小麦B淀粉的液化工艺研究

2016-01-27张军合饶平凡王星丽等

江苏农业科学 2015年11期

关键词：液化

张军合　饶平凡　王星丽等

摘要：为了对三相卧螺法生产谷朊粉的下脚料B淀粉浆进行综合开发利用，通过测定反应前后反应液的DE值，研究温度、时间、加酶量对B淀粉浆液化的影响，找出最适反应条件。结果表明：在液化过程中，DE值先逐渐升高、之后保持相对稳定，最佳液化条件为温度95.45 ℃、加酶量33.55 U/g（干基）、反应时间40 min，DE值达到26.27%。

关键词：小麦B淀粉；液化；DE值

中图分类号： TS201.1文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）11-0366-03

收稿日期：2014-11-05

基金项目：国家级大学生创新训练计划（编号：201310467051）；河南省教育厅科学技术重点研究项目（编号：14A550013）；河南省高校科技创新团队支持计划（编号：13IRTSTHN006）；河南省新乡市重点科技攻关计划（编号：ZG14029）。

作者简介：张军合（1972—），男，河南淇县人，博士，副教授，主要从事淀粉科学与工艺研究。Tel：（0373） 3040038；E-mail：zjh335@126.com。随着我国食品工业的发展，小麦淀粉的需求量日益增加；小麦淀粉提取工艺的特点，决定了其剩余物中存在破碎的细胞壁、流失的面筋碎片、未被吸附的小淀粉粒、戊聚糖以及溶解在其中的色素成分，即所谓的B淀粉[1-3]。小麦B淀粉是小麦原料制备淀粉工业的下脚料，别称尾淀粉（tailings）、淤渣淀粉等，其含量达到小麦中淀粉总含量的1/3以上，最大比例可占小麦面粉量的1/5[4-5]。

小麦B淀粉的主要成分是和蛋白质结合在一起的淀粉，二者不易分离，给蛋白质的纯化和淀粉的回收利用带来了难度；同时戊聚糖作为能量物质，不易被单胃动物体内分泌的消化酶分解利用而造成营养障碍[6-7]，限制了其综合利用。目前，关于B淀粉高效利用的途径很少，大量的直接排放又会带来严重的环境问题。因此，如何变废为宝，对B淀粉进行高效利用，实现经济效益和环境效益的“双赢”成为亟需解决的问题[8-9]，以B淀粉浆为原料直接发酵利用是一个不错的选择[10]。

本试验研究B淀粉液化条件，对温度、加酶量和时间3个因素进行了分析，研究液化过程中各DE值的变化规律，在此基础上通过响应面分析探索优化工艺条件[11-12]，为B淀粉的后续发酵利用提供依据。

1材料与方法

1.1试验材料

中鹤集团三相卧螺法生产谷朊粉的B淀粉浆。

1.2主要试验试剂

氢氧化钠、3，5-二硝基水杨酸（天津市德恩化学试剂有限公司）；酒石酸钠钾（天津市博迪化工股份有限公司）；亚硫酸钠、葡萄糖、氯化钾（天津市科密欧化学试剂厂）；盐酸（河南省郑州派尼化学试剂厂）；α-耐高温淀粉酶（酶活2万U/mL，河南省郑州市福源生物科技有限公司）。

1.3主要试验仪器

LT 502型电子天平（江苏省常熟市天量责任有限公司）；722N型可见分光光度计[精科（上海）仪器有限公司]；HH-4型恒温水浴锅（江苏省金坛市中大仪器厂）；电冰箱（中国海尔集团）；滤纸（浙江省杭州特种纸业有限公司）；pH计（上海盛磁仪器有限公司）；电磁炉（中国美的集团）；干燥箱（浙江省余姚仪器有限公司）。

1.4样品处理

水分含量由105 ℃恒质量法[13]测定。将小麦B淀粉从冰箱中拿出，解冻后搅拌均匀，取一定量于培养皿上并记录数据，放入干燥箱中，40 ℃干燥30 min，105 ℃干燥，直至质量相差小于0.002 g，得出B淀粉含量。原浆中干物质含量见表1。

2结果与分析

影响小麦 B 淀粉液化程度（以葡萄糖值表示）的因素很多，主要有小麦 B 淀粉的组成、小麦 B 淀粉浆料的浓度、加酶量、反应时间、反应温度和小麦 B 淀粉浆料的反应 pH 值等[15]。本研究考察了小麦 B 淀粉加酶量、反应时间和反应温度3个因素对小麦 B 淀粉液化程度的影响，反应的 pH 值采用厂家提供的最佳 pH 值。

2.1单因素试验

2.1.1温度对液化结果的影响调小麦 B 淀粉浆pH值为6.3～6.4，稀释浆料浓度为27%[16]，加α-耐高温淀粉酶的量为33U/g（干基），α-耐高温淀粉酶使淀粉浆黏度迅速下降，淀粉失去原来黏稠状，产生液化现象[16]，反应时间为30 min，反应温度分别为91、93、95、97、99℃。

由图1可知，随着温度的升高，DE值增大，即酶的活性增加；当温度达到95℃时，DE值达到最大，随后由于高温的影响，酶活性下降直至消失，因此DE值下降。α-耐高温淀粉酶的最适温度为95℃，为了充分验证所有可能，将响应面试验中的温度变化范围定为90～100℃。

2.1.2加酶量对液化结果的影响B淀粉浆pH值为6.3～6.4，反应温度为95℃，加蒸馏水稀释浆料浓度为27%[17]，反应时间为30 min，加α-耐高温淀粉酶的量分别为27、30、33、36、39、42 U/g（干基）。由图2可知，加酶量在27～36 U/g（干基）时，由于酶和底物的接触概率不断加大，DE值逐渐递增；随着酶量的增加，底物被完全饱和，即使加酶量持续升高，DE值不会增加。将响应面试验中加α-耐高温淀粉酶的量的范围定为30～36 U/g（干基）。

2.1.3时间对液化结果的影响调小麦 B 淀粉浆 pH 值为 6.3～6.4，结合“2.1.1”节和“2.1.2”节的结果设置反应温度为 95 ℃、加酶量为 33 U/g，加蒸馏水稀释浆料浓度为 27%[16]，反应时间分别为 10、20、30、40、50、60 min[15]。由图3可知，10～40 min递增幅度较大，之后递增幅度减小，考虑到生产周期和生产成本，将响应面中的时间定为20～40 min。

2.2响应面试验

根据上述试验结果选择反应温度、加酶量、反应时间 3 个影响因素，通过设计专家软件8.0（Design-Expert Software 8.0）设计3因素3水平的试验。响应面试验因素水平表和试验安排表见表2和表3。

式中：A为温度；B为加酶量；C为反应时间。从表4可知，在本试验设定的区域范围内，加酶量、反应时间、加酶量与反应时间交互作用的 P值分别为 0.001 2、0.000 4、0. 011 2，因此，三者对液化结果影响显著，温度的P值为0.714 5，即温度对提取率的影响并不十分显著。

响应面2种因素得出3个立体图形，如图4、图5和图6所示，能清晰地看出温度、反应时间、加酶量之间的关系。

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