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耐高温α-淀粉酶在淀粉糖生产中的应用研究

  • 作者: 朱振华1 刘玉春1 俞峰2
  • 时间: 2020-06-01 14:05:50
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摘要  本文阐述了我国淀粉糖的概况及生产工艺,研究了以玉米淀粉为原料,采用喷射液化器和耐高温α-淀粉酶进行液化实验。通过单因素和正交实验,以DE值为评价指标,考察玉米淀粉乳浓度、耐高温α-淀粉酶添加量、pH值、液化时间对玉米淀粉液化的影响。结果表明:耐高温α淀粉酶加酶量160ml/t干基淀粉,液化时间110minpH5.5,淀粉乳浓度35%,此条件下玉米淀粉喷射液化效果最好,研究为以玉米淀粉为原料高效生产淀粉糖提供了参考。

关键词  耐高温α-淀粉酶;喷射液化;玉米淀粉;淀粉糖

ABSTRACT  In this paper, the general situation and production technology of starch sugar in China are described. The experiments of corn starch liquefaction with jet liquefier and high temperature resistant α - amylase are studied. Through single factor and orthogonal experiments, the effects of the concentration of corn starch milk, the amount of high temperature resistant α - amylase, pH value and liquefying time on the liquefying of corn starch were investigated with DE value as the evaluation index. The results showed that the high temperature resistant α amylase was added with 160ml/t dry starch, the liquefying time was 110min, the pH value was 5.5, and the concentration of starch emulsion was 35%. Under this condition, the best liquefying effect was obtained by spraying corn starch. The study provided a reference for the efficient production of starch sugar with corn starch as raw material.

KEY WORDS  high temperature resistant α - amylase; jet liquefaction; corn starch; starch sugar

近年来,我国淀粉糖产业在规模、产量、品种等上都得到了快速发展,据澳客竞彩网 相关数据表明,2018年我国淀粉糖总产量1354.64万吨(详见图1),比上年增长15.04%,淀粉糖已在国民经济发展中占有极其重要的地位。

在淀粉糖生产中,国内外主要以玉米淀粉为原料,采用双酶(或多酶)协同工艺,经液化、糖化、精制、浓缩(产品为液糖)、结晶、干燥(产品为固糖)等工序精制而成。虽然具体工艺不尽相同,但初始工序均为淀粉乳酶法喷射液化工艺,这也是制糖的关键工序。俗话说:巧妇难为无米之炊,只有控制好液化水解程度,才能为糖化提供优质的原料,以利于糖化酶作用,从而获得较高收率的淀粉糖或者生产出不同糖成份的淀粉糖制品。此外液化工序也是耗能大户,研究合适的液化工艺,直接关系到后续蒸发浓缩的费用,这对于淀粉糖生产企业节能降耗有着极其重要的作用。

材料与方法

1.1 材料与试剂

玉米淀粉:青援食品有限公司生产,理化指标见表1

试验用酶制剂:白银赛诺生物科技有限公司耐高温α-淀粉酶,白银赛诺生物科技有限公司复合糖化酶指标见表23

1.2 仪器与设备

淀粉糖液化糖化生产线,无锡健一机械装备有限公司制造,具体包括:调浆罐0.3m3,维持罐0.3 m3,糖化罐0.45m3,喷射液化器等(详见图2)

阿贝折射仪WYA-2S:上海精科生产;

台式酸度计FE28METTLER TOLEDO公司;

电子天平ML204T/02METTLER TOLEDO公司;

 SHIMADZU LC-20A高效液相色谱系统:配示差检测器,日本SHIMADZU公司。


1.3 检测方法

1.3.1 DE值测定方法

DE值是还原糖(以葡萄糖计)占糖浆干物质的百分比。DE值、干物质(固形物)的检测方法参照GB/T 20885—2007《葡萄糖浆》[1]

1.3.2 葡萄糖、麦芽糖及三糖等糖成份测定方法

葡萄糖、麦芽糖及三糖等糖成份测定参照GB/T 20883—2017《麦芽糖》中麦芽糖等糖成分的测定方法,采用高效液相色谱法测定,色谱条件为:色谱柱Waters SpHerisor 5 μm NH2φ4.6 mm×250 mm;流动相:乙腈:=75:25;检测器温度:40℃;柱温:45℃;流速:1.0 mL/min;进样量:20µL[2]

1.4 研究内容

液化的目的是使淀粉糊化后的黏度降低并发生部分水解,暴露出可受糖化酶作用的非还原性末端。用耐高温α-淀粉酶液化,用碘液检测液化程度,以碘反应不变蓝为液化终点,DE值为15%左右为宜[3]

1.4.1 淀粉乳浓度对液化DE值的影响

先将玉米淀粉和水配制成25.0%27.5%30.0%32.5%35.0%37.5%40.0%不同质量分数的淀粉乳,调节pH值至5.5,耐高温α-淀粉酶添加量按140ml/t干基淀粉,然后进行喷射液化,喷射器出口温度105 ℃,在液化层流罐内维持液化90 min,在层流罐出口处取样检测液化DE值。

1.4.2 耐高温α-淀粉酶添加量对液化DE值的影响

将玉米淀粉用水调成质量分数为32.5%的料液,调节pH值至5.5,耐高温α-淀粉酶添加量按120140160ml/t干基淀粉添加,然后进行喷射液化,喷射器出口温度105 ℃,在液化层流罐内维持液化90 min,在层流罐出口处取样检测DE值。

1.4.3 pH值对液化DE值的影响

先将玉米淀粉和水配制成32.5%质量分数的玉米淀粉乳,分别调节pH值至4.95.25.55.86.1,耐高温α-淀粉酶添加量按140ml/t干基淀粉添加,然后进行喷射液化,喷射器出口温度105℃,在液化层流罐内维持液化90 min,在层流罐出口处取样检测液化DE值。

1.4.4 液化时间对液化DE值的影响

将玉米淀粉用水调成质量分数为32.5%的料液,调节pH值至5.5,耐高温α-淀粉酶添加量按140ml/t干基淀粉添加,然后进行喷射液化,喷射器出口温度105 ℃,喷射液化实验开始后从30 min开始取样,每隔20 min取样一次,直到150 min取样结束,检测不同时间点样品的DE值。

1.4.5 正交实验设计优化喷射液化参数

    根据单因素实验结果,设计L9(34)正交实验方案,考察淀粉乳浓度(质量分数%)、液化时间、pH值、耐高温α-淀粉酶添加量4个因素对玉米淀粉液化效果的影响,因素水平表见表4

2  工艺控制(见图3)

结果与讨论

3.1 玉米淀粉乳浓度对液化DE值的影响(见图4)

4显示,淀粉乳浓度较低时对液化液DE值影响不明显,当淀粉乳浓度超过35%后,随着淀粉乳浓度增加,液化DE值明显降低,淀粉乳浓度35%时是液化拐点,当超过此浓度时液化效果不理想。分析液化后的糖化、离子交换、蒸发浓缩等工艺条件,综合考虑节能、节水等目的,液化玉米淀粉乳浓度控制在35%较为适宜。

3.2 耐高温α-淀粉酶添加量对液化DE值的影响(见图5)

由图5可知,随着耐高温α-淀粉酶添加量的增加,玉米淀粉乳液化DE值呈现增长的趋势,在耐高温α-淀粉酶添加量为160ml/t干基淀粉时,DE值为16.5%,同时随着耐高温α-淀粉酶添加量的增加,液化液DE值的增长变缓,耐高温α-淀粉酶添加量为200ml/t干基淀粉时,液化液DE值为16.9%。当耐高温α-淀粉酶添加量为160ml/t干基淀粉时,液化液碘试合格,且能满足生产要求。综合考虑生产成本,耐高温α-淀粉酶添加量选择160ml/t干基淀粉。

3.3 pH值对玉米淀粉乳液化DE值的影响(见图6)

由图6可知,淀粉乳的pH值在较高和较低时,液化液DE值均偏低。淀粉糖生产企业均有自己的淀粉车间,由于淀粉不经过脱水干燥,pH偏低。综合考虑,淀粉乳的pH值选取5.5 

3.4 液化时间对玉米淀粉乳液化DE值的影响(见图7)

由图7可知,随着液化时间的增加,玉米淀粉乳液化液DE值明显升高,而且波动范围较大,说明液化时间对玉米淀粉的液化效果影响较大。当液化时间超过90 minDE值增长速度变缓,尤其是110min之后。根据糖化要求,110min的液化DE值已经符合糖化要求。综合考虑,酶制剂生产成本、设备制造成本,优选液化时间为110min

3.5 玉米淀粉乳喷射液化技术参数正交实验结果 

采用L9(34)正交实验表,重点考察玉米淀粉乳浓度、液化时间、pH值、耐高温α-淀粉酶添加量4个因素对玉米淀粉喷射液化的影响,结果见表5

从表5可以看出,各因素对DE值的影响顺序为D>B>C>A,即耐高温α-淀粉酶加酶量>液化时间>pH>淀粉乳浓度,最佳组合为D3B3C2A2。即耐高温α-淀粉酶加酶量160ml/t干基淀粉,液化时间110minpH5.5,淀粉乳浓度35%

3.6 正交验证实验

以优化的玉米淀粉乳液化条件进行验证实验,共计进行4次平行实验,液化DE值平均值为16.4%,液化液碘试合格,符合糖化要求,因此正交实验优化出的工艺条件可以指导生产。 

以此条件制备的液化液进行食用葡萄糖生产,制备的糖化液连续4批次经高效液相色谱检测,葡萄糖含量均达到96%以上,充分验证了优化的液化条件是合理可行的,糖化液高效液相色谱检测结果见图8

4  结论

通过大量的试验研究,优化出玉米淀粉制糖喷射液化的最佳控制条件为:耐高温α-淀粉酶加酶量160ml/t干基淀粉,液化时间110minpH5.5,淀粉乳浓度35%;实验制备的液化液符合糖化质量要求,并制得了合格的食用葡萄糖产品。传统的淀粉乳液化浓度一般控制在32%左右,该优选工艺通过协同作用,将淀粉乳浓度提高3个百分点,为以玉米淀粉为原料高效生产淀粉糖节能降耗提供了参考。

参考文献

1  GB/T 20885-2007葡萄糖浆[S].

2  GB/T 20883-2017 麦芽糖[S]. 

尤新. 淀粉糖品生产与应用手册[M]. 北京:中国轻工业出版社,2010:83-96.

作者单位:1青援食品有限公司,山东 沂水  2764002白银赛诺生物科技有限公司研发中心,甘肃 白银  730913。

 

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