大米制取低聚异麦芽糖工艺研究

低聚异麦芽糖(Isomalto-oligo saccharide), 又称为分枝低聚糖(BranchingOligosaccha ride), 系不规则连接的低聚糖。

它是一种采用全酶法生产出的淀粉糖浆, 由异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖、麦芽四糖、麦芽五糖及其他分枝低聚糖组成 。

低聚异麦芽糖具有甜味醇美柔和, 黏度较低, 耐热耐酸, 保湿性较好等性质。

异麦芽低聚糖具有改善肠道菌群结构, 抗龋齿, 调节机体代谢, 提高肠胃道消化, 帮助肠道毒素排出等保健功能。

低聚异麦芽糖具有诸多的优良性质和保健生理功能, 被广泛地作为功能食品配料用于食品、饮料类等产品中 。

我国大米资源丰富, 如果利用库存周转粮、米厂碎米为原料, 生产加工低聚异麦芽糖, 可以大幅度提高大米资源的利用价值与附加值, 同时为大米资源的综合利用开辟一条新的途径。

大米(市售);

高温α-淀粉酶(Liquozyme Supra, 诺维信公司);

真菌α-淀粉酶(Fungamy l 800L, 诺维信公司);

α-葡萄糖苷酶(Transg lucosidase L - 500, 杰能科公司);

异麦芽糖、异麦芽三糖、潘糖、麦芽三糖、麦芽四糖标准品(色谱纯, Sigma公司);

盐酸溶液(食品级);

氢氧化钠溶液(食品级)。

pH计, 电动搅拌器, 恒温水浴锅, 752型紫外光栅分光光度计, 电导率仪, 高效液相色谱仪。

工艺流程：大米→去蛋白→调浆高温α-淀粉酶液化→真菌α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶、 糖化转苷→灭 酶→过滤活性炭脱色→阴阳树脂离子交换→真空浓缩→成品。

大米预处理：大米用稀碱溶液浸泡后进行磨浆(60～80目), 再采用一定量的碱溶液进行提取, 除去大米中大部分的碱溶性蛋白质。去除蛋白质有利于糖液的脱色、离交, 更好地保证产品质量, 并可以同时得到副产品大米浓缩蛋白。

调浆：调浆主要是控制淀粉乳的浓度与pH 值。 

淀粉乳浓度过高, 使淀粉糊化缓慢且不完全, 并且会影响液化与糖化工艺的进行;淀粉乳浓度过低, 会使浓缩与干燥的能耗大大增加,从而提高成本 。一般选定淀粉乳质量分数30%～ 35%。

淀粉乳pH值的调节是依照液化时使用酶的相对活性较高时的pH值范围来确定的。

高温α-淀粉酶 (Liquozyme supra)在pH值5. 2～5.6的条件下可发挥其热稳定性强的特点。故调节淀粉乳的pH值为5.2～5.6。

液化：采用高温α-淀粉酶为液化酶, 目前的液化工艺均为高温连续蒸气喷射液化, 该工艺可保证液化均匀, 有利于后面糖化转苷等工艺的进行。 

①蛋白质絮凝效果好;

②不产生不溶性淀粉颗粒;

③不发生淀粉老化现象;

④液化液均匀彻底, 清亮透明, 黏度降低, 流动性能增强;

⑤阻止小分子前体物质的生产。

液化需控制的一个重要指标是DE值 。DE值过高, 会产生过多的葡萄糖, 从而影响产品质量。

低DE值有利于生产较多的低聚异麦芽糖及较少的葡萄糖, 但DE太低会影响物料过滤速度。所以, 液化后的DE值控制在10～15之间 ,液化液均匀稳定, 有利于提高产品质量。

糖化转苷：糖化转苷工艺是低聚异麦芽糖制取工艺中十分重要的一个过程。

糖化工艺是指液化液中糊精经糖化酶的作用生成麦芽糖和麦芽低聚糖;转苷工艺是指以α-1, 4糖苷键结合的麦芽糖或麦芽低聚糖经葡萄糖转苷酶的作用生成以α-1, 6糖苷键结合的异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖、异麦芽四糖等。 

影响糖化转苷工艺的因素主要是：

温度、pH值、糖化酶(真菌α-淀粉酶)的用量、转苷酶(α-D-葡萄糖苷酶)的用量及反应时间。 

其中, 真菌α-淀粉酶与α-D-葡萄糖苷酶在55～ 60℃时, 都具有较高的活性, 且据文献报道, 糖化转苷反应的温度均在55～60℃这个范围内, 故确定糖化转苷工艺的温度为55～60℃。 

低聚异麦芽糖的含量多少是功效的关键因素, 为此中国发酵工业协会拟定的产品质量指标为:

①异麦芽糖(IG2)、潘糖(P)、异麦芽三糖(IG3)占总糖的百分比之和大于等于35%;

②异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖和四糖(Gn)以上占总糖的百分比之和大于等于50%。 

目前, 国内生产的低聚异麦芽糖浆都能达到第二个指标, 而能达到第一个指标的就很少。所以, 本实验将第一个指标作为衡量低聚异麦芽糖浆质量的标准。

采用廉-埃农法测定淀粉水解物葡萄糖当量 (DE值)。以QB/T2491—2004中的高效液相色谱法(单柱法)测定低聚异麦芽糖中的成分含量, 笔者用ω_{(IG2 +P +IG3)}表示异麦芽糖(IG2)、潘糖(P)、异麦芽三糖(IG3)这三种主要成分与总糖的百分比之和。

pH 值对低聚异麦芽糖三种主要功效成分的影响

在相同底物浓度下, 水浴温度55～60℃, 真菌α-淀粉酶用量均为0.15FAU/(g干物质), α-转移葡萄糖苷酶用量均为0.50TGU/(g干物质), pH值分别调为4.4、4.8、5.2、5.6,反应40h后, 灭酶。

图1中,pH值在4.4～5.2这个范围内, ω_{(IG2 +P +IG3)}随着pH值的增大而增加,当pH值大于5. 2, ω_(IG2+P+IG3)反而减少。这是由于pH值为4.4～5.2时, 异麦芽糖(IG2)、潘糖(P)、异麦芽三糖(IG3)的量增加的速度较快, 使ω_{(IG2 +P +IG3)}呈增加的趋势。 

当pH值大于5.2时, 三种主要功效成分(异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖)的量增加的速度变慢, 而同时其他成分(包括葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖 、四糖及其以上的低聚糖)增加的速度变快, 因此使ω_(IG2+P+IG3)减少。可见,pH值为4.4～5.2时, 更加有利于异麦芽糖(IG2)、潘糖(P)、异麦芽三糖(IG3)的生成。

在相同底物浓度下, 水浴温度55～60℃, pH值 4.8, 真菌α-淀粉酶使用量分别为0. 1、0.15、 0.20、0.25、0.30、0.35FAU/(g干物质), α-转 移葡萄糖苷酶用量均为0.50TGU/(g干物质), 反应40h, 灭酶。

从图2中可以看出, 糖化酶用量在0.15～0.25 FAU/(g干物质)这个范围时,ω_(IG2+P+IG3)最大。

当糖化酶用量从0.10FAU/(g干物质)增加至0. 15FAU/(g 干物质)时, ω_(IG2+P+IG3)大幅度增加。 

当糖化酶的用量从0.25FAU/(g干物质)增加到 0.35FAU/(g干物质), 其它成分量增长速度远大于功效成分量的增长速度, ω_(IG2+P+IG3)大幅下降。

在相同底物浓度下, 水浴温度55～60℃,pH值4.8, 真菌α-淀粉酶使用量均为0.15FAU/(g干物质), α-转移葡萄糖苷酶用量分别为0.50、0. 75、1.00、1.25TGU/(g干物质),反应40h, 灭酶。

从图3中可以看出, 随着转苷酶用量的增大, ω_(IG2+P+IG3)呈现出先增大后缓慢减少的趋势。 

淀粉经液化糖化作用, 主要生成是葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖、麦芽四糖及以上低聚糖。

转苷酶用量从0.5TGU/(g干物质)增加到0.75 TGU/(g干物质)时, 糖化液中的葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖等经充分的转苷作用, 生成大量的异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖, 而其它成分生成量很少,所以 ω_{(IG2+P+IG 3)}大幅度的增长。 

当转苷酶用量从0.75TGU /( g干物质)增加到1.0TGU/(g干物质)时, 三种主要功效成分增加幅度略大于其它成分的增加幅度, 所以ω_{(IG2+P +IG3)}增幅不大。 

当转苷酶用量继续增加 , 三种主要功效成分量增加极少, 主要是其它成分增加, 故ω_{(IG2+P +IG3)}略有下降。

水浴温度55～60℃, pH值4.8,真菌α-淀粉酶用量为0.15 FAU/(g干物质),α-转移葡萄糖苷酶 用量为0.50TGU/(g干物质), 反应分别至24、 32、40、48h时, 取样灭酶。

从图4中可以看出, 从24h增加至40h时, ω_{(IG2 +P +IG3)}随着反应时间的增加而大幅增加。 

糖化转苷时间从40h延长到48h, ω_{(IG2 +P +IG 3)}发生小幅度的降低。

根据单因素试验的结果, 确定正交试验的试验因素水平见表1 。正交试验结果与数据分析见表2。

如表2所示, 各因素对ω_{(IG 2 +P +IG3)}的影响大小依次为: 

转苷酶用量、反应时间、pH值 、糖化酶用量 。

确定最佳糖化转苷条件为:pH 值4. 8, 糖化酶用量0.20FAU/(g干物质),转苷酶用量为1.00 TGU/(g干物质), 反应时间为40h。 

按最优条件进行验证试验, 制得的低聚异麦芽糖的三种主要功效成分占总糖的百分比含量:

异麦芽糖14.43%, 潘糖18.15%, 异麦芽三糖 5.61%, 合计38.19%, 产品质量达到中国发酵工业协会拟定的低聚异麦芽糖浆产品质量指标的要求。（专业资料，如有不妥，敬请联络删除）

[参考文献]

[ 1] 汪芳安, 董 佳, 潘从道. 异麦芽低聚糖及其生产与应用[ J].武汉工业学院学报, 2001(1):14 ～ 16.

 [ 2] 张 露, 刘钟栋, 陈肇锬. 小麦淀粉制备异麦芽低聚糖的研究[ J]. 郑州工程学院学报, 2001, 22(2):1 ～ 4. 

[ 3] 尤 新. 功能性低聚糖[ J] .中国食品用化学品, 1999(3):8 ～ 9. 

[ 4] 李大锦, 王汝珍, 王龙宝. 碎米综合开发利用制取低聚异麦芽糖[ J]. 食品研究与开发, 2002, 23(5):50 ～ 53.

 [ 5] 于泓鹏, 徐 丽, 高群玉, 等. 淀粉的制备及其综合利用研究进展[ J]. 粮食与饲料工业, 2004(4):21 ～ 22.

 [ 6] 尤 新. 功能性低聚糖生产与应用[ M] . 北京:中国轻工业出版社, 2004.

 [ 7] 鲍元兴, 杨维亚, 孙蔚榕. 低聚异麦芽糖的质量和工艺设备[ J]. 食品工业, 1998, 187:203 ～ 205. 

[ 8] 周展明, 采之光, 霍权恭. 食品分析[ M] . 开封:河南大学出版社, 1996.