亢潘潘，胡秋林

(武漢工業(yè)學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢430023)

小麥?zhǔn)俏覈饕募Z食作物之一，其淀粉含量可達(dá)85%以上。近幾年來，小麥淀粉被廣泛地用于食品生產(chǎn)中，它已經(jīng)是一種重要的食品原料。但由于小麥淀粉在生產(chǎn)過程中經(jīng)過酸處理、蛋白質(zhì)提取等過程使得淀粉質(zhì)量略劣化，許多只能用做飼料配合物［1］，造成淀粉資源未被充分利用而浪費。

麥芽糖漿主要由麥芽糖和葡萄糖組成。它具有許多的優(yōu)良特性，如：甜度低、抗結(jié)晶性好、熱穩(wěn)定性好、吸濕性低;膠黏性大、增稠性強;最主要的是它在人體內(nèi)不通過胰島素的作用而被吸收，可用作糖尿病人食品中的甜味劑。

目前，麥芽糖漿的生產(chǎn)多以玉米淀粉、木薯淀粉及馬鈴薯淀粉等原料為主，液化方法大多采用酶法液化、酸法液化。酶液化雖然具有專一性、作用條件溫和、目標(biāo)產(chǎn)率質(zhì)量高等優(yōu)點，但是其反應(yīng)時間長、無法分解非淀粉多糖、蛋白等雜質(zhì)、液化液黏度高、過濾困難等缺點。酸液化速度快、無專一性可使共存的纖維素、蛋白質(zhì)等雜質(zhì)一起分解、過濾容易，但不能完全避免復(fù)合反應(yīng)的發(fā)生，對目標(biāo)產(chǎn)物控制困難［2-3］。所以在實際應(yīng)用中無論酶法還是酸法都具有缺陷。

本實驗采用酸酶法結(jié)合共同水解小麥淀粉，既保留酸水解快速、便捷、容易過濾的同時又利用了酶的專一性提高麥芽糖液的純度，減少復(fù)合反應(yīng)的發(fā)生。研究了小麥淀粉液化過程中的影響因素，為進(jìn)一步糖化制備麥芽糖奠定了基礎(chǔ)，也為小麥淀粉的深加工提供了一條有益的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料

小麥淀粉實驗室自制;中溫α-淀粉酶(活力34000 U/g)北京雙旋微生物培養(yǎng)基制品廠;鹽酸分析純;氫氧化鈉分析純。

1.2 主要設(shè)備

可見光分光光度計(V1100型)，上海美譜達(dá)儀器有限公司;酸度計(FE20)，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;電熱恒溫水浴鍋(HHS型)，上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療器械制造廠;數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱(GZX-9140ME)，上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療器械制造廠;低速離心機(LD5-10(Ⅲ)型)，北京醫(yī)用離心廠;循環(huán)水式真空泵(SHZ-D型)，河南鞏義市英峪予華儀器廠;磁力加熱攪拌器(78-1型)，國華電器有限公司;集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(DF-1015型)，河南鞏義市英峪予華儀器廠;快速旋轉(zhuǎn)黏度儀，河南鞏義市英峪予華儀器廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

以小麥面粉為原料制備小麥淀粉的工藝流程見圖1。小麥淀粉液化的工藝流程見圖2。

圖1 小麥淀粉加工工藝流程示意圖

以自制小麥淀粉為原料制備DE值≤15的液化液的工藝流程見圖2。

圖2 小麥淀粉液化的工藝流程示意圖

1.3.2 操作要點

將自制小麥淀粉加水調(diào)成一定濃度的淀粉漿，加入5%鹽酸適量，在100℃，于集熱式恒溫加熱磁力攪拌器中加熱，酸化反應(yīng)適當(dāng)時間，急速降溫避免老化，用0.5 M氫氧化鈉中和后用0.1M鹽酸調(diào)pH至5.4，在64℃，添加適量的濃度的中溫α-淀粉酶，酶解適當(dāng)時間后恒溫水浴鍋中100℃，保持10 min進(jìn)行滅酶。放置室溫(25℃)，轉(zhuǎn)子為Φ 1.0cm，轉(zhuǎn)速為80 r/min，測定黏度，后將液化液用離心機(3800 r/min)離心15 min，使得蛋白質(zhì)和少量大分子糊精沉淀下來，取上清液測定DE值。

1.4 分析方法

1.4.1 酶活測定方法—吸光光度法

吸取2%的可溶性淀粉20 mL于試管中，加入(pH 6.0)磷酸緩沖液5 mL，搖勻后，于60±0.2℃恒溫水浴中預(yù)熱5 min。再加入稀釋合適倍數(shù)的酶液1ml，立即計時，搖勻，準(zhǔn)確反應(yīng)5min。立即吸取反應(yīng)液1.00 mL于到5 mL稀碘液中，搖勻，并以稀碘液作空白，在660 nm波長下，用10 mm比色皿，迅速測定吸光度值，根據(jù)吸光度值查表，求得測試酶液的濃度(C)。公式如下：

x—樣品的酶活力，U/g(U/mL);

c—測試酶液的濃度，U/mL;

n—樣品稀釋倍數(shù)。

1.4.2 DE值測定方法

GB/T5009.7-2003直接滴定法。

1.4.3 黏度測定

快速旋轉(zhuǎn)黏度計。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 料液比對DE值、黏度的影響

料液比是影響液化液DE值和黏度的關(guān)鍵因素之一，在麥芽糖的制備過程中，液化液的DE值越高，麥芽糖的產(chǎn)率越低;DE值過低液化液的黏度越大，不易過濾和糖化。本實驗選擇液化液DE值控制在15以下［4-5］。固定實驗條件：5%鹽酸15 mL、100℃酸化15min、0.5M氫氧化鈉中和、濃度為0.0143g/100mL的中溫 α-淀粉酶 5mL、pH 5.4、64℃ 酶液化 30min。選擇料液比分?jǐn)?shù)分別為10%、20%、30%、40%、50%液化后，測定DE值及黏度。

圖3 料液比對DE值及黏度的影響

由圖3可知，在料液比10%、20%時DE值較小且都在15以下，但是其試驗現(xiàn)象為有大量的泡沫溢出，造成部分的糖分損失，DE值偏低;40%時DE值不僅僅增加而且會有近1/3的淀粉未被液化仍然呈膏狀，隨著料液比繼續(xù)增大至50%時，淀粉漿液過于粘稠并且液化不完全無法進(jìn)行正常的酸液化及下一步的酶液化。30%時DE值在預(yù)期范圍內(nèi)(＜15%)，且黏度適中符合要求。

液化完成后在恒溫水浴鍋中保溫95±2℃條件下，測定各液化液黏度。由圖1可以看出在料液比達(dá)到50%時黏度最大達(dá)到59 Pa·s，黏度與過濾直接相關(guān)，黏度過大流速減小過濾就會困難;雖然料液比在 10%、20%時黏度分別為 0.4Pa·s、0.8 Pa·s，黏度小，液化液清澈透明取樣容易。但是，料液比的大小對最終產(chǎn)物麥芽糖的得率有直接關(guān)系，且同樣影響酶液化作用。綜上所述，料液比選擇在30%左右較為理想。

2.1.2 鹽酸濃度對DE值、黏度的影響

鹽酸是在淀粉糖生產(chǎn)中用量最普遍的無機酸，經(jīng)此處理后，淀粉得以完全糊化和水解，從而使得過濾容易，鹽酸濃度的適當(dāng)選取對淀粉的酸液化有重要影響。固定實驗條件：(3∶10)料液比、鹽酸 15mL、100℃酸化15min、0.5M氫氧化鈉中和、濃度為0.0143g/100mL 中溫 α-淀粉酶 5mL、pH 5.4、64℃酶液化30min。選擇濃度分別為5%，10%，15%，20%，25%鹽酸液化后，測定DE值及黏度。

圖4 鹽酸濃度對DE值及黏度的影響

由圖4所示，當(dāng)鹽酸濃度在15%時雖然黏度最低，但因酸液化無專一性，可使共存的纖維素、蛋白質(zhì)、非淀粉多糖等一起水解，以致產(chǎn)生5-羥基-2-呋喃及無水葡萄糖、色素等副產(chǎn)物，并且生成多量的灰分而影響產(chǎn)品質(zhì)量和增加精制難度［6］。且考慮到鹽酸對液化罐有腐蝕作用，并且鹽酸濃度越高，液化液的異味越大，對下一步糖化后的精制增加難度并且提高精制費用。酸化后需要添加0.5 M的氫氧化鈉進(jìn)行中和，鹽酸濃度高時，堿的添加量會隨之增加，液化液中的灰分含量也會增加。因此，選取5%濃度的鹽酸進(jìn)行酸水解。

2.1.3 鹽酸的添加量對DE值的影響

同鹽酸濃度的選擇一樣，鹽酸的添加量越大，對后期糖化液的過濾、脫色、純化等精制過程增加難度。固定實驗條件：(3∶10)料液比、5%鹽酸、100℃酸化15 min、0.5 M氫氧化鈉中和、濃度為0.0143 g/100 mL的中溫 α-淀粉酶5 mL、pH 5.4、64 ℃酶液化30 min。選擇5%鹽酸的添加量分別為5 mL、10 mL、15 mL、20 mL、25 mL液化后測定DE值。由圖5可見，當(dāng)添加5%鹽酸5 mL時，其液化液的DE值達(dá)到13.22。

圖5 5%鹽酸添加量與DE值的關(guān)系

2.1.4 鹽酸的酸化時間對DE值、黏度的影響

酸化時間過短，淀粉乳未被完全糊化、水解不完全，黏度大;酸化時間過長，葡萄糖復(fù)合反應(yīng)嚴(yán)重，不但減少了麥芽糖的產(chǎn)率，而且增加了糖化液的色澤。固定實驗條件：3∶10料液比、5%鹽酸5 mL、100℃酸化、0.5 M氫氧化鈉中和、濃度為0.0143 g/100 mL中溫 α-淀粉酶5 mL、pH 5.4、64 ℃酶液化30 min)。，選擇酸液化時間 10 min，15 min，20 min，25 min，30 min液化后測定DE值、黏度，由圖6所示。雖然酸化10 min時，DE值較低但是黏度較15 min、20 min時大，綜合考慮選擇酸液化15 min。

圖6 酸化時間與DE值及黏度的關(guān)系

2.1.5 酶濃度對DE值的影響

酸液化后用0.5 M氫氧化鈉進(jìn)行中和后用中溫α-淀粉酶進(jìn)一步液化，其最適pH在5.0～5.8選取經(jīng)驗pH值5.4，最適液化溫度64℃。α-淀粉酶主要作用于淀粉鏈的α-1、4糖苷鍵生成α-1、4葡萄糖、麥芽糖、低聚糖等。通過添加中溫α-淀粉酶，即可以減少無機酸的用量，又可以發(fā)揮酶的專一性;既降低發(fā)生葡萄糖副產(chǎn)物的可能性，又改善了液化液的黏度從而改善了過濾困難［7-8］。因此，選擇適合的酶濃度對酸液化后進(jìn)一步酶液化有著較大影響。固定實驗條件：(3∶10)料液比，5%鹽酸 5 mL，100℃酸化 15 min，0.5 M 氫氧化鈉中和，中溫 α-淀粉酶5 mL，pH 5.4，64℃酶液化30 min。選擇濃度分別為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的中溫α-淀粉酶進(jìn)行酶液化后測定DE值。由圖7所示，當(dāng)酶濃度為0.02 g/100 mL時，DE值＞15;雖然當(dāng)酶濃度在0.0167 g/100 mL、0.0143 g/100 mL時，DE值都在15以下，但是考慮的酶本質(zhì)上也是蛋白，酶濃度越大加酶量就越大滅酶后會增加液化液中的蛋白含量。對過濾造成不利影響。因此，綜合考慮選擇酶濃度為0.0143 g/100 mL的中溫α-淀粉酶進(jìn)行酶液化。

圖7 中溫α-淀粉酶濃度與DE值的關(guān)系

2.1.6 中溫α-淀粉酶的添加量對DE值的影響

選擇適宜添加量的酶濃度為0.0143 g/100 mL的α-淀粉酶進(jìn)一步酶液化，既能充分的與底物接觸反應(yīng)，又能達(dá)到理想的液化效果。固定實驗條件：(3∶10)料液比，5%鹽酸 5 mL，100 ℃ 酸化 15 min，0.5 M氫氧化鈉中和，0.0143 g/100 mL的中溫α-淀粉酶，pH 5.4、64℃酶液化30 min)。選擇濃度為0.0143 g/100 mL的α-淀粉酶的添加量分別為5 mL，15 mL，25 mL，35 mL，45 mL 進(jìn)一步酶液化后測定 DE值。由圖8結(jié)果可以看出，在0.0143 g/100 mL的α-淀粉酶的添加量5 mL時，液化液DE值在15以下。

圖8 中溫α-淀粉酶的添加量與DE值的關(guān)系

2.1.7 酶液化時間對DE值的影響

與酸液化同理，酶液化時間短，酶解不完全，造成酶液的浪費且增加液化液中蛋白的含量從而增加了過濾困難;酶液化時間過長，DE值無法達(dá)到理想的范圍，同樣也達(dá)不到理想的液化效果。固定實驗條件：(3∶10)料液比、5%鹽酸 5 mL、100 ℃酸化 15 min、0.5 M氫氧化鈉中和、0.0143 g/100 mL的中溫α-淀粉酶5 mL、pH 5.4、64℃適時酶液化。選擇酶液化20 min，30 min，40 min，50 min，60 min 進(jìn)行酶液化后測定DE值。由圖9可以看出，0.0143 g/100 mL的中溫α-淀粉酶5 mL酶解30 min時，液化液 DE值為13.22，淀粉酶不僅得到了大限度的作用不造成浪費，且將DE值控制在理想范圍之內(nèi)。因此，選擇30 min作為中溫α-淀粉酶酶液化時間。

圖9 酶液化時間與DE值的關(guān)系

2.2 正交實驗結(jié)果及分析

在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，以5%鹽酸添加量、酸液化時間、酶濃度為0.0143 g/100 mL的中溫α-淀粉酶添加量、酶液化時間為研究對象，設(shè)計正交實驗以確定小麥淀粉酸酶液化工藝的最佳條件，其他實驗條件為料液比3∶10，酸化溫度100℃，0.5 M氫氧化鈉中和，酶液化pH 5.4，液化溫度64℃，100℃滅酶10 min，以DE值為指標(biāo)，重復(fù)3次，正交試驗因素水平見表1，結(jié)果見表2，正交結(jié)果方差分析見表3。

表1 小麥淀粉酸酶液化工藝的正交試驗因素水平

表2 小麥淀粉酸酶法液化工藝的正交試驗結(jié)果L9(34)

續(xù)表

表3 小麥淀粉酸酶法液化工藝的正交試驗結(jié)果L9(34)方差分析

根據(jù)正交試驗結(jié)果比較各因素，分別在3個水平下測定液化液的DE值。由表2極差分析及表3反差分析可知，影響DE值指標(biāo)的各因素主次順序為：B(酸水解時間)、A(5%鹽酸添加量)、D(酶液化時間)、C(酶添加量)。DE值以小為好，則各因素最優(yōu)組合搭配為A1B1C3D2，即5%鹽酸添加量為12 mL、酸水解時間為12 min、酶濃度為0.0143 g/100 mL的中溫α-淀粉酶添加量為8 mL、酶液化時間為30 min。

3 結(jié)論

根據(jù)正交試驗結(jié)果作驗證實驗，以30%料液比的小麥淀粉乳為原料，加入5%的無機酸鹽酸12 mL，100℃，于集熱式恒溫加熱磁力攪拌器中加熱酸化反應(yīng)12 min，0.5 M氫氧化鈉中和后用0.1 M鹽酸調(diào)pH至5.4，在64℃，8 mL酶濃度為0.0143 g/100 mL的中溫α-淀粉酶，酶解30 min，恒溫水浴鍋中100℃，保持10 min進(jìn)行滅酶。測得黏度為0.6 Pa.s，所得液化液的DE值為8.12%。在預(yù)期DE值(＜15)范圍內(nèi)。為小麥淀粉糖化及糖化液的精制工藝奠定基礎(chǔ)，也為與玉米淀粉制取麥芽糖對比試驗提供技術(shù)參數(shù)。

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