大米饴糖生产工艺的优化研究

2018-05-17刘军李丽刘利

中国调味品 2018年5期

刘军,李丽,刘利

(四川理工学院生物工程学院，四川自贡 643000)

饴糖，又名麦芽糖饴或麦芽糖浆，是历史最为悠久的淀粉糖品，主要成分是麦芽糖和糊精，呈粘稠状微透明液体，淡黄色或棕黄色，清香浓郁，调味柔和，既可直接食用，又是饮食、糖果、糕点食品、医药化工级铸造等工业的原料[1-3]。

传统的饴糖生产工艺多是以家庭作坊式的手工生产，该方法工艺流程比较简单，劳动强度大，生产周期长，出糖率低，不易实现大生产[4]。目前工业上一般用酶法连续化生产饴糖，将大米磨浆时，通过调节pH，加入α-淀粉酶和糖化酶进行液化和糖化，将糊精和低聚糖分解成短链糊精、麦芽糖、葡萄糖等。再经煮沸灭酶后，进行过滤、真空浓缩得到固形物含量为75%～85%的饴糖[5]。本研究在酶法的基础上进行工艺条件的优化，希望在低成本的情况下生产出高质量的饴糖；同时控制其干燥工艺条件，使得生产出的饴糖外观色泽更好。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

大米：市售；α-耐高温淀粉酶、糖化酶、氯化钙、三乙醇胺盐酸盐、醋酸钠、己糖激酶、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶、3,5-二硝基水杨酸、碘、碘化钾、酒石酸钾钠、苯酚、碳酸氢钠、α-葡糖苷酶、盐酸、无水乙醇：成都科龙化工试剂公司。

Cintra4040紫外可见分光光度计 GBC科学仪器公司；CP114电子天平奥豪斯仪器(上海)有限公司；B-220恒温水浴锅上海亚莱生化仪器厂；SHZ-D真空泵上海舜宇恒平科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 实验试剂的配制

1.2.1.1 0.1 mol/L碘试剂的配制

取13 g碘及35 g碘化钾于少量蒸馏水中，待全部溶解后，用蒸馏水稀释至100 mL，混匀，此溶液保存于具有磨口塞的棕色瓶中。

1.2.1.2 DNS试剂的配制

酒石酸钾钠18.2 g，溶于50 mL蒸馏水中，加热，于热水溶液中依次加入3,5-二硝基水杨酸0.63 g、氢氧化钠 2.1 g、苯酚0.5 g、亚硫酸氢钠0.5 g，搅拌至溶解，冷却后用蒸馏水定容至100 mL, 贮于棕色瓶中，室温保存。

1.2.1.3 测定葡萄糖曲线标准试剂的配制

准确称取干燥恒重的葡萄糖100 mg，加入少量蒸馏水溶解后，以蒸馏水定容至100 mL，即含葡萄糖为1 mg/mL。

1.2.1.4 醋酸缓冲液(0.1 g/L，pH 6.6)

称取三水醋酸钠0.68 g溶解于40 mL蒸馏水中，用醋酸调pH至6.6，再用蒸馏水定容至50 mL。

1.2.1.5 α-葡糖苷酶液

用67 mmol/L磷酸钾缓冲液配制0.04 mg/mL的α-葡糖苷酶溶液。

1.2.1.6 三乙醇胺缓冲液

称取三乙醇胺盐酸盐14.0 g与七水硫酸镁 0.25 g溶解于80 mL蒸馏水中，用NaOH约5 mL(5 g/L)调pH至7.6,再用重蒸馏水定容至100 mL。

1.2.1.7 还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸液

称取NADP-Na260 mg溶解于6mL重蒸馏水中，配成浓度为12.5 mg/L的溶液。

1.2.1.8 三磷酸腺苷液

称取ATP-Na2H2300 mg与碳酸氢钠300 mg溶解于6 mL重蒸馏水中，配成浓度为51 mg/L的溶液。

1.2.1.9 己糖激酶液

称取己糖激酶1 mg溶于5 mL蒸馏水中。

1.2.1.10 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶液

称取葡萄糖-6-磷酸脱氢酶1 mg溶于10 mL蒸馏水中。

1.2.2 葡萄糖标准曲线的测定

葡萄糖标准曲线：采用DNS法；从标准曲线查出葡萄糖mg/mL数，求出样品中还原糖含量，并且算出DE值。

还原糖含量= [H·N·(V1/ V2)]/M。

式中：H为还原糖质量(mg)；N为样品稀释倍数；V1为提取液总体积(mL)；V2为测定时用的体积(mL)；M为样品质量(g)。

DE=Y/G。

式中：Y为还原糖含量；G为干物质的量(g干物质/100 mL糖液)。

1.2.3 样品中葡萄糖和麦芽糖含量测定

酶法测定样品中葡萄糖含量；酶法测定样品中麦芽糖含量[6]。

1.2.4 样品波美度的测定

将样品冷却到室温，倒入50 mL的量筒中，将干净的波美计放入样品溶液中使得波美计悬浮，并记录数据。

1.2.5 样品粘度的测定

采用旋转粘度计测定[7]。

1.2.6 耐高温α-淀粉酶用量对饴糖质量的影响

准确称取100 g大米4份，分别装入500 mL烧杯中，加水比为1∶3，编号为1，2，3，4，调节pH至6.5～7.5，分别添加α-淀粉酶0.3，0.5，0.8，1.0 g，液化15 min。液化完成后迅速过滤，取滤液稀释测定葡萄糖、麦芽糖、粘度、DE值、波美度。

1.2.7 耐高温α-淀粉酶作用时间对饴糖质量的影响

称取100 g大米4份，分别装入500 mL烧杯中，加水比为1∶3，编号为1，2，3，4，调节pH至6.5～7.5，分别加入1.2.6所确定的最适淀粉酶用量。分别液化8，12，20，24 min，之后的操作同1.2.6。

1.2.8 糖化酶用量对饴糖质量的影响

称取100 g大米4份，分别装入500 mL烧杯中，加水比为1∶3，编号为1，2，3，4。分别加入1.2.6所确定的最适淀粉酶用量。液化完成后迅速冷却到58～62 ℃，同时调节pH至4～4.5。分别加入糖化酶34 ，40，45，50 μL糖化3 h。糖化后过滤，之后的操作同1.2.6。

1.2.9 糖化酶作用时间对饴糖质量的影响

称取100 g大米4份，分别装入500 mL烧杯中，加水比为1∶3，编号为1，2，3，4，调节pH至6.5～7.5，加入1.2.6所确定的最适淀粉酶用量。液化完成后迅速冷却到58～62 ℃，同时调节pH至4～4.5。加入糖化酶50 μL，分别反应2，3，4，5 h。糖化后过滤，之后的操作同1.2.6。

1.2.10 不同的大米和水的比例对饴糖质量的影响

称取100 g大米4份，分别装入500 mL烧杯中，编号为1，2，3，4。按加水比为1∶2，1∶2.5，1∶3，1∶3.5进行糊化，加入1.2.6所确定的最适淀粉酶用量，液化12 min。液化完成后迅速冷却到58～62 ℃，同时调节pH至4～4.5。分别加入50 μL糖化酶液糖化2 h。糖化后过滤，之后的操作同1.2.6。

1.2.11 真空干燥时间对饴糖质量的影响

称取100 g大米4份，分别装入500 mL烧杯中，编号为1，2，3，4组。以1.2.10所确定的最适加水比进行糊化，糊化后加入1.2.6所确定的最适淀粉酶用量，液化12 min。液化完成后迅速冷却到58～62 ℃，同时调节pH至4～4.5。分别加入糖化酶50 μL糖化2 h。糖化后过滤，取滤液进行真空干燥，分别干燥3，4，5，6 h。干燥好后取适当质量的饴糖进行稀释，之后的操作同1.2.6。

1.2.12 正交实验设计

通过液化酶用量、糖化酶用量等单因素实验，选定正交实验的因素和水平，见表1。正交实验采用 L8(32)设计，实验结果见表2。

表1 正交实验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

表2 正交实验组合表Table 2 Orthogonal experimental combination

根据实验组合，按1∶3加水比进行实验，液化酶和糖化酶用量见表2，作用时间分别是12 min和2 h。糖化后过滤，取滤液稀释测定葡萄糖、麦芽糖、粘度、DE值、波美度。

1.3 数据处理

采用Excel、Origin 9.1等软件对单因素结果进行分析、作图，单因素平行实验进行3组，正交实验采用平均值及标准差表示[8，9]。

2 结果与分析

2.1 葡萄糖标准曲线的绘制

分别取1 mg/mL葡萄糖标准液0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mL于15 mL试管中，准确加入DNS试剂2 mL，在540 nm波长下测定吸光度，得到标准曲线，见图1。

图1 葡萄糖标准曲线Fig.1 Glucose standard curve

2.2 耐高温α-淀粉酶用量对饴糖质量的影响

耐高温α-淀粉酶用量对饴糖成分中麦芽糖、葡萄糖、DE值、粘度和波美度的影响实验结果见图2和图 3。

图2 液化酶用量对麦芽糖、葡萄糖的影响Fig.2 Effect of liquifying enzyme dosage on maltose and glucose

图3 液化酶用量实验数据分析Fig.3 Analysis of experimental data of liquifying enzyme dosage

由图2和图3可知，酶用量在0.2～1.1 g范围内，饴糖中麦芽糖的含量随耐高温α-淀粉酶用量增加而减少，葡萄糖含量随耐高温α-淀粉酶用量增加而减少，DE值随耐高温α-淀粉酶用量增加而呈上升趋势,且在17～28的范围内。波美度在9～10 °Be′范围内小幅度变化，当耐高温α-淀粉酶用量为0.2 g时，液化液中麦芽糖含量最高为15.4 g/L，葡萄糖含量最低为2.6 g/L。

2.3 耐高温α-淀粉酶作用时间对饴糖质量的影响

耐高温α-淀粉酶作用时间对饴糖质量影响的实验结果见图4和图5。

图4 液化酶作用时间实验数据分析Fig.4 Analysis of action time of liquifying enzyme

图5 液化酶作用时间实验数据分析Fig.5 Analysis of action time of liquifying enzyme

由图 4和图5可知，在8～12 min时，葡萄糖含量、麦芽糖含量都随耐高温α-淀粉酶作用时间延长而增大。在12～24 min时，α-淀粉酶作用时间增长，麦芽糖含量减少，而葡萄糖含量增加，DE值随耐高温α-淀粉酶作用时间延长而增大。波美度基本没有变化。耐高温α-淀粉酶作用时间在 12 min时麦芽糖达到最大值15.6 g/L。

2.4 糖化酶用量对饴糖质量的影响

糖化酶用量对饴糖质量的影响的实验结果见图6和图7。

图6 糖化酶用量实验数据分析Fig.6 Analysis of experimental data of saccharifying enzyme

图7 糖化酶用量实验数据分析Fig.7 Analysis of experimental data of saccharifying enzyme

由图 6和图7可知，糖化酶添加量为34～45 μL时，麦芽糖的含量随糖化酶添加量的增加而增大，当糖化酶添加量50 μL时，麦芽糖含量增大，葡萄糖随着糖化酶的添加量增加而增大，DE值也随糖化酶量的添加而增大，波美度几乎没有变化。

在添加量为34，40 μL时因为糖化酶的添加量不够，所以麦芽糖和葡萄糖的含量都不多。当酶量增加以后麦芽糖和葡萄糖的含量增加，随着麦芽糖和葡萄糖量的增加，DE值也增加，粘度也增大。

2.5 糖化酶作用时间对饴糖质量的影响

糖化酶作用时间对饴糖质量的影响的实验结果见图8和图9。

图8 糖化酶作用时间实验数据分析Fig.8 Analysis of action time of saccharifying enzyme

图9 糖化酶作用时间实验数据分析Fig.9 Analysis of action time of saccharifying enzyme

由图8和图9可知，糖化酶作用时间越长，麦芽糖含量越低，但是饴糖中葡萄糖含量越高。DE值和葡萄糖呈同样的趋势变化。粘度、波美度几乎没有变化。

2.6 不同的料水比对饴糖质量的影响

不同的大米和水的比例对饴糖质量的影响实验结果见图10和图11。

图10 大米和水比例的实验数据分析Fig.10 Analysis of experimental data for the ratio of rice and water

图11 大米和水比例的实验数据分析Fig.11 Analysis of experimental data for the ratio of rice and water

由图10和图11可知，麦芽糖的含量随大米与水的比例增大而增大，葡萄糖的含量随大米与水的比例增大而减小，DE值也随大米与水的比例在减小。波美度随大米与水的比例增加而减小。加水比会影响淀粉的糊化阶段，在糊化阶段淀粉加热吸水膨胀，增加淀粉链和液化酶反应的机会，在相同液化时间内淀粉水解所得麦芽糖越多，所得的淀粉糊精就相对比较少，糖化酶作用时所产生的葡萄糖就会比较少。