能分解支链淀粉中α-1,6糖苷键，添加普鲁兰酶协助糖化，提高了麦芽糖产量。

图4 普鲁兰酶添加量对麦芽糖含量的影响Fig.4 Effect of barley-derived β-amylase amount on maltose content in prepared extremely high maltose syrup

2.4 糖化结束DE值对麦芽糖含量的影响

图5结果表明糖化结束DE值在46%～48%时，随着DE值的增大，麦芽糖含量增高，在48%左右达到最高。糖化结束DE值超过50%，糖化液出现不同程度过度水解，样品中葡萄糖含量逐渐增加，麦芽糖含量明显下降。

图5 糖化结束DE值麦芽糖含量的影响Fig.5 Effect of post-saccharification DE value on maltose content in prepared extremely high maltose syrup

2.5 高麦芽糖浆制备工艺正交试验结果

表3 高麦芽糖浆正交试验设计及结果Table 3 Orthogonal array design arrangement and experimental results

表3正交试验结果表明：最佳工艺条件为A3B2C2D2，即耐高温α-淀粉酶、大麦β-淀粉酶和普鲁兰酶的添加量分别为0.20、0.50kg/t原料和1.05kg/t原料、糖化结束DE值为48%。由于最佳条件不包括在1～9号试验中，进行验证实验，按A3B2C2D2条件制备麦芽糖浆并选用高效阴离子交换色谱检测其中各组分含量。

2.6 麦芽糖浆中各组分含量检测

以0.2mol/L氢氧化钠-1mol/L乙酸钠为淋洗液梯度洗脱，进样量25μL，流速0.250mL/min。样品经ICS-3000离子色谱仪检测所得色谱图如图6所示，由图6可以看出，样品中以麦芽糖居多，含有少量的葡萄糖和麦芽三糖。以峰面积外标法计算得出样品中麦芽糖含量为70.7%，葡萄糖含量为1.3%，其余部分为麦芽低聚糖，制备的糖浆中麦芽糖含量符合超高麦芽糖标准。

图6 超高麦芽糖样品色谱图Fig.6 HPAC chromatogram of the prepared extremely high maltose syrup under optimized conditions

2.7 超高麦芽糖浆其他指标检测

表4 超高麦芽糖浆各项指标检测结果Table 4 Physico-chemical and sensory properties of the prepared extremely high maltose syrup under optimized conditions

从表4可以看出，制备的样品外观、色泽、滋味和糖分含量等各项指标都符合超高麦芽糖标准。

3 结 论

本实验确立了全酶法制备超高麦芽糖浆的最佳工艺，耐高温α-淀粉酶、大麦β-淀粉酶和普鲁兰酶的添加量分别为0.20、0.50kg/t原料和1.05kg/t原料，在淀粉充分液化的前提下控制液化结束DE值在10%，此操作不仅有利于生产麦芽糖而且易于压滤，控制糖化结束DE值在48%左右，制备的糖浆中主要成分为麦芽糖，含有少量的葡萄糖和麦芽三糖。本工艺有效提高了产品中麦芽糖的含量，解决了麦芽糖产率低的问题，终产品中麦芽糖含量高于70%，各项指标检测结果符合超高麦芽糖浆标准。

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Optimizing Holoenzymatic Preparation of Extremely High Maltose Syrup

YE Hong-ling，DU Xian-feng*
(College of Tea and Food Technology, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China)

Extremely high maltose syrup was enzymatically produced from broken rice. In the production of extremely high maltose syrup, thermal-stableα-amylase, barley-derivedβ-amylase and pullulanase were used. Orthogonal array design was employed to study the process conditions including amounts of these three enzymes and post-saccharification DE value, and the results showed that the optimal levels of amounts of thermal-stableα-amylase, barley-derivedβ-amylase and pullulanase and post-saccharification DE value were 0.20, 0.50 kg/t and 1.05 kg/t material and around 48%, respectively. Meanwhile, the sugar composition of the prepared product was analyzed by high performance anion-exchange chromatography (HPAC).

extremely high maltose syrup；orthogonal array design；high performance anion-exchange chromatography

TS244

A

1002-6630(2010)20-0015-05

2010-02-24

科技部农业科技成果转化资金项目(2007GB2C300138)

叶红玲(1981—)，女，硕士研究生，研究方向为淀粉及淀粉糖。E-mail：yhl200283@yahoo.cn

*通信作者：杜先锋(1963—)，男，教授，博士，研究方向为淀粉及淀粉糖。E-mail：dxf@ahau.edu.cn