CN104212854B

CN104212854B - 一种高浓度淀粉生产低聚异麦芽糖的方法

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Publication number: CN104212854B
Application number: CN201410483329.8A
Authority: CN
Inventors: 杨志强; 于涛; 张春泓; 李涛
Original assignee: JILIN LIGHT INDUSTRIAL DESIGN INST
Current assignee: JILIN LIGHT INDUSTRIAL DESIGN INST
Priority date: 2014-09-22
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2034-09-22
Also published as: CN104212854A

Abstract

本发明涉及一种高浓度淀粉生产低聚异麦芽糖的方法，属于低聚异麦芽糖生产领域。通过提高淀粉乳初始浓度，经过保温液化、喷射液化制取高浓度的麦芽糊精液，在糖化转苷过程中通过β‑淀粉酶和普鲁兰酶（切支酶）的协同作用，提高糖液中麦芽糖的含量和浓度，同时因为加入普鲁兰酶可以降低高浓度糖液的粘度，为α‑葡萄糖转苷酶提供更优的底物环境，从而提高了低聚异麦芽糖的产率，缩短了糖化转苷时间。低聚异麦芽糖的分离纯化技术不够先进，造成淀粉资源浪费。本发明通过采用纳滤膜技术不但提高了低聚异麦芽糖的纯度，而且可以副产高纯度的葡萄糖液进而可联产结晶葡萄糖，有效解决资源利用率。

Description

一种高浓度淀粉生产低聚异麦芽糖的方法

技术领域

本发明涉及低聚异麦芽糖生产技术领域，尤其是采用50%以上高浓度玉米淀粉乳为原料，高转化率生产高纯度低聚异麦芽糖的生产方法。

背景技术

低聚异麦芽糖（isomaltooligosaccharide）（IMO），是淀粉糖的一种，其主要成分为α-1,6-糖苷键结合的异麦芽糖（IG₂）、潘糖（P）、异麦芽三糖（IG₃）及四糖（含四糖）以上（G_n）的低聚糖。它是一种采用酶法生产出的淀粉糖浆（粉），低聚异麦芽糖具有甜味醇美柔和，黏度较低，耐热耐酸，不可发酵性，保湿性较好等性质。在生理功能上，低聚异麦芽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。由于低聚异麦芽糖具有诸多的优良性质和保健生理功能，已广泛地作为功能食品配料用于食品、饮料类等产品中。

由于自然界中低聚异麦芽糖极少以游离状态存在，所以低聚异麦芽糖都是以淀粉为原料酶法制得的。现有技术生产低聚异麦芽糖是采用30%-35%的淀粉乳为原料，经过酶法液化、糖化转苷制得低聚异麦芽糖粗糖液，再经过活性炭脱色，阴阳树脂离子交换脱盐，蒸发浓缩制取IMO-50型低聚异麦芽糖浆，喷雾干燥制取糖粉。因其含有较多的葡萄糖和少量的麦芽糖等可发酵的糖类，要制得高质量、高纯度的低聚异麦芽糖产品，还必须对糖液进行分离纯化。

目前，低聚异麦芽糖产品有两种，一种是IMO-50型，即IG₂+P+IG₃+G_n≥50%（占干物质）的产品，其中指标要求IG₂+P+IG₃≥35%（占干物质）（IG₂+P+IG₃又称有效三糖），这种低聚异麦芽糖不需要提纯。另一种是IMO-90型，即IG₂+P+IG₃+G_n≥90%（占干物质）的产品，其中指标要求IG₂+P+IG₃≥45%（占干物质）,这种低聚异麦芽糖需要通过IMO-50型提纯制取。国内低聚异麦芽糖在生产中提纯方法主要是用活性酵母发酵法去除葡萄糖等可发酵性糖类，进而提高IMO的含量超过90%，生产出IMO-90型低聚异麦芽糖。

黄汉武等在《广西轻工业》期刊2011年第9期14-15页上发表的论文“低聚异麦芽糖生产工艺概况”中提到了采用固定化酿酒酵母发酵消耗IMO粗品中的葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖等发酵性糖获得IMO- 90规格的产品，上海天之冠可再生能源有限公司的王良东在《粮食与油脂》期刊2008年第4期43-47页上发表的论文“低聚异麦芽糖性质、功能、生产和应用”中提到了低聚异麦芽糖净化分离国内仍采用酵母分离技术。

目前在低聚异麦芽糖生产中存在的主要问题是α-葡萄糖转苷酶转化率较低，在现有技术条件下，α-葡萄糖转苷酶只能转化出有效三糖含35%、IMO含量50%的低聚异麦芽糖，而且糖化、转苷时间较长，降低了设备利用率，限制了产能。目前低聚异麦芽糖的分离纯化技术不够先进，淀粉资源浪费比较严重，国内大多数企业仍采用酵母分离技术。酵母发酵法生产高纯度低聚异麦芽糖,产品有一定异味, 含有非糖类杂质，仅适合于生产保健食品,不适合生产风味类食品，而且在发酵过程中浪费了大量的可回收利用的可发酵性糖。

发明内容

本发明提供一种高浓度淀粉生产低聚异麦芽糖的方法，以解决由于目前α-葡萄糖转苷酶转化率较低，导致低聚异麦芽糖的产率较低的问题。

本发明采取的技术方案是：包括下列步骤：

（一）、高浓度淀粉液化

在调浆罐内用40℃-50℃的水和一级淀粉配制50-60%浓度的淀粉乳，用盐酸和氢氧化钠调节pH值在5.6，按照每吨淀粉以干基计添加0.4-0.5升耐高温α淀粉酶的比例加入高温α淀粉酶，该耐高温α淀粉酶标示活性：120KUN/g，然后将淀粉乳从调浆罐中用泵送到保温液化罐内，用蒸汽在夹套内加热，边升温边搅拌至温度达到80℃－85℃时停止搅拌，保温30-40分钟，然后按照每吨淀粉以干基计补加0.2-0.3升耐高温α淀粉酶的比例加入耐高温α淀粉酶，采用喷射液化器进行喷射液化，温度控制在105℃，再经过闪蒸温度降至90℃，液化液在液化层流罐内保温搅拌50-60分钟后，还原糖值达到15%-18%，碘试反应不显蓝色，50-60%的淀粉乳液化液达到糖化要求；

（二）、糖化转苷

将上述50-60%的淀粉液化液先经过蛇形冷却管降温至53-58℃，用盐酸调整pH值到5.0-5.5，按照每吨淀粉以干基计添加0.3-0.5升β-淀粉酶的比例加入β-淀粉酶，该β-淀粉酶标示活性：70万U/ml，同时按照每吨淀粉以干基计添加0.1-0.2升普鲁兰酶的比例加入普鲁兰酶，该普鲁兰酶标示活性：1000ASPU/mL，搅拌均匀后，保温糖化4-6小时后，再加入相当于以干基计淀粉重量的0.8-1.2%的α-葡萄糖转苷酶，该α-葡萄糖转苷酶标示活性：3万U/g，在53-58℃条件下继续保温糖化转苷13-15小时，糖化转苷即可完成；此时的粗糖液经高效液相色谱仪检测有效三糖含量39%以上，IMO含量在55%以上；

（三）、精制

将糖化转苷后的粗糖液先用供料泵打入脱色罐内，用盐酸调节pH值到4.6-5，加入相当于糖液重量0.8-1.4%的活性炭和0.4-0.7%的硅藻土，然后用蒸汽在夹套内将糖液升温至80-85℃，保温搅拌30-40分钟，再用板框过滤机过滤糖液，然后再经过已经再生好的阳阴树脂离子交换柱，离交液经检测糖液透光率97-100%，电导率为20-50μs/cm；

（四）、分离纯化

采用截留分子量为300Da的纳滤膜，膜元件是聚醚砜材质的宽流道卷式膜，将上一步骤的离交液泵入纳滤循环罐，过滤压力为2.5-4 MP，糖液温度35-40℃，膜通量为35-75L/M²·H,浓缩倍数在8-10倍，截留液经高效液相色谱检测有效三糖含量46%以上,IMO含量93%以上，截留液再经减压蒸发浓缩至75%以上即为IMO-90型低聚异麦芽糖浆，滤出液经浓缩后为葡萄糖含量94%~96%的葡萄糖浆。

本发明的优点在于：

1、本发明提高淀粉乳初始浓度从30-35%至50-60%，降低了用水量近50%。因而降低了液化时的蒸汽耗量和蒸发浓缩时的蒸发耗汽量。因此降低了低聚异麦芽糖生产的能耗至少30%，降低了生产成本。同时因为初始用水量降低，使低聚异麦芽糖生产中的废水量降低，有利于环保。

2、本发明通过提高液化液浓度至50%-60%，一方面提高了设备利用率近一倍，另一方面底物浓度提高促进了酶反应速度，缩短了糖化转苷时间由现有技术的28-30小时缩短到17-21小时，节省时间近35%，进一步提高了设备利用率，总体上本发明可以使相同规模的低聚异麦芽糖生产线提高产能至少一倍。

3、本发明通过使用β-淀粉酶和普鲁兰酶的协同作用，提高糖液中麦芽糖的含量和浓度，同时因为加入普鲁兰酶可以降低高浓度糖液的粘度，为α-葡萄糖转苷酶提供更优的底物环境，从而提高了低聚异麦芽糖的产率，缩短了糖化转苷时间，可将现有技术真菌淀粉酶的麦芽糖生成率由50%提高到65%，因此可将IMO-50型低聚异麦芽糖产品有效三糖含量提高到39%以上，比现有技术高出近4%。IMO含量在55%以上，比现有技术高出近5%，提高了低聚异麦芽糖产品质量。

4、本发明在低聚异麦芽糖的生产过程中采用纳滤膜分离提纯低聚异麦芽糖,可以提高低聚异麦芽糖的产品纯度,提纯后的低聚异麦芽糖有效三糖含量46%以上,IMO含量93%以上，超过国家标准GB/T 20881-2007 的质量要求，同时又能最大限度的回收葡萄糖,分离出的葡萄糖纯度在94%以上，可以直接生产结晶葡萄糖，有效解决资源利用率。相比现有技术采用酵母发酵法将低聚异麦芽糖内的葡萄糖发酵去除,可充分利用淀粉资源 ,并且所制取的低聚异麦芽糖质量高,不影响其在风味类食品中的应用。

具体实施方式

以下实施例中：耐高温α淀粉酶标示活性：120KUN/g，普鲁兰酶标示活性：1000ASPU/mL，α-葡萄糖转苷酶标示活性：3万U/g。

实施例1

（一）、高浓度淀粉液化

在调浆罐内用40℃的水和一级玉米淀粉配制50%浓度的淀粉乳，水温过高淀粉容易糊化，水温太低淀粉不容易调匀。因此需要温水调浆，用稀盐酸（化学纯）和氢氧化钠（化学纯）调节pH值至5.6（这是诺维信耐高温淀粉酶的最适pH值），按照每吨淀粉（干基）添加0.4升耐高温α淀粉酶的比例加入耐高温α淀粉酶，然后将淀粉乳从调浆罐中用泵送到保温液化罐内，用蒸汽在夹套内加热，边升温边搅拌至温度达到80℃时停止搅拌，保温30分钟，然后按照每吨淀粉（干基）补加0.2升耐高温淀粉酶的比例加入耐高温α淀粉酶，采用喷射液化器进行喷射液化，温度控制在105℃，再经过闪蒸温度降至90℃，液化液在液化层流罐内保温搅拌50分钟后，采用菲林试剂法检测还原糖值为15.1%，碘试反应不显蓝色，50%的淀粉乳液化液达到糖化要求；

（二）糖化转苷

将上述液化完全的50%的淀粉乳液化液先经过蛇形冷却管降温至53℃，用稀盐酸（化学纯）调节pH值至5.0，按照每吨淀粉（干基）添加0.3升β-淀粉酶的比例加入β-淀粉酶，同时按照每吨淀粉（干基）添加0.1升普鲁兰酶的比例加入普鲁兰酶，搅拌均匀后，保温糖化4小时后，再加入相当于淀粉（干基）重量的0.8%的α-葡萄糖转苷酶，在53℃条件下继续保温糖化转苷13小时，糖化转苷即可完成。然后取样用高效液相色谱仪（色谱柱为钙型阳离子柱）检测有效三糖含量为39.2%， IMO含量为55.3%；

（三）精制

将糖化转苷后的粗糖液先用供料泵打入脱色罐内，用盐酸调节pH值到4.6，加入相当于糖液重量0.8%的活性炭和0.4%的硅藻土，然后用蒸汽在夹套内将糖液升温至80℃，保温搅拌30分钟，再用板框过滤机过滤糖液，然后再经过已经再生好的阳阴树脂离子交换柱，离交液用721分光光度计取样检测，糖液透光率为97%，用电导仪检测电导率为20μs/cm；

（四）分离纯化

实施采用的是美国高科膜系统公司的截留分子量为300Da的纳滤膜，膜元件是聚醚砜材质的宽流道卷式膜，膜装置是上海凯能高科技工程有限公司制造，将上一步骤的离交液用泵打入纳滤循环罐，操作压力为2.5 MP，糖液温度控制在35℃，膜通量为35L/M²·H,浓缩倍数8倍，取截留液样品用高效液相色谱检测有效三糖含量为46.2%,IMO含量 93.1%，截留液经蒸发浓缩至75%以上即为IMO-90型低聚异麦芽糖浆，取滤出液样品用高效液相色谱检测葡萄糖含量为95.6%，可以直接生产结晶葡萄糖。

实施例2

（一）高浓度淀粉液化

在调浆罐内用50℃的水和一级玉米淀粉配制60%浓度的淀粉乳，用稀盐酸（化学纯）和氢氧化钠（化学纯）调节pH值至5.6（这是诺维信耐高温淀粉酶的最适pH值），按照每吨淀粉（干基）添加0.5升耐高温α淀粉酶的比例加入耐高温α淀粉酶，然后将淀粉乳从调浆罐中用泵送到保温液化罐内，用蒸汽在夹套内加热，边升温边搅拌至温度达到85℃时停止搅拌，保温40分钟，然后按照每吨淀粉（干基）补加0.3升耐高温α淀粉酶的比例加入耐高温α淀粉酶，采用喷射液化器进行喷射液化，温度控制在105℃，再经过闪蒸温度降至90℃，液化液在液化层流罐内保温搅拌60分钟后，采用菲林试剂法检测还原糖值为17.8%，碘试反应不显蓝色，60%的淀粉乳液化液达到糖化要求；

（二）糖化转苷

将液化完全的液化液先经过蛇形冷却管降温至58℃，用稀盐酸（化学纯）调节pH值至5.5，按照每吨淀粉（干基）添加0.5升β-淀粉酶的比例加入β-淀粉酶，同时按照每吨淀粉（干基）添加0.2升普鲁兰酶的比例加入普鲁兰酶，搅拌均匀后，保温糖化6小时后，再加入相当于淀粉（干基）重量的1.2%的α-葡萄糖转苷酶，在58℃条件下继续保温糖化转苷15小时，糖化转苷即可完成。然后取样用高效液相色谱仪（色谱柱为钙型阳离子柱）检测有效三糖含量为41.3%， IMO含量为57.2%；

（三）精制

将糖化转苷后的粗糖液先用供料泵打入脱色罐内，用盐酸调节pH值到5，加入相当于糖液重量1.4%的活性炭和0.7%的硅藻土，然后用蒸汽在夹套内将糖液升温至85℃，保温搅拌40分钟，再用板框过滤机过滤糖液，然后再经过已经再生好的阳阴树脂离子交换柱，离交液用721分光光度计取样检测，糖液透光率为100%，用电导仪检测电导率为50μs/cm。离交液用真空减压蒸发器浓缩到75%以上即为IMO-50型低聚异麦芽糖浆；

（四）分离纯化

实施采用的是美国高科膜系统公司的截留分子量为300Da的纳滤膜，膜元件是聚醚砜材质的宽流道卷式膜，膜装置是上海凯能高科技工程有限公司制造；将上一步骤未浓缩的离交液用泵打入纳滤循环罐，操作压力为4 MP，糖液温度控制在40℃，膜通量为75L/M²·H,浓缩倍数10倍，取截留液样品用高效液相色谱检测有效三糖含量为47.1%,IMO含量94.5%，截留液经蒸发浓缩至75%以上即为IMO-90型低聚异麦芽糖浆，取滤出液样品用高效液相色谱检测葡萄糖含量为94.2%。

实施例3

（一）高浓度淀粉液化

在调浆罐内用45℃的水和一级玉米淀粉配制55%浓度的淀粉乳，用稀盐酸（化学纯）和氢氧化钠（化学纯）调节pH值至5.6（这是诺维信耐高温淀粉酶的最适pH值），按照每吨淀粉（干基）添加0.45升耐高温α淀粉酶的比例加入耐高温α淀粉酶，然后将淀粉乳从调浆罐中用泵送到保温液化罐内，用蒸汽在夹套内加热，边升温边搅拌至温度达到83℃时停止搅拌，保温35分钟，然后按照每吨淀粉（干基）补加0.25升耐高温α淀粉酶的比例加入耐高温α淀粉酶，采用喷射液化器进行喷射液化，温度控制在105℃，再经过闪蒸温度降至90℃，液化液在液化层流罐内保温搅拌55分钟后，采用菲林试剂法检测还原糖值为16.7%，碘试反应不显蓝色，55%的淀粉乳液化液达到糖化要求；

（二）糖化转苷

将液化完全的液化液先经过蛇形冷却管降温至55℃，用稀盐酸（化学纯）调节pH值至5.3，按照每吨淀粉（干基）添加0.4升β-淀粉酶的比例加入β-淀粉酶，同时按照每吨淀粉（干基）添加0.15升普鲁兰酶的比例加入普鲁兰酶，搅拌均匀后，保温糖化5小时后，再加入相当于淀粉重量的1%的α-葡萄糖转苷酶，在55℃条件下继续保温糖化转苷14小时，糖化转苷即可完成。然后取样用高效液相色谱仪（色谱柱为钙型阳离子柱）检测有效三糖含量为40.2%， IMO含量为56.6%；

（三）精制

将糖化转苷后的粗糖液先用供料泵打入脱色罐内，用盐酸调节pH值到4.8，加入相当于糖液重量1.1%的活性炭和0.5%的硅藻土，然后用蒸汽在夹套内将糖液升温至83℃，保温搅拌35分钟，再用板框过滤机过滤糖液，然后再经过已经再生好的阳阴树脂离子交换柱，离交液用721分光光度计取样检测，糖液透光率为99%，用电导仪检测电导率为34μs/cm，离交液用真空减压蒸发器浓缩到75%以上即为IMO-50型低聚异麦芽糖浆；

（四）分离纯化

实施采用的是美国高科膜系统公司的截留分子量为300Da的纳滤膜，膜元件是聚醚砜材质的宽流道卷式膜，膜装置是上海凯能高科技工程有限公司制造；将上一步骤的离交液用泵打入纳滤循环罐，操作压力为35MP，糖液温度控制在38℃，膜通量为58L/M²·H,浓缩倍数9倍，取截留液样品用高效液相色谱检测有效三糖含量为46.7%,IMO含量 94.1%，截留液经蒸发浓缩至75%以上即为IMO-90型低聚异麦芽糖浆，取滤出液样品用高效液相色谱检测葡萄糖含量为94.8%。

Claims

1.一种高浓度淀粉生产低聚异麦芽糖的方法，其特征在于包括下列步骤：

（一）、高浓度淀粉液化

在调浆罐内用40℃-50℃的水和一级淀粉配制50-60%浓度的淀粉乳，用盐酸和氢氧化钠调节pH值在5.6，按照每吨淀粉以干基计添加0.4-0.5升耐高温α淀粉酶的比例加入耐高温α淀粉酶，该耐高温α淀粉酶标示活性：120KUN/g，然后将淀粉乳从调浆罐中用泵送到保温液化罐内，用蒸汽在夹套内加热，边升温边搅拌至温度达到80℃－85℃时停止搅拌，保温30-40分钟，然后按照每吨淀粉以干基计补加0.2-0.3升耐高温α淀粉酶的比例加入耐高温α淀粉酶，采用喷射液化器进行喷射液化，温度控制在105℃，再经过闪蒸温度降至90℃，液化液在液化层流罐内保温搅拌50-60分钟后，还原糖值达到15%-18%，碘试反应不显蓝色，50-60%的淀粉乳液化液达到糖化要求；

（二）、糖化转苷

将上述50-60%的淀粉乳液化液先经过蛇形冷却管降温至53-58℃，用盐酸调整pH值到5.0-5.5，按照每吨淀粉以干基计添加0.3-0.5升β-淀粉酶的比例加入β-淀粉酶，该β-淀粉酶标示活性：70万U/ml，同时按照每吨淀粉以干基计添加0.1-0.2升普鲁兰酶的比例加入普鲁兰酶，该普鲁兰酶标示活性：1000ASPU/mL，搅拌均匀后，保温糖化4-6小时后，再加入相当于以干基计淀粉重量的0.8-1.2%的α-葡萄糖转苷酶，该α-葡萄糖转苷酶标示活性：3万U/g，在53-58℃条件下继续保温糖化转苷13-15小时，糖化转苷即可完成；此时的粗糖液经高效液相色谱仪检测有效三糖含量39%以上，IMO含量在55%以上；

（三）、精制

（四）、分离纯化

采用截留分子量为300Da的纳滤膜，膜元件是聚醚砜材质的宽流道卷式膜，将上一步骤的离交液泵入纳滤循环罐，过滤压力为2.5-4 MPa，糖液温度35-40℃，膜通量为35-75L/M²·H,浓缩倍数在8-10倍，截留液经高效液相色谱检测有效三糖含量46%以上,IMO含量93%以上，截留液再经减压蒸发浓缩至75%以上即为IMO-90型低聚异麦芽糖浆，滤出液经浓缩后为葡萄糖含量94%~96%的葡萄糖浆。