酶法玉米淀粉糖糖化液糖糟性质的测定研究

蔡莽劝，黄立新，王立亚

（华南理工大学轻工与食品学院，广东广州 510640）

酶法玉米淀粉糖糖化液糖糟性质的测定研究

蔡莽劝，黄立新，王立亚

（华南理工大学轻工与食品学院，广东广州 510640）

研究了酶法玉米淀粉糖生产中糖化液糖糟的基本理化性质，包括糖糟的基本组成、糟液混合物的密度、糖化液的锤度、糟液体积比、糟液分层情况、糖糟颗粒的形状及粒径，以及其中粗脂肪的组成和相变温度等特性。结果表明，糖化液的糟液混合物的密度为111～112g/100mL，糖化液的锤度在31～32°Bx，糟液体积比为11%～16%。湿糖糟水分为51%～54%，粗脂肪、蛋白质和灰分的干基含量分别为36%～39%、19%～21%、4%～5%。糖化液糖糟的颗粒呈无规则、片状，与液化液糖糟类似，平均体积粒径74.1μm，多数在10～200μm。在50～65℃下，随温度升高，糖糟的上浮加快，分层达到平衡的时间缩短。糖糟中粗脂肪的主要成分为棕榈酸、亚油酸、硬脂酸、油酸，糖化开始各脂肪酸的含量分别为41.36%、55.29%、2.44%和0.91%，相变吸热高峰温度为41.76℃；糖化结束后分别为40.26%、54.30%、3.90%和1.54%，相变吸热高峰温度为42.19℃。

玉米淀粉糖，酶法，糖化液糖糟，理化性质

酶法玉米淀粉糖是以玉米淀粉为原料，经液化、糖化的作用和精制处理所得的糖浆产品[1]。玉米淀粉经过液化后，其中的蛋白质、粗脂肪已经凝聚形成了液化液的糖糟，在后续的糖化过程中，这些糖糟由于糖化的进行将继续发生变化，但同样呈现不溶的粘滞的颗粒状态，且易堵塞过滤孔道，对后续的过滤精制产生许多不利影响。目前对于淀粉糖糟的研究主要集中在如何进行利用，且利用的方向主要为动物饲料研究和制取发酵产品[2-5]，但糖糟中存在较多的粗脂肪，并未引起人们关注。本文在测定研究了酶法玉米淀粉糖生产中液化液糖糟理化特性的基础上，同样测定研究糖化液糖糟的理化特性，考察糖糟在糖化过程的变化，如糖糟的基本组成、糟液混合物的密度、糖化液的锤度、糟液体积比、糖糟上浮的分层状况、颗粒形状及粒度，以及其粗脂肪的组成和相变温度。通过在酶法玉米淀粉糖生产过程，对糖糟副产物进行较全面的跟踪测定分析，加深了解、认识淀粉原料和物料中蛋白、脂肪等杂质的形态及其变化规律，对优化生产工艺参数，改进淀粉糖酶法生产技术，糖糟副产品的回收利用，都将起到积极的指导作用。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

样品 均取自广州双桥股份有限公司的果葡糖液生产现场，在同一糖化罐在不同的时间段搅匀后进行取样；其他药剂 均为分析纯。

SZC-D脂肪测定仪，KDN-2C凯氏定氮仪，DRA1折光仪，LDE4-2A离心机，VULCAN 3-550马弗炉，OLYMPUS-BH 2显微镜，Mastersize 2000激光粒度仪，NICOLET-6700红外光谱仪，DSC-100差示扫描量热仪，Trace-DSQ II气相色谱-质谱联用仪。

1.2 实验方法

1.2.1 含糖糟液化液的密度[6]采用质量体积比方法测得。

1.2.2 糖化液的锤度 糖化液样品用滤纸滤得清液，用折光仪测定。

1.2.3 糟液体积比 将样品搅匀，倒入100m L离心管中，3500r/m in离心10m in，记录离心管中固液界限的读数，得到液化液样品的糟液体积比。

1.2.4 糖糟基本组成 水分测定按参考文献[7]进行，粗脂肪、蛋白质和灰分测定分别按GB/T 5009.6-2003、GB 5009.5-2010和GB 5009.4-2010进行。

1.2.5 糖糟的形状、粒径[8-9]将糖糟分散于糖液中，取适量于载玻片，盖上盖玻片，置于显微镜样品台，观察拍摄糖糟的形态。将糖糟分散于蒸馏水中，使用激光粒度仪测量，得到糖糟样品的粒径分布图和平均粒径等数据结果。

1.2.6 糖化液分层状况的测定 将保温好的样品搅拌均匀，倒入100m L的量筒中，置于50、55、60、65℃的恒温水浴中，立即计时，糖糟上浮，观测量筒中下清液体积随时间的变化，至下清液、糖糟体积稳定时，计时结束。

1.2.7 红外光谱分析 固体样品采用KBr粉末压片法，液体样品涂于KBr片上，在400～4000cm－1范围内进行扫描。

1.2.8 脂肪类物质的气相色谱-质谱联用分析[10-11]

脂肪酸乙酯化：取糖化液糖糟的乙醚萃取物3m L于试管中，加入6m L乙醇，再滴加5滴浓硫酸，混匀，盖上盖子，置于80℃的烘箱中反应2h。取出试管，冷却至室温，分别加入3m L的石油醚，振荡，使分层，取上层清液，待做GC-MS分析。

色谱条件：DB-5弹性石英毛细管柱（30m× 0.25mm×0.25μm），进样口温度250℃；柱温60℃保持3m in，接着以20℃/m in的速率升至270℃保留10m in。载气为氦气，气流为1.5m L/m in。

质谱条件：接口温度280℃，离子源温度250℃，质量范围35～650amu，检测延迟时间3min。

1.2.9 糖糟乙醚萃取物（粗脂肪）的差示量热扫描分析[12]将3.0～6.0mg样品密封于铝质坩埚内，进行DSC测定。升温程序：在0℃保温2m in后，以3℃/m in升至80℃，氮气流量为30m L/min。

1.3 采样及其测定状况

快速的糖化过程共历时12h，从糖化开始每隔3h取一次样，至糖化结束，每个批次取5个样品，取5批，总计25个样品。对五批样品分别进行上述1.2.1～1.2.3指标的测量，所得结果取平均值，并计算其标准偏差。对糖化开始（0h）的样品测量糟液分层与时间的关系，选取样品进行1.2.5～1.2.8指标分析。

2 结果与分析

2.1 糖化液及其糖糟的基本性质

表1为五批糖化糖糟样品各指标的测量平均值及其标准偏差的结果。由表1可知，糟液混合物的密度为111～112g/100m L，糖化液的锤度为31～32°Bx，均较稳定。糖化液的糟液体积比为11%～16%，比液化液的糖液体积比（6%～9%）高许多，显示糖化液中上浮的糖糟的数量体积明显增多。

湿糖糟水分含量为51%～54%，其中的粗脂肪、蛋白质和灰分的干基含量分别为36%～39%、19%～21%、4%～5%，和液化液糖糟的基本组成（粗脂肪27%～34%，蛋白质16%～18%，灰分3%～4%）相比，糖化液糖糟中粗脂肪、蛋白质和灰分的含量均有所增加。

糖化液中的糖糟数量明显增加，以及其中的粗脂肪、蛋白质和灰分的干基含量有所增加，原因可能有如下几个方面：a.原有液化液的糖糟吸附的糖类物质为淀粉的液化水解物，如糊精和低聚糖，在葡糖糖糖化酶的作用下，被进一步被水解成葡萄糖，单糖和糊精、低聚糖相比，与糖糟的粘附吸附性较差、较少，使得糖糟的其他组分的干基含量相对增高。b.液化液从90～100℃降温至糖化的温度约60℃，随糖化的进行，其中的脂肪、变性的蛋白质等杂质进一步和不断团聚絮凝的结果。c.液化液从pH 5.6～6.0降至糖化作用的pH 4.0～4.4，经过了蛋白的等电点，凝聚出来的蛋白再与糖糟吸附结合。d.糖化调节pH的过程加入的酸液或碱液，其中的氯离子或者钠离子也会随糖液被糖糟吸附，使糖糟的灰分有所提高。

表1 糖化液及其糖糟的基本性质Table 1 Physicochemical properties of residues from saccharification process

2.2 糖糟的显微形态及其粒径

糖化液糖糟的外观呈黄色团粒，取糖化开始时（0h）的糖糟进行显微镜观察和粒径测量，结果如图1所示。

图1 显微镜下糖化液糖糟的形貌（a）及其粒径分布图（b）Fig.1 Shape（a）and particle size（b）of residues from saccharification process

从图1（a）可见，糖化液糖糟同样呈现大小不一、无规则的片状形态，结构紧密。糖糟粒径的测定结果如图1（b）所示，其体积粒径基本呈正态分布，团粒粒径范围为2～300μm，多数在10～200μm，平均为74.1μm，比液化液糖糟的平均粒径69.4μm大。

虽然两种糖糟的团粒尺度多在10～200μm，但是与液化液糖糟的粒径分布相比，在糖化液糖糟中，粒径小于2μm的部分几乎都消失，表明液化液糖糟中粒径小于2μm的这部分颗粒，应该（与其他的糖糟团粒）发生了凝聚吸附；糖化液糖糟的粒径小于10μm的部分所占的比例也有所减低，在1.0%以下；其顶峰的粒径值在70μm左右，所占的比例约9.6%，而液化液糖糟的顶峰的粒径值在60μm左右，所占的比例只有约8.2%，结果表明，在降温过程中，液化液的糖糟颗粒继续发生凝聚，使得比糖化液糖的糟粒径整体变大。

2.3 糟液体积比与时间、温度的关系

糖糟的密度比糖液小，当物料静置时，将浮于糖液之上。考察糟液分层情况，取糖化开始（0h）时的糟液混合物样品，目测底部清液体积百分比随时间、温度的变化情况，结果如图2所示。由图2可知，随着时间的延长，清液的体积逐渐增加，在不同温度下（50、55、60、65℃），糟液分离的趋势一致。在0～5m in，糖糟上浮较快，底部清液体积比增加的速率较大，随后增幅逐渐减小，趋于稳定不变，最终全部的糖糟上浮，上浮的糟液所占的体积比都约为15%。

温度对糖糟的上升速率和糖糟上浮达到稳定的时间也有影响。温度高，糖糟上浮速率快，达到糟液平衡的时间短，反之亦然。温度为65℃，100m L糖液混合物约6m in，糟液可达到平衡，温度降为50℃，则平衡时间延长至约9m in。故若要将糖糟尽快地絮集、去除，在允许范围尽可能使物料的温度升高。

图2 糟液体积比与时间、温度关系Fig.2 The relations of the ratio of residues and liquid with time and temperature

2.4 红外光谱分析

取糖化结束（12h）的糖糟低温烘干，进行乙醚萃取，将糖化糖糟A、乙醚萃取后残渣B和乙醚萃取物C（粗脂肪）进行红外光谱分析，结果如图3所示。

图3 糖化液糖糟及其处理的试样的红外光谱图Fig.3 Mid-infrared spectrum of residues from saccharification process

由图3可知，糖化液糖糟A在1720cm-1和1650cm-1都有明显的吸收峰，1720cm-1为-C=O的振动吸收峰，1650cm-1属于-OH的弯曲振动吸收峰[13]。而在糖化液糖糟乙醚萃取后的残渣B和糖化液糖糟乙醚萃取物C中，这两个峰未同时出现。在B中只有1650cm-1处有一个明显的吸收峰，而在C中只有1720cm-1出现了窄而尖的吸收峰。此外，C在3010cm-1处明显多了一个小峰，按常理，C萃取于A，A图谱也应出现一个峰，但由于不饱和=C-H的振动吸收峰较弱，且在整个物质中的相对含量较少，故峰不明显。

糖糟中除了粗脂肪、蛋白质等物质外，主要还吸附糖化液，当用无水乙醚将脂肪萃取后，则萃取后的残渣主要为糖和蛋白质。经过谱库电脑检索得到，与B匹配度较高的为低聚糖，由于淀粉水解物——低聚糖、麦芽糖和葡萄糖的红外光谱都很接近，对于本样品，糖糟所吸附的糖主要为葡萄糖。C与亚油酸的匹配度为92.5%，糖化液糖糟的乙醚萃取物主要还是由不饱和的脂肪酸组成。

2.5 乙醚萃取物的气相色谱—质谱分析

对糖化开始（0h）和结束（12h）的糖糟的乙醚萃取物（粗脂肪）进行GC-MS分析，结果见表2。

表2 糖化液糖糟乙醚萃取物的组成分析结果（%）Table 2 Fatty acids profiles in residues from saccharification process（%）

由表2可知，在糖化过程中，糖糟粗脂肪中的脂肪酸，与液化液的糖糟一样主要由棕榈酸、亚油酸、硬脂酸所组成，但是发现了微量的油酸，糖化开始（0h）各脂肪酸的含量分别为41.36%、55.29%、2.44%和0.91%，糖化结束后（12h）各脂肪酸含量略有改变，分别为40.26%、54.30%、3.90%和1.54%。糖化液糖糟中脂肪酸的种类、含量与液化液糖糟中脂肪酸种类和含量均有一定差别。在液化液糖糟中脂肪酸主要包含有棕榈酸（36%）、亚油酸（62%）和硬脂酸（2%），不包含油酸，而糖化液糖糟中多了油酸，且亚油酸含量明显减少，棕榈酸和硬脂酸含量增加。这主要的原因是糖化过程，部分亚油酸氧化分解，当亚油酸中的双键未被完全氧化，生成油酸（含有一个双键），完全被氧化，则生成硬脂酸（不含双键）。

2.6 乙醚萃取物的差示量热扫描分析

对糖化开始（0h）和结束（12h）的糖糟的乙醚萃取物（粗脂肪）进行差示量热扫描（DSC）分析，研究测定糖化过程糖糟粗脂肪相变温度的变化，结果如图4所示。

图4 糖化液糖糟乙醚萃取物（粗脂肪）的DSC图谱Fig.4 DSC heating curves of fat in residues from saccharification process

由图4可知，糖化开始（0h），糖糟粗脂肪的相变吸热高峰温度为41.76℃，糖化结束（12h）则变为42.19℃，略微升高。造成糖糟粗脂肪相变温度变化的主要原因为脂肪的脂肪酸组成含量发生了变化，随着糖化的进行，棕榈酸、硬脂酸和油酸含量均有所增加，亚油酸含量相对减少。据文献[14]棕榈酸的熔点为63～64℃，亚油酸的熔点为-5℃，硬脂酸的熔点为69～71℃，油酸熔点为16.3℃，因此棕榈酸、硬脂酸和油酸含量的增加，使得糖化结束后（12h）糖糟粗脂肪的相变吸热高峰温度升高。与液化过程糖糟乙醚萃取物（粗脂肪）的相变温度（31～37℃）相比，糖化液糖糟中粗脂肪的相变温度明显升高，主要的原因是：a.粗脂肪中脂肪酸种类发生变化，增加了油酸；b.各脂肪酸的含量发生变化，棕榈酸、硬脂酸和油酸含量增加，亚油酸含量减少。

3 结论

3.1 糖化过程，含糖糟糖化液的密度约为111～112g/100m L，锤度为31～32°Bx，糟液体积比为11%～16%。湿糖糟水分为51%～54%，粗脂肪、蛋白质和灰分的干基含量分别为36%～39%、19%～21%、4%～5%。糖化液糖糟（0h）颗粒呈无规则、片状图形，与液化液糖糟类似，平均体积粒径为74.1μm，整体比液化液糖糟粒径大，表明液化液的降温过程其糖糟继续发生凝聚。

3.2 糖化液的糖糟在静置过程中将会上浮分层，最后达到稳定平衡。温度为65℃、100m L糖液混合物约6m in，糟液可达到平衡，温度降为50℃，则平衡时间延长至约9m in，随温度的升高，达到稳定平衡的时间缩短。

3.3 实验的糖糟吸附有葡萄糖，其粗脂肪中的脂肪酸主要由棕榈酸、亚油酸、硬脂酸和油酸组成，糖化开始（0h）各脂肪酸的含量分别为41.36%、55.29%、2.44%和0.91%，相变吸热高峰温度为41.76℃；糖化结束后（12h）分别变为40.26%、54.30%、3.90%和1.54%，相变吸热高峰温度为42.19℃。

3.4 淀粉糖生产中，液化、糖化阶段的糖糟组成一样，组分含量有所差别。糖化液糖糟粗脂肪、蛋白、灰分等组分相对含量总体均比液化糖糟高，且相对稳定。

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Study on the properties detection of residues from saccharification in corn starch syrup by enzymatic process

CAIM ang-quan，HUANG Li-xin，WANG Li-ya
（College of Light Industry and Food，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

The physicochem ical p roperties of corn starch syrup residues from saccharification which was p roduced by enzymatic p rocess was stud ied，inc luding the basic com ponent of residues from saccharification，density of the m ixture of residues and liquid，deg ree b rix of sugar liquid，the ratio of residues and liquid，the relationship between the temperature and residues’rising speed，shape and size of residues，and the characteristics of fat in residues.The result indicated that，the density of the m ixture of residues and liquid was about 111～112g/100m L，the degree b rix of liquid was about 31～32°Bx，the ratio of residues and liquid was 11%～16%.The content of water in residues was about 51%～54%.The content of fat，p rotein and ash in d ry basis residues from saccharification p rocess were respectively 36%～39%，19%～21%and 4%～5%.Shape of residues from saccharification p rocess was flake and irregularity，the same as residues from liquefaction，the average partic le size was 74.1μm，the partic le size was mostly in the range of 10～200μm.In the range of 50～65℃，w ith the tem perature rising，the residues’rising speed became more quick，the time to reach the balance of the ratio of residues and liquid became shorter.The componentof fat from residues weremainly hexadecanoic acid，9，12-octadecadienoic acid，oc tadecanoic acid and 9-oc tadecenoic acid.At the beginning of saccharification，the contents of each fat acid were respectively 41.36%，55.29%，2.44%and 0.91%，finally they became 40.26%，54.30%，3.90%and 1.54%.The phase-transition tem perature of fat acid in corn starch residues during saccharification p rocess was up slow ly，from 41.76℃to 42.19℃.

corn starch syrup；enzymatic；residues from saccharification；physicochem icalp roperties

TS236.3

B

1002-0306（2012）22-0218-05

2012－06－12

蔡莽劝（1987-），女，硕士研究生，主要从事碳水化合物功能化方面的研究。

广东省教育部产学研结合项目（2011A090200062）；2011年华南理工大学校级教学研究项目；2012年华南理工大学“百步梯攀登计划”项目。