酸—酶联用液化法制备小麦淀粉麦芽糖浆的工艺研究

亢潘潘，胡秋林

(武汉工业学院食品科学与工程学院，湖北武汉430023)

小麦是我国主要的粮食作物之一，其淀粉含量可达85%以上。近几年来，小麦淀粉被广泛地用于食品生产中，它已经是一种重要的食品原料。但由于小麦淀粉在生产过程中经过酸处理、蛋白质提取等过程使得淀粉质量略劣化，许多只能用做饲料配合物［1］，造成淀粉资源未被充分利用而浪费。

麦芽糖浆主要由麦芽糖和葡萄糖组成。它具有许多的优良特性，如：甜度低、抗结晶性好、热稳定性好、吸湿性低;胶黏性大、增稠性强;最主要的是它在人体内不通过胰岛素的作用而被吸收，可用作糖尿病人食品中的甜味剂。

目前，麦芽糖浆的生产多以玉米淀粉、木薯淀粉及马铃薯淀粉等原料为主，液化方法大多采用酶法液化、酸法液化。酶液化虽然具有专一性、作用条件温和、目标产率质量高等优点，但是其反应时间长、无法分解非淀粉多糖、蛋白等杂质、液化液黏度高、过滤困难等缺点。酸液化速度快、无专一性可使共存的纤维素、蛋白质等杂质一起分解、过滤容易，但不能完全避免复合反应的发生，对目标产物控制困难［2-3］。所以在实际应用中无论酶法还是酸法都具有缺陷。

本实验采用酸酶法结合共同水解小麦淀粉，既保留酸水解快速、便捷、容易过滤的同时又利用了酶的专一性提高麦芽糖液的纯度，减少复合反应的发生。研究了小麦淀粉液化过程中的影响因素，为进一步糖化制备麦芽糖奠定了基础，也为小麦淀粉的深加工提供了一条有益的途径。

1 材料与方法

1.1 材料

小麦淀粉实验室自制;中温α-淀粉酶(活力34000 U/g)北京双旋微生物培养基制品厂;盐酸分析纯;氢氧化钠分析纯。

1.2 主要设备

可见光分光光度计(V1100型)，上海美谱达仪器有限公司;酸度计(FE20)，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;电热恒温水浴锅(HHS型)，上海博讯实业有限公司医疗器械制造厂;数显鼓风干燥箱(GZX-9140ME)，上海博讯实业有限公司医疗器械制造厂;低速离心机(LD5-10(Ⅲ)型)，北京医用离心厂;循环水式真空泵(SHZ-D型)，河南巩义市英峪予华仪器厂;磁力加热搅拌器(78-1型)，国华电器有限公司;集热式恒温加热磁力搅拌器(DF-1015型)，河南巩义市英峪予华仪器厂;快速旋转黏度仪，河南巩义市英峪予华仪器厂。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

以小麦面粉为原料制备小麦淀粉的工艺流程见图1。小麦淀粉液化的工艺流程见图2。

图1 小麦淀粉加工工艺流程示意图

以自制小麦淀粉为原料制备DE值≤15的液化液的工艺流程见图2。

图2 小麦淀粉液化的工艺流程示意图

1.3.2 操作要点

将自制小麦淀粉加水调成一定浓度的淀粉浆，加入5%盐酸适量，在100℃，于集热式恒温加热磁力搅拌器中加热，酸化反应适当时间，急速降温避免老化，用0.5 M氢氧化钠中和后用0.1M盐酸调pH至5.4，在64℃，添加适量的浓度的中温α-淀粉酶，酶解适当时间后恒温水浴锅中100℃，保持10 min进行灭酶。放置室温(25℃)，转子为Φ 1.0cm，转速为80 r/min，测定黏度，后将液化液用离心机(3800 r/min)离心15 min，使得蛋白质和少量大分子糊精沉淀下来，取上清液测定DE值。

1.4 分析方法

1.4.1 酶活测定方法—吸光光度法

吸取2%的可溶性淀粉20 mL于试管中，加入(pH 6.0)磷酸缓冲液5 mL，摇匀后，于60±0.2℃恒温水浴中预热5 min。再加入稀释合适倍数的酶液1ml，立即计时，摇匀，准确反应5min。立即吸取反应液1.00 mL于到5 mL稀碘液中，摇匀，并以稀碘液作空白，在660 nm波长下，用10 mm比色皿，迅速测定吸光度值，根据吸光度值查表，求得测试酶液的浓度(C)。公式如下：

x—样品的酶活力，U/g(U/mL);

c—测试酶液的浓度，U/mL;

n—样品稀释倍数。

1.4.2 DE值测定方法

GB/T5009.7-2003直接滴定法。

1.4.3 黏度测定

快速旋转黏度计。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 料液比对DE值、黏度的影响

料液比是影响液化液DE值和黏度的关键因素之一，在麦芽糖的制备过程中，液化液的DE值越高，麦芽糖的产率越低;DE值过低液化液的黏度越大，不易过滤和糖化。本实验选择液化液DE值控制在15以下［4-5］。固定实验条件：5%盐酸15 mL、100℃酸化15min、0.5M氢氧化钠中和、浓度为0.0143g/100mL的中温 α-淀粉酶 5mL、pH 5.4、64℃ 酶液化 30min。选择料液比分数分别为10%、20%、30%、40%、50%液化后，测定DE值及黏度。

图3 料液比对DE值及黏度的影响

由图3可知，在料液比10%、20%时DE值较小且都在15以下，但是其试验现象为有大量的泡沫溢出，造成部分的糖分损失，DE值偏低;40%时DE值不仅仅增加而且会有近1/3的淀粉未被液化仍然呈膏状，随着料液比继续增大至50%时，淀粉浆液过于粘稠并且液化不完全无法进行正常的酸液化及下一步的酶液化。30%时DE值在预期范围内(＜15%)，且黏度适中符合要求。

液化完成后在恒温水浴锅中保温95±2℃条件下，测定各液化液黏度。由图1可以看出在料液比达到50%时黏度最大达到59 Pa·s，黏度与过滤直接相关，黏度过大流速减小过滤就会困难;虽然料液比在 10%、20%时黏度分别为 0.4Pa·s、0.8 Pa·s，黏度小，液化液清澈透明取样容易。但是，料液比的大小对最终产物麦芽糖的得率有直接关系，且同样影响酶液化作用。综上所述，料液比选择在30%左右较为理想。

2.1.2 盐酸浓度对DE值、黏度的影响

盐酸是在淀粉糖生产中用量最普遍的无机酸，经此处理后，淀粉得以完全糊化和水解，从而使得过滤容易，盐酸浓度的适当选取对淀粉的酸液化有重要影响。固定实验条件：(3∶10)料液比、盐酸 15mL、100℃酸化15min、0.5M氢氧化钠中和、浓度为0.0143g/100mL 中温 α-淀粉酶 5mL、pH 5.4、64℃酶液化30min。选择浓度分别为5%，10%，15%，20%，25%盐酸液化后，测定DE值及黏度。

图4 盐酸浓度对DE值及黏度的影响

由图4所示，当盐酸浓度在15%时虽然黏度最低，但因酸液化无专一性，可使共存的纤维素、蛋白质、非淀粉多糖等一起水解，以致产生5-羟基-2-呋喃及无水葡萄糖、色素等副产物，并且生成多量的灰分而影响产品质量和增加精制难度［6］。且考虑到盐酸对液化罐有腐蚀作用，并且盐酸浓度越高，液化液的异味越大，对下一步糖化后的精制增加难度并且提高精制费用。酸化后需要添加0.5 M的氢氧化钠进行中和，盐酸浓度高时，碱的添加量会随之增加，液化液中的灰分含量也会增加。因此，选取5%浓度的盐酸进行酸水解。

2.1.3 盐酸的添加量对DE值的影响

同盐酸浓度的选择一样，盐酸的添加量越大，对后期糖化液的过滤、脱色、纯化等精制过程增加难度。固定实验条件：(3∶10)料液比、5%盐酸、100℃酸化15 min、0.5 M氢氧化钠中和、浓度为0.0143 g/100 mL的中温 α-淀粉酶5 mL、pH 5.4、64 ℃酶液化30 min。选择5%盐酸的添加量分别为5 mL、10 mL、15 mL、20 mL、25 mL液化后测定DE值。由图5可见，当添加5%盐酸5 mL时，其液化液的DE值达到13.22。

图5 5%盐酸添加量与DE值的关系

2.1.4 盐酸的酸化时间对DE值、黏度的影响

酸化时间过短，淀粉乳未被完全糊化、水解不完全，黏度大;酸化时间过长，葡萄糖复合反应严重，不但减少了麦芽糖的产率，而且增加了糖化液的色泽。固定实验条件：3∶10料液比、5%盐酸5 mL、100℃酸化、0.5 M氢氧化钠中和、浓度为0.0143 g/100 mL中温 α-淀粉酶5 mL、pH 5.4、64 ℃酶液化30 min)。，选择酸液化时间 10 min，15 min，20 min，25 min，30 min液化后测定DE值、黏度，由图6所示。虽然酸化10 min时，DE值较低但是黏度较15 min、20 min时大，综合考虑选择酸液化15 min。

图6 酸化时间与DE值及黏度的关系

2.1.5 酶浓度对DE值的影响

酸液化后用0.5 M氢氧化钠进行中和后用中温α-淀粉酶进一步液化，其最适pH在5.0～5.8选取经验pH值5.4，最适液化温度64℃。α-淀粉酶主要作用于淀粉链的α-1、4糖苷键生成α-1、4葡萄糖、麦芽糖、低聚糖等。通过添加中温α-淀粉酶，即可以减少无机酸的用量，又可以发挥酶的专一性;既降低发生葡萄糖副产物的可能性，又改善了液化液的黏度从而改善了过滤困难［7-8］。因此，选择适合的酶浓度对酸液化后进一步酶液化有着较大影响。固定实验条件：(3∶10)料液比，5%盐酸 5 mL，100℃酸化 15 min，0.5 M 氢氧化钠中和，中温 α-淀粉酶5 mL，pH 5.4，64℃酶液化30 min。选择浓度分别为0.0333 g/100 mL、0.025 g/100 mL、0.02 g/100 mL、0.0167 g/100 mL、0.0143 g/100 mL的中温α-淀粉酶进行酶液化后测定DE值。由图7所示，当酶浓度为0.02 g/100 mL时，DE值＞15;虽然当酶浓度在0.0167 g/100 mL、0.0143 g/100 mL时，DE值都在15以下，但是考虑的酶本质上也是蛋白，酶浓度越大加酶量就越大灭酶后会增加液化液中的蛋白含量。对过滤造成不利影响。因此，综合考虑选择酶浓度为0.0143 g/100 mL的中温α-淀粉酶进行酶液化。

图7 中温α-淀粉酶浓度与DE值的关系

2.1.6 中温α-淀粉酶的添加量对DE值的影响

选择适宜添加量的酶浓度为0.0143 g/100 mL的α-淀粉酶进一步酶液化，既能充分的与底物接触反应，又能达到理想的液化效果。固定实验条件：(3∶10)料液比，5%盐酸 5 mL，100 ℃ 酸化 15 min，0.5 M氢氧化钠中和，0.0143 g/100 mL的中温α-淀粉酶，pH 5.4、64℃酶液化30 min)。选择浓度为0.0143 g/100 mL的α-淀粉酶的添加量分别为5 mL，15 mL，25 mL，35 mL，45 mL 进一步酶液化后测定 DE值。由图8结果可以看出，在0.0143 g/100 mL的α-淀粉酶的添加量5 mL时，液化液DE值在15以下。

图8 中温α-淀粉酶的添加量与DE值的关系

2.1.7 酶液化时间对DE值的影响

与酸液化同理，酶液化时间短，酶解不完全，造成酶液的浪费且增加液化液中蛋白的含量从而增加了过滤困难;酶液化时间过长，DE值无法达到理想的范围，同样也达不到理想的液化效果。固定实验条件：(3∶10)料液比、5%盐酸 5 mL、100 ℃酸化 15 min、0.5 M氢氧化钠中和、0.0143 g/100 mL的中温α-淀粉酶5 mL、pH 5.4、64℃适时酶液化。选择酶液化20 min，30 min，40 min，50 min，60 min 进行酶液化后测定DE值。由图9可以看出，0.0143 g/100 mL的中温α-淀粉酶5 mL酶解30 min时，液化液 DE值为13.22，淀粉酶不仅得到了大限度的作用不造成浪费，且将DE值控制在理想范围之内。因此，选择30 min作为中温α-淀粉酶酶液化时间。

图9 酶液化时间与DE值的关系

2.2 正交实验结果及分析

在单因素试验结果的基础上，以5%盐酸添加量、酸液化时间、酶浓度为0.0143 g/100 mL的中温α-淀粉酶添加量、酶液化时间为研究对象，设计正交实验以确定小麦淀粉酸酶液化工艺的最佳条件，其他实验条件为料液比3∶10，酸化温度100℃，0.5 M氢氧化钠中和，酶液化pH 5.4，液化温度64℃，100℃灭酶10 min，以DE值为指标，重复3次，正交试验因素水平见表1，结果见表2，正交结果方差分析见表3。

表1 小麦淀粉酸酶液化工艺的正交试验因素水平

表2 小麦淀粉酸酶法液化工艺的正交试验结果L9(34)

续表

表3 小麦淀粉酸酶法液化工艺的正交试验结果L9(34)方差分析

根据正交试验结果比较各因素，分别在3个水平下测定液化液的DE值。由表2极差分析及表3反差分析可知，影响DE值指标的各因素主次顺序为：B(酸水解时间)、A(5%盐酸添加量)、D(酶液化时间)、C(酶添加量)。DE值以小为好，则各因素最优组合搭配为A1B1C3D2，即5%盐酸添加量为12 mL、酸水解时间为12 min、酶浓度为0.0143 g/100 mL的中温α-淀粉酶添加量为8 mL、酶液化时间为30 min。

3 结论

根据正交试验结果作验证实验，以30%料液比的小麦淀粉乳为原料，加入5%的无机酸盐酸12 mL，100℃，于集热式恒温加热磁力搅拌器中加热酸化反应12 min，0.5 M氢氧化钠中和后用0.1 M盐酸调pH至5.4，在64℃，8 mL酶浓度为0.0143 g/100 mL的中温α-淀粉酶，酶解30 min，恒温水浴锅中100℃，保持10 min进行灭酶。测得黏度为0.6 Pa.s，所得液化液的DE值为8.12%。在预期DE值(＜15)范围内。为小麦淀粉糖化及糖化液的精制工艺奠定基础，也为与玉米淀粉制取麦芽糖对比试验提供技术参数。

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