CN101701235A - 一种以马铃薯淀粉生产低de值麦芽低聚糖浆的方法 - Google Patents

Abstract

一种以马铃薯淀粉生产低DE值麦芽低聚糖浆的方法是以马铃薯淀粉为原料依次进行液化和糖化，首先在比重10～15^OBé、pH值5.0～6.5的淀粉浆料中加入0.03～0.06wt％氯化钙和30～40μ/g淀粉耐高温α-淀粉酶用喷射液化器于105～115℃进行液化，液化料于95～98℃下保温25～35min。然后淀粉液化料中加入2～8μ/g淀粉真菌酶和0.3～1.0μ/g淀粉普鲁兰酶于55～65℃下糖化2～3小时得到淀粉糖化液，糖化液经脱色、浓缩得到固形物含量60～65wt％的低DE值麦芽低聚糖浆，DE值30～40，主要成分为聚合度2～7的麦芽聚糖，用于制备磷酸寡糖。

Description

一种以马铃薯淀粉生产低DE值麦芽低聚糖浆的方法

一、技术领域

本发明涉及一种以淀粉生产糖浆的方法，确切地说是一种以马铃薯淀粉为原料全酶法生产一种磷酸寡糖专用低DE值麦芽低聚糖浆的方法。

二、技术背景

磷酸寡糖是分子中带有磷酸酯键，且聚合度在3～6之间的麦芽低聚糖混合物，是利用酶工程技术开发的新型功能性低聚糖。磷酸寡糖除具备一般功能性低寡糖的功能特性，还具有促进体内钙、铁等矿物质吸收和溶解、抗龋齿、抗淀粉老化等独特的功能特性，其中持钙性和促进钙质吸收是其最显著的功能特性。钙是人体内最丰富的矿物质，约占人体体重的2％，作为细胞的第二信使，钙参与机体的多种功能并发挥着极为重要的作用，如肌肉收缩、细胞分裂、神经及精神活动等。长期以来，人们错误地认为钙元素能从食物中得到充足供应而不缺乏。但近年来医学研究的结果表明，缺钙正严重地危害着每一个人的健康，其中以儿童和老年人最甚。由于饮食结构的不平衡，尤其是以谷类为主食的我国人群，钙的摄入量仅占营养学家推荐量的50％，所以补钙成为保健医学的一大课题。磷酸寡糖能与钙形成可溶性复合物，并阻碍其与日常摄入的碱性磷酸盐、草酸盐、植酸等形成难溶的化合物，使得的钙离子在肠道内保持较高的浓度，从而有利于吸收。其补钙效果与近年来风行的功能性食品添加剂酪蛋白磷酸肽(CPPs)相当，且与CPPs相比，磷酸寡糖具有价格低廉、安全性高、苦味阈值低等优点。因此，利用酶解的方法从天然淀粉中制得的磷酸寡糖，是一种天然、安全的功能性低聚糖，符合人们对食品安全的日益增长的要求，具有积极的社会意义和良好的市场前景。制备磷酸寡糖，首先要制备寡糖含量高的低DE值麦芽低聚糖糖浆。

制备磷酸寡糖，首先要制备寡糖含量高的低DE值麦芽低聚糖浆。工业上以DE值表示淀粉糖液中还原糖含量(以葡萄糖计)占干物质的百分率，DE值较低则制备的糖液中葡萄糖的含量低，寡糖含量高，反之，葡萄糖的含量较高，寡糖含量低。

随着现代酶制剂工业的不断发展，制糖工业也进入了一个全新的发展阶段，人们开始用各种淀粉酶液化、糖化水解淀粉和淀粉质原料，生产葡萄糖浆、麦芽糖浆、啤酒发酵用糖等淀粉糖品，用于食品与发酵工业。采用酶工程手段对淀粉分子进行限制和定向水解是研究制备低DE值麦芽低聚糖的关键技术之一。可以采用的酶主要有α-淀粉酶、β-淀粉酶、真菌酶、普鲁兰酶、麦芽低聚糖酶等。制备低DE值的麦芽低聚糖浆，要求淀粉水解时间短，并能充分均匀地液化，这就增加了对工艺和设备的要求。传统水解工艺采用间接加热设备，由于升温速度缓慢，局部过热明显，易导致淀粉液化不彻底，液化液混浊、不稳定、易老化，同时也不利于后续的糖化工艺。由于淀粉酶作用于底物的过程包括液化、糖化、脱支等多重反应，在淀粉酶作用于马铃薯淀粉时，其水解反应受到连接在葡萄糖残基上的磷酸根所阻碍，阻碍作用的结果使得酶解反应得到的是聚合度至少为10以上的麦芽聚糖，而聚合度在3-6之间的低聚糖组分比例极低。

我国是全世界马铃薯的最大生产国，年产鲜薯约4000万吨，原料来源极为丰富，是仅次于玉米淀粉的生产量和商品量居第二位的植物淀粉。但我国的马铃薯加工比例还不到产量的百分之五，是世界上马铃薯加工能力最低的国家之一，综合利用方面薄弱，经济价值发挥不充分。由于马铃薯自身分子结构的特点和特殊性能，其应用是其它类淀粉制品所无法替代的。马铃薯淀粉制糖是一个值得注意的研究课题，国外已有成熟的生产经验，但在我国才刚被认识。本发明对于马铃薯淀粉资源的转化，提高马铃薯淀粉的产品附加值具有重要意义。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种利用马铃薯淀粉制备磷酸寡糖前体-低DE值麦芽低聚糖浆，所要解决的技术问题是对马铃薯淀粉遴选适宜的液化、糖化工艺。

本发明所称的低DE值麦芽低聚糖是指糖化DE值为30～40、聚合度为2～7麦芽聚糖，糖浆中固形物含量为60～65wt％(重量百分比，下同)。

本发明的技术方案是以马铃薯淀粉为原料的全酶促反应，包括调浆、液化、糖化、脱色、浓缩各单元过程，与现有技术的区别是所述的液化是在比重为10～15°Bé、pH值5.0～6.5的淀粉浆料中加入氯化钙和耐高温α-淀粉酶用喷射液化器进行喷射液化，液化温度105～115℃、喷射器出口温度95～97℃，液化料于95～98℃下保温25～35min，氯化钙的加入量为原料量的0.03～0.06wt％，耐高温α-淀粉酶的加入量30～40u/g淀粉；所述的糖化是在淀粉液化液中加入真菌酶和普鲁兰酶于55～65℃下糖化2～3小时。真菌酶的加入量2.0～8.0u/g淀粉，普鲁兰酶加入量0.3～1.0u/g淀粉。

液化优选在比重10～15°Bé、pH值5.7～6.2的淀粉浆料中加入0.04wt％氯化钙和35u/g淀粉的耐高温α-淀粉酶用喷射液化器进行液化，液化温度110℃、喷射器出口温度96℃、液化料于98℃下保温30分钟。

糖化优选在淀粉液化液中加入真菌酶4～6u/g淀粉和普鲁兰酶0.4～0.6u/g淀粉于60℃下糖化2.5小时。

具体操作步骤如下：

1、调浆：在配料罐内先加水，在搅拌过程中加入马铃薯淀粉，把粉浆乳调到10-15°Bé，用HCl和Na₂CO₃调至pH值为5.0～6.5，加入0.03～0.06wt％的氯化钙作为淀粉酶的保护剂和激活剂。

2、液化工艺：在调好的浆料中加入耐高温α-淀粉酶，用量为30-40u/g淀粉。将调配好的淀粉浆乳泵入喷射器，蒸汽直接进入乳液薄层，瞬间达到液化温度使淀粉糊化、液化。喷射温度105～115℃，控制出料温度为95～97℃。从喷射器中出来的料液，进入密闭层流罐，在95-98℃条件下保温25～30min。碘试反应显碘本色时，通蒸汽灭酶。

3、糖化工艺：将淀粉液化液转入糖化釜中用真菌酶和普鲁兰酶协同作用，真菌酶用量为2.0-8.0u/g淀粉，普鲁兰酶用量为0.3-1.0u/g淀粉，糖化温度55～65℃，糖化时间2～3h，升温至100℃灭酶。

4、脱色、浓缩：糖化完成后加入活性炭吸附，依靠活性炭的物理吸附作用去除色素、不溶性物质等杂质。滤清的糖液进入节能多效降膜真空蒸发浓缩系统进行浓缩，得到固形物含量为60-65wt％、液体透明清亮、稳定性好的低DE值麦芽低聚糖浆。DE值30～40，麦芽低聚糖聚合度2～7。

本发明是利用先进的生物技术，直接利用马铃薯淀粉制备磷酸寡糖专用的低DE值麦芽低聚糖浆，主要有以下好处：

1、马铃薯淀粉是结合磷含量最高的天然淀粉磷酸酯，由于淀粉酶分解糖苷键的反应受到连接在葡萄糖残基上磷酸根的电荷效应和空间位阻效应的影响，与磷酸基团邻近的糖苷键难以被淀粉酶作用，一般情况下，酶解反应的结果只能得到聚合度10以上的结合有磷酸根的麦芽聚糖。本方法采用全酶促反应机制并结合低压喷射液化技术，以耐高温α-淀粉酶为液化酶，真菌酶和普鲁兰酶协同糖化，克服了磷酸基团对酶作用的电荷效应和空间位阻效应，，在提高淀粉转化率的同时也很好的控制了糖浆的DE值，避免一般工艺中出现的DE值难以控制，葡萄糖含量多，液化不彻底等缺点。

2、采用节能多效降膜真空蒸发浓缩系统，能耗低，实现连续操作，料液受热时间短，，避免了长时间受热返色影响产品外观的问题。

3、采用高效阴离子液相色谱(HPAEC-PAD)作为检测手段，利用糖在高pH(＞12)介质中能解离成阴离子，使其在附聚薄壳型阴离子交换树脂柱上进行交换层析，分离后的糖组分进入PAD进行检测，从而达到了高效、快速、微量(pmol-nmol)的分离与检测。

4、以马铃薯淀粉为原料制备低DE值麦芽低聚糖，对发展我国的淀粉糖工业，提高马铃薯淀粉的附加值，开发新型功能性低聚糖都具有积极的促进作用。

四、附图说明

图1是本麦芽低聚糖TLC谱图。图中可见样品中主要组份是DP2～DP7。

图2是本麦芽低聚溏HPAEC-PAD谱图，图中a为标准品谱图，b为样品谱图。

五、具体实施方式

本发明所用原料：

马铃薯淀粉：宁夏固源淀粉有限公司，水分含量19％；

利可来耐高温α-淀粉酶：21000u/ml，丹麦NOVO公司

真菌酶：30000u/ml，丹麦NOVO公司

普鲁兰酶：400u/ml，丹麦NOVO公司

氯化钙：分析纯，无锡亚盛化工有限公司

标准品(葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖、麦芽四糖、麦芽五糖、麦芽六糖、麦芽七糖)：SIGMA公司

本发明应用的分析方法：

还原糖含量的测定：3，5-二硝基水杨酸比色法

固形物含量的测定：阿贝折光仪法

DE值的测定：DE值％＝(还原糖含量/干物质含量)*100％

麦芽低聚糖的定性分析：薄层层析法

糖组分的测定：高效阴离子液相色谱法(HPAEC-PAD)

1、低DE值麦芽低聚糖浆的制备

(1)调浆：在配料罐中加入水，搅拌下加入马铃薯淀粉，调粉浆乳比重达10～15OBé，且HCl和Na2CO3调pH值5.7～6.2，加入0.04wt％氯化钙。

(2)液化：在调好的淀粉浆料中加入耐高温α-淀粉酶，用量35u/g淀粉，搅拌均匀后用泵将物料打入喷射液化器，粉浆和蒸汽在喷射器中直接相遇。喷射温度110℃，控制出料温度为95～97℃。从喷射器中出来的料液，进入层流罐在98℃条件下保温30min。碘试反应显碘本色时，通蒸汽灭酶。

(3)糖化：将淀粉液化液转入糖化釜中，搅拌下加入真菌酶、用量4～6u/g淀粉和普鲁兰酶、用量0.4～0.6u/g淀粉，糖化温度60℃，糖化时间2.5小时，升温至100℃灭酶。

(4)脱色、分离、浓缩：采用活性炭脱色，脱色温度70℃，活性炭用量为淀粉原料的1.4％，板框压滤机除去滤渣。滤液进入节能多次降膜真空蒸发浓缩系统浓缩，蒸汽压力：0.5Mpa，6.5m³/h，浓缩至固形物含量为60～65wt％。

2、低DE值麦芽低聚糖的分析

(1)TLC定性分析：

展开剂为：正丁醇∶乙酸∶水＝3∶1∶1，显色剂为：苯胺-二苯胺-磷酸。取硅胶板在110℃下活化1h。取葡萄糖和麦芽低聚糖(DP2～7)标准品，麦芽低聚糖浆(样品)，配成1％(W/V)的浓度，用微量吸管点样于薄层板上，吹干。再将薄层板放在盛有展开剂的层析缸中展开。当溶剂前沿到达距薄层板末端1cm时，停止展开。取出薄层板，用吹风机吹干，喷显色剂于薄层板，再在电热板上加热10min使其充分显色，可以看出所制备的低DE值麦芽低聚糖浆的主要组分是麦芽二糖至麦芽七糖，如图1所示。

(2)HPAEC-PAD检测糖组分：

采用Dionex ICS-3000型高效阴离子色谱仪检测所制备的麦芽低聚糖(样品)的糖组分，以葡萄糖和麦芽低聚糖(DP2-7)标准品为对照，进行定性分析。色谱条件如下：色谱柱：CarboPac PA100 2mm×250mm分析柱和保护柱；检测器：脉冲安培检测器(PAD)，Au工作电极，Ag/AgCl参比电极；柱温：30℃；流动相：A：100％水；B：200mmol/L氢氧化钠；C：1mmol/L乙酸钠；流速：0.25ml/min；进样体积：20μL；氢氧化钠和乙酸钠梯度洗脱。

1)绘制标准品谱图

称取葡萄糖和麦芽2～7糖标准品(依次用代号G1，G2，G3，G4，G5，G6，G7表示)各10.0mg，用超纯水溶解定容至10mL，取2μL稀释至2mL，用0.45μm的水系滤膜过滤后进样。得到标准品谱图，如图2中a所示。

2)样品检测

取制备的麦芽低聚糖浆，先稀释至浓度为1％，而后进一步稀释1000倍，用0.45μm的水系滤膜过滤后进样。得到麦芽低聚糖浆样品谱图，如图2中b所示。

Claims (3)

1.一种以马铃薯淀粉生产低DE值麦芽低聚糖浆的方法是以马铃薯淀粉为原料的全酶促反应方法，包括调浆、液化、糖化、脱色、浓缩各单元过程，其特征在于：所述的液化是在比重10～15°Bé、pH值5.0～6.5的淀粉浆料中加入氯化钙和耐高温α-淀粉酶用喷射液化器进行液化，液化温度105～115℃，喷射器出口温度95～97℃，液化料于95～98℃下保温25～35分钟，氯化钙的加入量为原料量的0.03～0.06wt％，耐高温α-淀粉酶的加入量30～40u/g淀粉；所述的糖化是在淀粉液化液中加入真菌酶和普鲁兰酶于55～65℃下糖化2～3小时，真菌酶的加入量2～8u/g淀粉，普鲁兰酶加入量为0.3～1.0u/g淀粉。

2.根据权利要求1所述的的方法，其特征在于：所述的液化是在比重10～15°Bé、pH5.7～6.2浆料中加入0.04％的氯化钙和35u/g淀粉的耐高温α-淀粉酶用喷射液化器进行液化，液化温度110℃、喷射器出口温度96℃、液化料于98℃下保温30分钟。

3.根据权利要求1或2所述的的方法，其特征在于：所述的糖化是在淀粉液化液中加4～6u/g淀粉真菌酶和0.4～0.6u/g淀粉普鲁兰酶于60℃下糖化2.5小时。

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