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1、稻米酶法制取超高纯度麦芽糖浆工艺研究摘 要：以稻米为原料，以耐高温- 淀粉酶为液化酶，以真菌淀粉酶和普鲁兰酶两种糖化酶协同糖化，研究稻米高纯度麦芽糖浆制取技术。结果表明：控制液化值为 14 左右，糖化时真菌淀粉酶和普鲁兰酶用量分别为0.6FAU/g干米淀粉和0.3PUN/g干米淀粉，糖化时间控制在18h左右、糖化温度59、糖化pH5.5，可以制得麦芽糖含量85%以上的超高麦芽糖浆。目前我国稻谷的年产量已经达到了1.95 亿吨左右，占全国粮食总产量的40%、世界稻谷总产量的37%，居世界首位。每年稻谷初加工(碾米)中有近2000 万吨碎米等稻米副产品未得到很好的开发利用1。另外，我国稻谷生产阶段
2、性与结构性过剩现象时有发生，如食用品质较差的早籼稻压库严重，给国家财政造成沉重负担，稻谷的价格下滑，严重影响农民收入的提高和农村经济的进一步发展。因此，如何通过稻米深加工途径来达到高效增值的效果，一直是科研人员和企业共同努力的方向2。麦芽糖因其优越的加工性能和理化特性，应用范围非常广泛，已引起国内外食品、医药、化工等领域的高度重视。依麦芽糖含量的高低，麦芽糖浆可分为普通麦芽糖浆、高麦芽糖浆和超高麦芽糖浆。干物质中麦芽糖含量小于60%的为普通麦芽糖浆，大于60%而小于80% 的为高麦芽糖浆，大于80% 的麦芽糖浆为超高麦芽糖浆3-4。目前生产麦芽糖浆的主要原料是玉米淀粉，以玉米淀粉生产麦芽糖浆技
3、术比较成熟而且在生产上已大规模化投产应用，但是目前生产上投产的技术产品中麦芽糖含量(以干物质计)少有超过80% 的，因为超高麦芽糖浆不仅生产成本较高，而且技术很不稳定，以稻米特别是低值稻米(节碎米等)为原料生产超高纯度麦芽糖浆更是少有报道。本实验以我国早籼米等食用品质较差的低值稻米为原料，研究耐高温- 淀粉酶和真菌淀粉酶等几种酶配合使用，生产高纯度麦芽糖的工艺技术，旨在为稻米高纯度麦芽糖生产提供一定的理论指导和实际参考。1 材料与方法1.1 材料与试剂普通食用早籼米-市购。耐高温-淀粉酶(Termamyl Supra，酶活力20000U/mL) -诺维信公司。真菌淀粉酶(Fungamyl 80
4、0L，酶活力800FAU/g) -诺维信公司。普鲁兰酶(Promozyme 500L，酶活力500PUN/g)-诺维信公司。1.2 仪器与设备SHZ 可调温水浴振荡器-上海医疗器械厂；W501可调温温油浴锅-上海申胜生物技术有限公司；80-2高速离心机-上海手术器械厂；LC-20AT 高效液相色谱(HPLC)系统-日本岛津公司。1.3 方法1.3.1 超高麦芽糖浆工艺流程与操作要点1.3.1.1 工艺流程1.3.1.2 操作要点稻米预处理：破碎成60目以上，加适当水浸泡26h 。调浆喷射液化：浸泡后的米浆加一定量耐高温-淀粉酶，调成质量分数30%33%的米浆液，调pH值，经105110喷射液化
5、，在95保温液化一定时间，控制液化 DE 值，灭酶。脱渣：采用离心或过滤方法脱除米蛋白等成分。糖化：调整滤液pH 值，并加一定量的真菌淀粉酶和普鲁兰酶等糖化酶，在设定温度下糖化一定时间，灭酶。精制、浓缩：加活性炭脱色，离子交换脱除离子，通过降膜浓缩法浓缩至所需浓度即可。1.3.2 检测方法DE 值：采用碘量法5；麦芽糖含量：采用高效液相色谱法(HPLC)6。1.3.3 色谱条件LC-20AT 高效液相色谱系统：色谱柱：碳水化合物分析柱(4.6mm250mm)；流动相：乙腈- 水(80:20，V/V)，流速 1.0mL/min；柱温：30。示差折光检测器RID-10A。2. 结果与分析2.1 液
6、化参数的选择与麦芽糖粉含量的关系2.1.1 液化DE 值对麦芽糖含量的的影响本研究对适宜的液化程度进行了对比研究，发现液化度太高或太低都不利于麦芽糖的生成(液化度越高则DE值越高，液化度越低则DE值越低)7。从图1可以看出，液化后，真菌淀粉酶(用量为0.6FAU/g 干米淀粉)和普鲁兰酶(用量为0.3PUN/g 干米淀粉)两种糖化酶协同糖化，当DE 值为14 时，麦芽糖含量达到85%(干质量)以上；液化度太高，即DE值大于14后，麦芽糖含量有降低趋势。其主要原因可能是过度液化后，糖化过程中导致了葡萄糖等单糖的大量形成7-8。2.1.2 液化酶的用量和液化时间对DE 值的影响影响液化DE 值的因
7、素很多，从经济的角度看，液化酶的使用量越低越好，在保证液化DE值为14的前提下，选用了不同用量的液化酶，从图2可以看出，当耐高温- 淀粉酶用量为9U/g干米淀粉时，DE值就可以达到14，用量增加不仅增加成本，而且促使DE值增加后不利于后续糖化过程中麦芽糖的形成9。从图3可以看出，当液化时间为105min 左右时，DE 值达到14。1个酶活力单位定义为：1U为在确定的最适反应条件下，每分钟催化1mol底物转变成产物所需的酶量。2.2 糖化参数的选择与麦芽糖含量的关系2.2.1 糖化酶协同使用对麦芽糖含量的影响真菌淀粉酶是一种常用的糖化酶，而且有产麦芽糖的功效，有些厂家就直接用真菌淀粉酶糖化生产麦
8、芽糖浆10，但是本实验研究发现，添加一定量的普鲁兰酶后，有极显著的增效作用，能显著提高麦芽糖产量。如表1 所示，单独用真菌淀粉酶(用量为0.6FAU/g 干米淀粉)或普鲁兰酶(用量为0.3PUN/g干米淀粉)，糖浆中麦芽糖含量分别为60% 或9% 左右，而真菌淀粉酶和普鲁兰酶同时使用时，可以达到 85% 以上，差异极显著。这主要是因为淀粉有直链和支链淀粉之分，籼米淀粉包含有部分支链淀粉，真菌淀粉酶主要是降解-1,4 糖苷键，很难降解支链中的 -1,6 糖苷键，而普鲁兰酶是一种典型的分支酶，几乎不能降解-1,4 糖苷键，却能选择性降解-1,6 糖苷键11-12，因此，该两种糖化酶结合使用，具有协
9、同增效作用，能极显著提高麦芽糖含量，也有学者研究过以- 淀粉酶为主要糖化酶来生产麦芽糖浆，麦芽糖含量也比较高，但是- 淀粉酶价格太贵，目前在生产上推广有一定的难度。2.2.2 真菌淀粉酶的用量对麦芽糖含量的影响从2.2.1 节结果可知，单独使用真菌淀粉酶，也能使麦芽糖达到60%左右，普鲁兰酶在麦芽糖生产过程中只是起到“分支”的效果13，而主要催化降解淀粉生成麦芽糖的还得靠真菌淀粉酶，因此，很有必要对真菌淀粉酶的适宜用量进一步研究。从图4 可以看出，在通过预实验选择得到普鲁兰酶最佳用量为0.3PUN/g干米淀粉的基础上，发现当真菌淀粉酶使用量为0.6FAU/g干米淀粉时，麦芽糖得率最高，达到 8
10、5% 以上，继续增加酶的用量并不能增加多少麦芽糖。2.2.3 糖化时间、pH 值和温度对麦芽糖含量的影响以两种糖化酶协同糖化时，对于糖化时间、pH 值和温度等参数的选择尤为重要，从图5 可以看出，当糖化时间为18h 左右时结果比较理想；超过18h 后，麦芽糖含量还略有降低，这可能是糖化时间过久，麦芽糖进一步转化为单糖或合成其他三糖等寡糖13。酶对 pH 值非常敏感，普鲁兰酶的最适 pH 值范围在4.55.5，而真菌淀粉酶的最适pH值范围在5.06.0，把该两种糖化酶混合使用时，调整适宜的pH 值也是非常关键的。从图6 可知，pH 值为5.5 左右时比较理想，有助于提高麦芽糖得率，高于或低于 p
11、H5.5 时，麦芽糖含量均显著降低。糖化过程中，另一个影响酶糖化的重要参数是温度，真菌淀粉酶和普鲁兰酶的最适温度不完全吻合，从图 7 可以看出，两种酶混合糖化时，最适温度为 59左右，高于或低于该温度，麦芽糖含量都有所降低，因糖化时间比较长，糖化温度过低则易发生酵母菌和细菌污染，从而影响产品质量和麦芽糖得率。因此，在不影响麦芽糖得率情况下，应尽可能增加糖化温度以抑制杂菌生长14。2.3.4 麦芽糖浆HPLC分析图8为在真菌淀粉酶和普鲁兰酶用量分别为 0.6FAU/g 干米淀粉和0.3PUN/g 干米淀粉、糖化时间控制在18h左右、糖化温度59、糖化pH5.5的最优参数下提取的超高麦芽糖浆HPL
12、C 图。从图8 可以看出，样品中除有麦芽糖形成外，还有其他的物质产生，5.633min出现的峰可能是单糖，第11.852min 出现的峰可能是其他的双糖甚至三糖。3 结 论为了提高麦芽糖浆中麦芽糖含量，以耐高温- 淀粉酶为液化酶，液化度不能太高或太低，耐高温- 淀粉酶用量为9U/g 干米淀粉，液化时间105min，即可控制最佳液化DE 值为14；以真菌淀粉酶和暜鲁兰酶两种糖化酶混合协同糖化时，糖化产麦芽糖效果比单一糖化酶好，真菌淀粉酶和暜鲁兰酶用量分别为0.6FAU/g 干米淀粉和0.3PUN/g 干米淀粉、糖化时间控制在18h 左右、糖化温度 59、糖化 pH5.5。按照该工艺参数，以稻米为
13、原料可以制得麦芽糖含量85%以上的超高麦芽糖浆，由该最优参数下的麦芽糖浆HPLC 图可知，样品中除有麦芽糖形成外，还有其他的物质如单糖、双糖等产生。参考文献：1 张德明. 湖南水稻生产的现状与出路J. 湖南农业, 2002(8): 15-16.2 王瑞元. 稻米加工副产品综合利用大有可为J. 中国稻米, 2005(1):8-10.3 周建芹, 罗发兴. Maltogenase和-淀粉酶制取超高麦芽糖浆的研究J. 农业工程学报, 2002, 18(1): 126-128.4 GOVINDASAMY S, CAMPANELLA O H, OATE C G. Influence ofextrusio
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