蔡玉玲，申德超

（山東理工大學(xué) 農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255091）

麥芽糖含量在60%以下的麥芽糖漿為普通麥芽糖漿，60%～70%的為高麥芽糖漿，70%以上的麥芽糖漿為超高麥芽糖漿［1］.傳統(tǒng)酶法制取超高麥芽糖漿的糖化工藝是以淀粉為原料，耐高溫α－淀粉酶為液化酶，經(jīng)過(guò)噴射液化后再糖化60～80h得到糖化液.20世紀(jì)80年代，擠壓機(jī)已經(jīng)被作為一種生物反應(yīng)器，一些加入酶類(lèi)谷物的擠出物可用于糖漿、乙醇等發(fā)酵生產(chǎn)中［2－3］.2007～2010年，申德超、奚可畏、馬成業(yè)［4－6］研究了低溫?cái)D壓添加酶制劑的玉米粗淀粉及脫胚玉米的糖化過(guò)程，研究表明用添加耐高溫α－淀粉酶或中溫α－淀粉酶的擠出物制取葡萄糖漿，糖化漿液過(guò)濾速度明顯提高，且可以省去傳統(tǒng)玉米淀粉糖漿噴射液化過(guò)程，減少水耗、電耗，減輕了環(huán)境污染；2008年，對(duì)低溫?cái)D壓加耐高溫α－淀粉酶脫胚玉米生產(chǎn)葡萄糖漿進(jìn)行的生產(chǎn)中試結(jié)果表明，合適的擠壓－液化參數(shù)可得到DE值為95.89%和透光率為98.5%的葡萄糖漿，其擠壓參數(shù)范圍如下:套筒溫度為59～61℃，物料含水率為27.6%～39.4%，螺桿轉(zhuǎn)速為108～110r／min，擠壓加耐高溫α－淀粉酶量為0.82～0.91L／t.基于加酶擠壓技術(shù)在淀粉糖漿工業(yè)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于超高麥芽糖漿的生產(chǎn)中，對(duì)超高麥芽糖漿的工業(yè)生產(chǎn)有著重要意義.

本試驗(yàn)對(duì)低溫?cái)D壓和液化過(guò)程中選用的酶制劑進(jìn)行初步試驗(yàn)研究.

1 試驗(yàn)設(shè)備、材料與分析方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備為自制的單螺桿擠壓膨化機(jī)，生產(chǎn)率為100kg／h，它由組合套筒和螺桿組成，螺桿轉(zhuǎn)速為0～1200r／min無(wú)級(jí)可調(diào).套筒溫度為0～300℃連續(xù)可調(diào)，配有溫度數(shù)顯儀表閉環(huán)自控系統(tǒng)，擠壓機(jī)?？卓讖接屑?jí)可調(diào).結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示.

圖1 單螺桿擠壓蒸煮設(shè)備

1.2 試驗(yàn)材料

脫胚玉米 （市購(gòu)），水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.06%，淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)75.28%；耐高溫α－淀粉酶（活力20000U／mL，山東隆大生物工程有限公司）；中溫α－淀粉酶（活力2000U／mL，山東隆大生物工程有限公司）；β－淀粉酶（活力500000U／mL，鄭州市福源生物科技有限公司）；普魯蘭酶（活力1000U／mL，諾維信（中國(guó)）生物技術(shù)有限公司）；麥芽三糖酶（活力4000 PUN／g，諾維信（中國(guó)）生物技術(shù)有限公司）

1.3 分析方法

碘反應(yīng):取2.00mL液化漿過(guò)濾液置于白瓷板中，滴入適量0.01mol／L碘液（2.5g碘和5g碘化鉀溶于水中，稀釋到1000mL），觀察反應(yīng)顏色（不變藍(lán)表示液化完全）.

糖化液過(guò)濾速度:以單位面積（m2）、單位時(shí)間（h）內(nèi)通過(guò)的體積（L）表示，單位為L(zhǎng)／（m2·h）.本試驗(yàn)采用布氏漏斗（直徑d＝9cm）過(guò)濾，濾紙為定量中速濾紙，以收集50mL糖液的時(shí)間τ（h）來(lái)計(jì)算過(guò)濾速度，即

糖漿固形物、糖漿DE值和透射比的測(cè)定采用GB／T 20885－2007規(guī)定的方法；

糖漿還原糖的測(cè)定采用GB／T 5009.7－2008規(guī)定的方法；

糖組分分析采用高效液相色譜法（山東綠健生物技術(shù)有限公司質(zhì)檢科）.

1.4 色譜條件

色譜柱（P／No.OOH－0130－KO，Desc.Reze×RCM－Monosaccharide Ca2＋，Size.300×7.80 mm，S／No.520572－1，廣州菲羅門(mén)科學(xué)儀器有限公司）；流動(dòng)相:超純水；分離柱:碳水化合物柱；柱溫:80～85℃；流速:0.6mL／min；檢測(cè)器:示差折光檢測(cè)器（ShodexRI－101，天津伏尼克科技發(fā)展有限公司）；進(jìn)樣量:20μL.

1.5 擠壓方法

低溫?cái)D壓添加酶制劑的脫胚玉米（擠壓添加酶制劑方案參照表3）.

1.6 液化方法

料水比為1∶2的加酶擠壓脫胚玉米乳，用35%鹽酸調(diào)pH值（調(diào)至pH6.0～6.2），加入適量液化酶，邊攪拌邊加熱至一定溫度，若需要滅酶，在一定溫度下滅酶一定時(shí)間（耐高溫α－淀粉酶:125℃，10min；中溫α－酶:水浴90℃，10min），之后冷卻至60℃.

1.7 糖化方法

冷卻后的液化乳，用35%鹽酸調(diào)至pH5.3～5.5，攪拌均勻后添加β－淀粉酶（1.5L／t）、普魯蘭酶（2.0L／t）和麥芽三糖酶（1.5L／t），攪拌均勻，在60℃條件下保溫一定時(shí)間后，在90℃下保溫10min滅酶.

1.8 工藝流程

擠出物→ 粉碎→調(diào)漿（料水比為1∶2，添加液化酶）→液化→滅酶（需要時(shí)）→冷卻→調(diào)pH值（pH 5.3～5.5）→添加β－淀粉酶、普魯蘭酶和麥芽三糖酶→糖化保溫（60℃）→滅酶→冷卻→過(guò)濾→糖漿.

2 試驗(yàn)安排與結(jié)果分析

2.1 添加耐高溫α－淀粉酶脫胚玉米擠出物應(yīng)用于超高麥芽糖漿制作的預(yù)試驗(yàn)研究

在申德超教授科研團(tuán)隊(duì)［4－6］的研究成果基礎(chǔ)上，試驗(yàn)設(shè)定擠壓參數(shù)如下:?？字睆焦潭?2mm，軸頭間隙固定為15mm，螺桿轉(zhuǎn)速為110r／min，擠壓加耐高溫α－淀粉酶量為1.0L／t，套筒溫度為60℃，物料含水率為30%.由于加酶脫胚玉米擠出物尚有一定的酶活性，所以在液化時(shí)采用加液化酶和不加液化酶兩種方式進(jìn)行，其中未加液化酶時(shí)，分為糖化前滅酶和不滅酶兩種方式進(jìn)行.其預(yù)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1.

表1 擠壓和液化過(guò)程中均添加耐高溫α－淀粉酶預(yù)試驗(yàn)結(jié)果

從表1中數(shù)據(jù)看出，DE值和固形物含量最大的為液化時(shí)添加0.6L／t耐高溫α－淀粉酶、糖化前滅酶、糖化36h的試驗(yàn)組，但其過(guò)濾速度過(guò)慢，所以此方案不可取，需要繼續(xù)探索合適的擠壓參數(shù).

2.2 液化酶制劑的選用

在2.1試驗(yàn)基礎(chǔ)上，用添加耐高溫α－淀粉酶脫胚玉米擠出物制取超高麥芽糖漿，在糖化前滅酶需要高達(dá)125℃的高溫，生產(chǎn)中消耗大量蒸汽，將擠壓時(shí)添加的酶制劑改為β－淀粉酶和普魯蘭酶，擠壓加酶量固定為β－淀粉酶（2.5L／t）和普魯蘭酶（3.0L／t），擠壓溫度為55℃，其他參數(shù)與2.1試驗(yàn)方案相同.液化過(guò)程中，液化酶選用耐高溫α－淀粉酶、中溫α－淀粉酶和β－淀粉酶其中的一種，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 液化酶制劑選用試驗(yàn)結(jié)果

表2中數(shù)據(jù)顯示，液化加3.0L／t中溫α－淀粉酶，糖化前滅酶的試驗(yàn)組過(guò)濾速度和還原糖含量最大，說(shuō)明中溫α－淀粉酶在較低溫度下，可將淀粉較徹底降解，液化結(jié)束后進(jìn)行滅酶，避免影響后續(xù)的糖化過(guò)程中糖化酶（β－淀粉酶、普魯蘭酶和麥芽三糖酶）對(duì)底物的作用，進(jìn)而影響糖漿麥芽糖收率.且與耐高溫α－淀粉酶相比，液化過(guò)程采用中溫α－淀粉酶，可降低液化后滅酶溫度（耐高溫α－淀粉酶的最適溫度為90℃以上，中溫α－淀粉酶的最適溫度為60～70℃，滅酶溫度至少要高于酶最適作用溫度），在生產(chǎn)中能節(jié)省能源，所以選用中溫α－淀粉酶作為液化酶.

2.3 擠壓酶制劑的選用

在2.2試驗(yàn)基礎(chǔ)上，擠壓時(shí)向脫胚玉米中添加的酶制劑選用中溫α－淀粉酶、β－淀粉酶和普魯蘭酶其中的一種或幾種的組合（擠壓加酶種類(lèi)組合分為Ⅰ～Ⅳ種方案，具體擠壓加酶量和擠壓溫度按照編號(hào)1～10進(jìn)行，見(jiàn)表4），液化添加中溫α－淀粉酶（3.0L／t），液化溫度從常溫直接升至75℃，然后迅速滅酶.其他擠壓參數(shù)同2.2試驗(yàn)相同.其試驗(yàn)安排和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別見(jiàn)表3和表4.

表3 擠壓脫胚玉米添加的酶制劑試驗(yàn)安排表

表4 擠壓脫胚玉米添加酶制劑的試驗(yàn)結(jié)果

如表4數(shù)據(jù)所示，所有試驗(yàn)方案中，液化都較徹底，而生產(chǎn)超高麥芽糖漿時(shí)，液化程度越低，糖化后麥芽糖含量越高，但如果液化程度太低，液化液粘度過(guò)高反而不利于后續(xù)操作，所以選擇合適的液化程度對(duì)超高麥芽糖漿的生產(chǎn)有著重要意義［7］.

分子結(jié)構(gòu)中含有還原性基團(tuán)（如游離醛基、半縮醛羥基或游離羰基）的糖叫還原糖，如葡萄糖、果糖、麥芽糖、乳糖等.超高麥芽糖漿中的還原糖主要是葡萄糖和麥芽糖，而葡萄糖大部分是原料在液化過(guò)程中受到液化酶的降解作用而生成的，在液化程度相當(dāng)和糖化時(shí)間相同（此處將糖化20h試驗(yàn)組作比較）的前提下，麥芽糖糖漿還原糖含量越高，說(shuō)明麥芽糖含量越高，以還原糖含量為主要考察指標(biāo)，通過(guò)比較表4中數(shù)據(jù)，得出方案1、3、6、9結(jié)果較好，為了更準(zhǔn)確考察其麥芽糖含量，用高效液相色譜法測(cè)定4組糖液糖組分含量，并且為了考察糖化時(shí)間對(duì)糖漿麥芽糖含量的影響，將方案1的糖化時(shí)間延長(zhǎng)至40h和60h，用高效液相色譜法測(cè)定糖液糖組分含量，結(jié)果見(jiàn)表5.

表5數(shù)據(jù)顯示，6號(hào)的試驗(yàn)組麥芽糖含量最低，所以不考慮.3號(hào)和9號(hào)的試驗(yàn)組麥芽糖含量相對(duì)較高，葡萄糖含量相對(duì)較低，但是3號(hào)試驗(yàn)方案擠壓前需向脫胚玉米中加入β－淀粉酶和普魯蘭酶，相對(duì)9號(hào)試驗(yàn)組擠壓前只需向脫胚玉米中加入β－淀粉酶一種酶來(lái)說(shuō)成本偏高，所以擠壓前向脫胚玉米粉中加入的酶選用β－淀粉酶.且通過(guò)1號(hào)試驗(yàn)組的糖漿糖組分分析數(shù)據(jù)得知，若將方案9延長(zhǎng)一定的糖化時(shí)間，其糖液麥芽糖百分含量定能達(dá)到81%以上，且其葡萄糖百分含量較相同糖化時(shí)間條件下方案1要少.

表5 液相色譜測(cè)定糖組分含量表

3 結(jié)論

1）低溫?cái)D壓添加耐高溫α－淀粉酶脫胚玉米生產(chǎn)葡萄糖漿的擠壓參數(shù)在制作超高麥芽糖漿中不適用.

2）與液化過(guò)程中添加耐高溫α－淀粉酶或β－淀粉酶的試驗(yàn)結(jié)果相比，液化過(guò)程中添加中溫α－淀粉酶（添加量為3.0L／t）的糖液還原糖含量達(dá)20.56g／100g，且使糖化前滅酶工序得到簡(jiǎn)化，所以選用中溫α－淀粉酶為液化酶制劑.

3）在液化程度相當(dāng)、糖化時(shí)間相同的前提下，由添加β－淀粉酶（添加量為1.5L／t）和普魯蘭酶（添加量為2.0L／t）的脫胚玉米擠出物制得的糖液中麥芽糖含量為77.68%，葡萄糖含量為6.951%；由添加β－淀粉酶（添加量為1.5L／t）脫胚玉米擠出物制得的糖液中麥芽糖含量為76.83%，葡萄糖含量為6.876%，從生產(chǎn)成本考慮，擠壓時(shí)向脫胚玉米中添加的酶制劑選用β－淀粉酶.

［1］曹龍奎，李鳳林.淀粉制品生產(chǎn)工藝學(xué)［M］.北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，2008.

［2］Linko P，LinkoY Y，Olkku J.Extrusion cooking and bioconversions［J］.Journal of Food Engineering，1983，2（4）:243－257.

［3］Grafelman D D，MeagherM M.Liquefaction of starch by a single screw extruder and post－ex trusion static mixer reactor［J］.Journal of Food Engineering，1995，24（4）:529－542.

［4］申德超，奚可畏，馬成業(yè).低溫?cái)D壓添加酶制劑的玉米粗淀粉的糖化過(guò)程試驗(yàn)研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23（12）:263－268.

［5］申德超，奚可畏，馬成業(yè).低溫?cái)D壓加酶脫胚玉米粉生產(chǎn)糖漿糖化試驗(yàn)［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41（8）:140－145.

［6］馬成業(yè)，申德超.脫胚玉米添加中溫酶擠出物制取葡萄糖漿試驗(yàn)研究［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41（5）:126－130.

［7］周建芹，羅發(fā)興.Maltogenase和β－淀粉酶制取超高麥芽糖漿的研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2002，18（1）:126－128.