CN108754035B - 一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法 - Google Patents
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Abstract
一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，包括以下步骤：以5～20:100干重比混合甘薯渣与水以形成渣水混合物；恒温70℃～100℃搅拌所述渣水混合物5～30min后分离水相，得到水解液；浓缩所述水解液并且除杂之后，得到浓缩液；诱导所述浓缩液结晶，得到麦芽糖。本发明通利用工业残余的甘薯渣生产麦芽糖，实现废物再利用本发明中通过甘薯自身的生物作用生产麦芽糖，避免使用酸、碱、其他催化剂等容易污染环境以及损坏设备的化学试剂，反应条件温和，污染小，具有绿色环保，经济高效的特点。生产的麦芽糖品质优良，产量可观。
Description
技术领域
本发明主要涉及制糖领域，特别是涉及一种利用甘薯自水解制备麦芽糖的方法。
背景技术
甘薯是全球性主要粮食作物之一。我国甘薯产量世界第一，约占世界产量的80%以上。2015年全国甘薯种植面积达427万hm2，产量1.0664亿吨（王春雨等，中国畜牧杂志，2017，53：122-126）。
我国生产的甘薯约一半用提取淀粉和生产淀粉制品。甘薯加工提取淀粉或淀粉制品时，产生大量副产品或加工剩余物，即甘薯渣，约占甘薯原料的10%~14%。甘薯渣的主要成分为淀粉和膳食纤维。以干重计算，甘薯渣中的淀粉含量为40%~60%，膳食纤维含量为16%~27%，蛋白质含量约2%。甘薯渣是重要的食品与营养资源，具有很好的开发利用价值。据不完全统计，2005年我国有4.66×107 t甘薯废渣，除少量用于饲料或发酵生产乙醇等外，绝大部分被作为废物丢弃，造成严重的资源浪费和环境污染（靳艳玲等，中国粮油学报，2017，32：193-196）。
甘薯渣的资源化利用是目前日益获得关注的领域，除少量直接用作饲料或制备发酵饲料等比较原始的利用方式外，还有用于生物工程生产益生菌、乳酸、乙醇，或通过蒸煮法等除去淀粉用于生产膳食纤维等的研究报道。这些研究都停留在实验室阶段，由于开发利用成本高、经济价值低，难以达到产业化利用水平。因此，必须开发出简单、高效、低成本的和制备高价值产品的技术或方法，才能用于甘薯渣的产业化开发利用。
另一方面，高纯度麦芽糖是注射用麦芽糖制剂的原料和重要的制药辅料，产品价值远高于普通的麦芽糖浆或食品级高麦芽糖。我国药用级麦芽糖主要依赖进口。本发明旨在提出解决生物质废弃物的利用，以及生产高纯度麦芽糖产品，综合提升提高甘薯种植和加工业经济效益的技术方案。
发明内容
本发明提供一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，包括以下步骤：
（1）以5～20:100干重比混合甘薯渣与水以形成渣水混合物；
（2）恒温70℃～100℃搅拌所述渣水混合物5～30min后分离水相，得到水解液；
（3）浓缩所述水解液并且除杂之后，得到浓缩液；
（4）诱导所述浓缩液结晶，得到麦芽糖。
优选地，步骤（1）中甘薯渣与水的比例为15:100。
优选地，步骤（1）中的甘薯渣源自甘薯提取淀粉后制得的余渣，和/或源自去除部分水溶性淀粉的甘薯粉碎物。
优选地，步骤（1）中的甘薯渣经粉碎并以40目或以上的筛筛选。
优选地，所述步骤（2）中恒温温度为80℃；和/或，步骤（2）中的搅拌时间为15min。
优选地，步骤（3）中水解液浓缩至原体积的10%～20%。
优选地，步骤（3）中除杂的操作：恒温40℃～60℃搅拌10mim～60min后，除去不溶物。
优选地，步骤（4）中诱导结晶的操作至少包括：
（4-1）向浓缩液中加入低分子量有机溶剂至占总体积70%～95%；
（4-2）向所述浓缩液中加入体积比1～5%的结晶麦芽糖；
（4-3）经1～3次超声处理且每次超声处理时间为3min～30min；
（4-4）在结晶温度4℃～20℃下结晶1～5天，得到粗晶体；
（4-5）所述粗晶体在50℃～60℃下真空干燥，得麦芽糖粉末。
更优选地，所述步骤（4-5）中所述粗晶体在真空干燥前，还包括操作：体积分数80%～90%的冷低分子量有机溶剂洗涤所述粗晶体；或，以体积分数70%～95%低分子量有机溶剂溶解所述粗晶体并重复步骤（4-2）。
进一步优选地，所述步骤（4-4）中分离的低分子量有机溶剂经减压蒸馏，残余的液态和/或固态混合物，并入步骤（2）中的水解液。
优选地，所述低分子量有机溶剂为低分子量醇、低分子量酯的至少一种或多种混合的有机溶剂；或，所述低分子量有机溶剂为乙醇或乙醇水溶液。
本发明提供了一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法能够较好解决部分技术问题，并具有下述优点：
（1）本发明所涉及的一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，通过利用甘薯渣的自水解作用，生产高纯度的麦芽糖，避免使用外源酶制剂、酸或碱、其他催化剂，降低生产成本以及保护环境；
（2）本发明所涉及的一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，通过控制甘薯渣以及水解反应水的体积比、水解反应的温度、水解反应的时间，能够有效使甘薯细胞内的水解淀粉酶充分、高效地发生自水解反应，将甘薯渣内的淀粉再次利用，最终生成麦芽糖；
（3）本发明所涉及的一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，通过控制甘薯渣以及水解反应水的体积比、水解反应的温度、水解反应的时间限制美拉德反应，进一步减少杂质的生成，有效提升麦芽糖产品纯度；
（4）本发明所涉及的一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，通过控制诱导结晶过程中的，有机溶剂添加量、晶种添加量、结晶时间、结晶温度、超声处理参数、干燥处理工艺参数等生产参数，能够有效提升从甘薯渣中水解麦芽糖的纯度，使最终生产的麦芽糖纯度超过98%，接近或等同标准品的纯度；
（5）本发明所涉及的一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，应用超声处理辅助有机溶剂的方法，在提纯麦芽糖的技术效果上有优势，麦芽糖的回收率良好，麦芽糖纯度高，符合药典中对于麦芽糖的要求；
（6）本发明所涉及的一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，通过采用低分子量、无毒害、易于回收的有机溶剂如乙醇、乙酸乙酯等，低分子量有对环境友好，同时有机溶剂能够在方法应用中循环，降低成本；
（7）本发明所涉及的一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，通过有效利用淀粉工业剩余的生产废物——甘薯渣，能延长产业链，使甘薯产品的附加值提升。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法的步骤示意图；
图2为本发明一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法的S4子步骤示意图；
图3为本发明水解反应温度与麦芽糖浓度关系的折线图；
图4为本发明80℃下水解反应时间与麦芽糖浓度关系的折线图；
图5为本发明薯渣浓度与麦芽糖得率关系的折线图；
图6为本发明浓缩液与95%乙醇体积比与麦芽糖纯度、麦芽糖得率关系的折线图；
图7为本发明麦芽糖晶种添加量与麦芽糖纯度、麦芽糖得率关系的折线图；
图8为本发明超声处理时间与麦芽糖纯度、麦芽糖得率关系的折线图；
图9为本发明超声处理次数与麦芽糖纯度、麦芽糖得率关系的折线图；
图10为本发明结晶时间与麦芽糖纯度、麦芽糖得率关系的折线图；
图11为本发明实施例1生产的麦芽糖的高效液相色谱图；
图12为麦芽糖标准物质的高效液相色谱图；
图13是经过水洗、碱处理的甘薯渣的高效液相色谱图；
图14为经过碱处理甘薯渣的聚丙烯酰胺凝胶电泳染色谱图；
图15为经过碱处理甘薯渣的聚丙烯酰胺凝胶电泳活性染色谱图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。为了便于展示所述一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法的实际应用，下述实施例将引入所述方法的具体操作步骤以及应用的原料或试剂，使所述方法的试剂应用和具体步骤展示更充分和便于理解，值得注意的是，本发明的保护范围不受所限。
实施例1
请参考附图1，本实施例应用一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法。所述方法包括有步骤：
步骤S1：以15:100干重比混合甘薯渣与水以形成渣水混合物。具体地，在步骤S1中，取用甘薯提取淀粉后残余的甘薯渣1.5g于烧杯中，加入10mL纯净水。具体地，所述甘薯渣经过80目的筛或滤网筛选。在本实施例中，为便甘薯渣中的酶维持活性，所述纯净水经过80℃预热。
甘薯渣中含有β-淀粉水解酶，由于β-淀粉水解酶属于甘薯内部含有的酶，并且β-淀粉水解酶处于与甘薯内部其他蛋白质的结合状态，所处的环境也接近甘薯内部环境，因此这种高活性结合态的β-淀粉水解酶具有较强的生物活性，能够催化甘薯渣中的淀粉水解生成麦芽糖。
图13是分别经过水洗、碱处理（包括pH12碱处理、pH13碱处理）的甘薯渣的高效液相色谱图。相较于未经处理的甘薯渣，经过水洗或碱处理甘薯渣中高活性结合态的β-淀粉水解酶，在保留时间为15min的峰面积显著变小，按照峰面积从大到小依次排序为未处理、水洗、pH13碱处理、pH12碱处理。说明水洗以及碱处理除去或降解甘薯渣内部含有高活性结合态的β-淀粉水解酶。除去高活性结合态的β-淀粉水解酶的甘薯渣没有自水解活性，不能通过自水解途径产生麦芽糖。请参考图14以及图15，图14为经过pH12碱处理、pH13碱处理甘薯渣的聚丙烯酰胺凝胶电泳谱图；图15为经过pH12碱处理、pH13碱处理的甘薯渣的活性聚丙烯酰胺凝胶电泳染色谱图。图14以及图15，左侧为经过pH13碱处理甘薯渣中的高活性结合态β-淀粉水解酶的电泳图、右侧为经过pH12碱处理甘薯渣中的高活性结合态β-淀粉水解酶的电泳图。通过聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴别说明，碱处理后的甘薯渣经过1～5次水洗后含有β-淀粉水解酶的含量逐渐降低，荧光条带的荧光反应强度与β-淀粉水解酶含量呈证比例关系。聚丙烯酰胺凝胶电泳说明，经过碱处理以及多次水洗，可以除去甘薯渣内部含有高活性结合态的β-淀粉水解酶，即甘薯渣内部含有高活性结合态的β-淀粉水解酶。此外，在未经碱处理的甘薯渣中加入淀粉水解酶抑制剂（如硫酸铜或硝酸铜等含有Cu2+的试剂），甘薯渣将不能发生自水解。综上可知，甘薯渣中的高活性结合态的β-淀粉水解酶是决定淀粉转化为麦芽糖的关键。
传统的酶制剂（包括β-淀粉酶）与甘薯内部高活性结合态的β-淀粉水解酶的酶制剂仍然有所不同。水解温度的差异，从甘薯中提取的β-淀粉酶的最适水解温度为50℃，在温度为70℃时，酶活力显著降低约70%。提取的甘薯β-淀粉酶水解糊化淀粉需要3小时。而甘薯渣自水解的最适温度为80℃，且自水解时间在15分钟内就能完全将淀粉水解成麦芽糖。足以可见，在甘薯渣中的高活性结合态的β-淀粉水解酶相对于传统酶制剂更优。
甘薯渣的细腻程度通常以筛的目数表示，在一定条件下，越细腻的甘薯渣与水的接触程度更高，自水解反应更充分，但是目数越高的甘薯渣需要加工的时间以及加工成本更高，目数太低的甘薯渣颗粒不均匀，同时含有较多杂质。在本发明所涉及其它可能的实施方式中，优选地，所述甘薯渣经过至少40目的筛，以保证甘薯渣拥有足够大的比表面积。
甘薯渣和水的比例十分重要，甘薯渣需要足够量的水才可以与水充分反映，但是过多的水将会浪费能源，加热、恒温损耗热量比较多，温度控制也存在难度，并且过多的水会使后续浓缩的难度增加，浓缩时间加长，进而影响产出麦芽糖的品质。渣水混合物中甘薯渣的浓度与麦芽糖得率之间的关系请参考图5，图5中横坐标为薯渣浓度，以质量体积百分比计，纵坐标为麦芽糖得率。在一定条件下，随着薯渣浓度增加，麦芽糖得率存在先升后降的趋势，较适宜的薯渣浓度区间在15%～20%之间，较为适宜的薯渣浓度为15%。因此，在本发明所涉及其它可能的实施方式中，优选地，渣水混合物中，甘薯渣（以干重计）与水之间的质量体积比为15g～20g:100mL。
步骤S2：恒温80℃恒温水浴下，用磁力搅拌器搅拌所述渣水混合物15min后，滤去甘薯渣，分离水相即得到水解液。具体地，在本实施例的步骤S2中，分别用10mL的纯净水洗涤过滤后的甘薯渣，并将三次的水洗液并入水解液中。
甘薯渣自水解酶的活性与温度之间的关系请参考图3，自水解酶的活性以纵坐标麦芽糖浓度表示，横坐标为反应温度，以摄氏度为单位。酶的活性与温度有着密切关系，自水解酶在过高的温度下容易失活，温度过低又不能充分发挥催化效能。同时麦芽糖作为一种比较容易发生美拉德反应的物质，限制美拉德反应对于麦芽糖产率同样具有重要意义。在本实施例中，在限制美拉德反应的反应进度的前提下，提升甘薯渣中自水解酶的活性。甘薯渣自水解酶在80℃左右拥有较好的活性表现。故在本发明所涉及其它可能的实施方式中，优选恒温70℃～100℃的温度区间作为反应温度，并以80℃作为较优的选择方案。在本发明反应温度的启示下，70℃～100℃的温度区间的恒定温度反应或者在温度区间内，以任意温度波动加热或者阶梯式加热，均应纳入本发明的保护范围。
同时，美拉德反应以及自水解反应与搅拌时间也有着密切关系，搅拌时间过短，美拉德反应固然发生程度较低，但是自水解反应发生的程度也同样处于较低水平；搅拌时间过长，自水解反应发生程度虽然较高，但是美拉德反应的也在不断消耗自水解反应产生的麦芽糖，同时产生复杂的有机化合物，影响后续纯化麦芽糖的步骤，进一步影响麦芽糖的纯度。处理甘薯渣的时间以及产生麦芽糖浓度的关系请参考图4，图4中横坐标为时间，单位是min，纵坐标为麦芽糖浓度，单位为mg/mL。从图4中可以看出，在80℃的较适温度下，随着处理时间增加，产生麦芽糖浓度之间存在先升后降的趋势，较适宜的处理时间区间在5min～30min，较为适宜的处理时间为15min。因此，在本发明所涉及其它可能的实施方式，优选地，限制搅拌时间（实际是反应时间）在5min～30min之间，更优选的水解时间为15min。
步骤S3：浓缩所述水解液并且除杂之后，得到浓缩液。具体地，所述水解液利用真空浓缩或氮吹浓缩，浓缩至体积为原体积的15%。更具体地，真空干浓缩或氮吹浓缩在50℃～60℃下进行，浓缩后用滤膜除去不溶杂质得到浓缩液。
基于本发明控制温度，进而限制美拉德反应的思想，干燥操作优选在50℃～60℃下进行。过低的温度将会导致干燥时间过长，美拉德反应也会持续发生，同时过长的干燥时间浪费资源，影响麦芽糖的生产速度。过高的反应温度，使水解液中麦芽糖的褐变速度加快，影响产率以及纯度。
步骤S4：诱导所述浓缩液结晶，得到麦芽糖。步骤S4中的诱导结晶的具体步骤，请参考图2：
步骤S4-1：向浓缩液中加入体积分数95%的乙醇至占总体积90%。具体地，浓缩液加入乙醇后在50℃恒温水浴下，利用磁力搅拌器搅拌1h，冷却至室温后离心除去不溶物，得到麦芽糖乙醇溶液。
在步骤S4-1中，加入乙醇可除去浓缩液中溶解的蛋白质、氨基酸以及无机盐等物质，可以实现初步除杂。此时控制乙醇在整个麦芽糖乙醇溶液体系中的体积具有重要意义，麦芽糖分子在原本的水解液中与水分子之间形成氢键，乙醇将迫使麦芽糖分子与水分子之间形成的氢键断裂，麦芽糖分子将与乙醇分子形成新的氢键，麦芽糖溶解在乙醇中。因此，在本发明其它可能的实施方式中，优选乙醇占所述麦芽糖乙醇溶液液相总体积的70%～95%。所除去的不溶物主要是低极性以及不溶于醇的杂质。
麦芽糖乙醇溶液中乙醇溶液的加入量与麦芽糖回收率以及纯度的影响请参考图6。图6中，横坐标为浓缩液与95%乙醇的体积比，左纵坐标为麦芽糖纯度（%），右纵坐标为麦芽糖回收率（%）。随着95%乙醇添加量的增加，麦芽糖纯度提升，麦芽糖回收率也有所提升，提升最明显的在浓缩液与95%乙醇的体积比为1:10处，即浓缩液中加入体积分数95%的乙醇至占总体积90%时，麦芽糖纯度以及麦芽糖回收率较高。折算为当麦芽糖乙醇溶液中乙醇浓度为85%～87%时，麦芽糖纯度以及麦芽糖回收率均有较好表现。
步骤S4-2：向所述麦芽糖乙醇溶液中加入体积比2%的结晶麦芽糖作为晶种。具体地，将所述结晶麦芽糖分散在麦芽糖乙醇溶液，帮助麦芽糖乙醇溶液中的麦芽糖接触晶种，尽快结晶。
麦芽糖晶种（即结晶麦芽糖）的添加量与麦芽糖纯度以及麦芽糖回收率之间的关系请参考图7，图7中横坐标为麦芽糖晶种添加量，单位为mg，左纵坐标为麦芽糖纯度（%），右纵坐标为麦芽糖回收率（%）。随着的麦芽糖晶种添加量增加，麦芽糖纯度相对稳定，但是麦芽糖回收率先升后降。当麦芽糖晶种添加量在1mg～2mg时，麦芽糖回收率较高，同时麦芽糖纯度也相对稳定。实验体系推算得到麦芽糖晶种添加比例（体积比）在1%～2%之间。麦芽糖晶种添加量过多将会抑制成核，麦芽糖乙醇溶液体系饱和度同时受到抑制，影响结晶的形成。
步骤S4-3：所述麦芽糖乙醇溶液经1次20min的超声处理。超声处理可以震荡麦芽糖-乙醇体系，使麦芽糖与水或乙醇之间的氢键断裂，同时附着在分散于体系内的晶种（即结晶麦芽糖）的表面，并持续生长。超声时间不宜过久，超声处理次数也不宜过长，超声震荡在破坏氢键的同时也有可能破坏在晶种上生长的麦芽糖，导致麦芽糖重新分散到乙醇中，影响收率。
超声处理时间与麦芽糖纯度以及麦芽糖回收率之间的关系请参考图8。图8中横坐标为超声时间，单位为min，左纵坐标为麦芽糖纯度（%），右纵坐标为麦芽糖回收率（%）。随着超声时间的增加，麦芽糖纯度逐渐增加，增加幅度较小，但是麦芽糖回收率先升后降。当超声处理时间在3min～30min之间，麦芽糖纯度在98%以上，当超声处理时间在20min时，麦芽糖回收率达到最大。综合考虑各方面因素在本实施例以及本发明中，超声时间控制在3min～30min之间。优选地，超声时间为20min为宜。
超声处理次数与麦芽糖纯度以及麦芽糖回收率之间的关系请参考图9。图9中横坐标为超声次数（T），左纵坐标为麦芽糖纯度（%），右纵坐标为麦芽糖回收率（%）。随着超声次数的增加，麦芽糖纯度逐渐下降，但是麦芽糖回收率持续上升。当超声处理次数在1次～2次之间，麦芽糖纯度在98%以上，当超声处理次数在4次时，麦芽糖回收率达到最大。综合考虑各方面因素在本实施例以及本发明中，超声次数控制在1次～3次之间。
步骤S4-4：所述麦芽糖乙醇溶液在恒温4℃下结晶3天，得到粗晶体。
具体地，分离粗晶体后的得到的液相为包含麦芽糖的乙醇溶液，将乙醇溶液减压蒸馏，回收乙醇循环使用。减压蒸馏所得的固形物或者浓缩的液态混合物富含麦芽糖，所述固形物或者液态混合物并入S2的渣水混合物中，以提升产率。
结晶时间与麦芽糖纯度以及麦芽糖回收率之间的关系请参考图10。图10中横坐标为结晶时间（h，小时），左纵坐标为麦芽糖纯度（%），右纵坐标为麦芽糖回收率（%）。随着结晶时间的增加，麦芽糖纯度以及麦芽糖回收率均有提升。在结晶时间为12h～96h内，麦芽糖回收率明显提升，麦芽糖纯度大于98%。结晶时间在72h之后，麦芽糖回收率基本达到最大，增幅不明显或没有增加。综合各方面考虑，结晶时间可以在1天～5天，优选地结晶时间控制在72h（即3天）为宜。
步骤S4-5：所述粗晶体在50℃下真空干燥，得麦芽糖粉末。
具体地，在真空干燥前，用温度为4℃且体积分数80%的乙醇洗涤所述粗晶体。在本实施例中，为了得到纯度更高的麦芽糖，还可以将得到的粗晶体以温度为4℃且体积分数80%的乙醇溶解并将溶解所得液体并入步骤S4-2中的麦芽糖乙醇溶液中。
具体地，本实施例中采用的乙醇为低分子量有机溶剂，在其它可能的实施方式中，还可以采用低分子量醇、低分子量酯的一种或多种混合的有机溶剂。更具体地，所述低分子量有机溶剂可以采用甲酸甲酯、乙酸乙酯、乙醇、正丙醇、异丁醇等有机溶剂。在本实施例中，优选采用无毒害的乙醇作为有机溶剂。
值得注意的是，本实施例以及本发明中的技术方案采用甘薯渣是出于环保以及提升利用率的目的，因此发明所涉及的技术方案应该同样适用于甘薯本身，甚至可以将本方法推广应用于一些富含淀粉或者纤维的原料中，包括但不限于木薯、玉米等，以及上述植物原料在工业利用后的工业废物。
实施例1还示例性地提供一种预先处理处理甘薯渣的方法：
（1）将甘薯洗净，去除石子、沙砾等杂质，按照1:1加水；
（2）利用匀浆机打碎甘薯，以纱布滤去液体，得到甘薯渣；
（3）甘薯渣在50℃下的烘箱烘干；
（4）烘干后的甘薯渣置于粉碎机中打碎
（5）打碎后的甘薯渣过筛，得到能够应用于本发明以及实施例的甘薯渣。
本发明以及实施例中生产麦芽糖后的甘薯渣还可以进一步生产膳食纤维，实现对甘薯渣的再一次利用。
实施例2
步骤S1：以5:100干重比混合甘薯渣与水以形成渣水混合物。具体地，在步骤S1中，取用甘薯提取淀粉后残余的甘薯渣5.0kg于反应器中，加入100L纯净水。具体地，所述甘薯渣经过40目的筛或滤网筛选。在本实施例中，为便甘薯渣中的酶维持活性，所述纯净水经过70℃预热。
步骤S2：恒温70℃恒温水浴下，用搅拌桨搅拌所述渣水混合物30min后，滤去甘薯渣，分离水相即得到水解液。具体地，在本实施例的步骤S2中，分别用10L的纯净水洗涤过滤后的甘薯渣，并将三次的水洗液并入水解液中。
步骤S3：浓缩所述水解液并且除杂之后，得到浓缩液。具体地，所述水解液利用真空浓缩器，浓缩水解液至体积为原体积的10%。更具体地，真空浓缩或氮吹浓缩在40℃下搅拌60min，浓缩后用工业过滤器除去不溶杂质得到浓缩液。
步骤S4：诱导所述浓缩液结晶，得到麦芽糖。步骤S4中的诱导结晶的具体步骤，请参考图2：
步骤S4-1：向浓缩液中加入无水乙醇至占总体积95%。具体地，浓缩液加入乙醇后在50℃恒温水浴下，利用搅拌器搅拌30min，冷却至室温后离心除去不溶物，得到麦芽糖乙醇溶液。
步骤S4-2：向所述麦芽糖乙醇溶液中加入体积比1%的结晶麦芽糖作为晶种。具体地，利用搅拌器搅拌2min使所述结晶麦芽糖分散在麦芽糖乙醇溶液，帮助麦芽糖乙醇溶液中的麦芽糖接触晶种，尽快结晶。
步骤S4-3：所述麦芽糖乙醇溶液经2次30min的超声处理。
步骤S4-4：所述麦芽糖乙醇溶液在恒温10℃下结晶5天，得到粗晶体。
具体地，分离粗晶体后的得到的液相为包含麦芽糖的乙醇溶液，将乙醇溶液减压蒸馏，回收乙醇循环使用。减压蒸馏所得的固形物或者浓缩的液态混合物富含麦芽糖，所述固形物或者液态混合物并入实施例2步骤S2的渣水混合物中，以提升产率。
步骤S4-5：所述粗晶体在50℃下真空干燥，得麦芽糖粉末。
实施例3
步骤S1：以20:100干重比混合甘薯渣与水以形成渣水混合物。具体地，在步骤S1中，取用2吨甘薯渣于搅拌反应釜中，加入10吨纯净水。具体地，所述甘薯渣经过50目的筛或滤网筛选。在本实施例中，为便甘薯渣中的酶维持活性，所述纯净水经过80℃预热。
步骤S2：恒温80℃恒温水浴下，在搅拌反应釜中搅拌所述渣水混合物20min后，滤去甘薯渣，分离水相即得到水解液。具体地，在本实施例的步骤S2中，分别用100L的纯净水洗涤过滤后的甘薯渣，并将三次的水洗液并入水解液中。
步骤S3：浓缩所述水解液并且除杂之后，得到浓缩液。具体地，所述水解液利用真空浓缩器，浓缩水解液至体积为原体积的20%。更具体地，真空浓缩在恒温40℃下搅拌60min，后用工业过滤器除去不溶杂质得到浓缩液。
步骤S4：诱导所述浓缩液结晶，得到麦芽糖。步骤S4中的诱导结晶的具体步骤，请参考图2：
步骤S4-1：向浓缩液中加入无水乙醇至占总体积90%。具体地，浓缩液加入乙醇后在50℃恒温水浴下，利用搅拌器搅拌20min，冷却至室温后离心除去不溶物，得到麦芽糖乙醇溶液。
步骤S4-2：向所述麦芽糖乙醇溶液中加入体积比1%的结晶麦芽糖作为晶种。具体地，利用搅拌器搅拌10min使所述结晶麦芽糖分散在麦芽糖乙醇溶液，帮助麦芽糖乙醇溶液中的麦芽糖接触晶种，尽快结晶。
步骤S4-3：所述麦芽糖乙醇溶液经2次10min的超声处理。
步骤S4-4：所述麦芽糖乙醇溶液在恒温20℃下结晶1天，得到粗晶体。
具体地，分离粗晶体后的得到的液相为包含麦芽糖的乙醇溶液，将乙醇溶液减压蒸馏，回收乙醇循环使用。减压蒸馏所得的固形物或者浓缩的液态混合物富含麦芽糖，所述固形物或者液态混合物并入实施例2步骤S2的渣水混合物中，以提升产率。
步骤S4-5：所述粗晶体在60℃下真空干燥，得麦芽糖粉末。
实施例4
步骤S1：以20:100干重比混合甘薯渣与水以形成渣水混合物。具体地，在步骤S1中，取用1吨甘薯渣于搅拌反应釜中，加入5吨纯净水。具体地，所述甘薯渣经过50目的筛或滤网筛选。在本实施例中，为便甘薯渣中的酶维持活性，所述纯净水经过90℃预热。
步骤S2：恒温90℃恒温水浴下，在搅拌反应釜中搅拌所述渣水混合物15min后，滤去甘薯渣，分离水相即得到水解液。具体地，在本实施例的步骤S2中，分别用50L的纯净水洗涤过滤后的甘薯渣，并将三次的水洗液并入水解液中。
步骤S3：浓缩所述水解液并且除杂之后，得到浓缩液。具体地，所述水解液利用真空浓缩器，浓缩水解液至体积为原体积的20%。更具体地，真空浓缩在60℃下搅拌10min，浓缩后用工业过滤器除去不溶杂质得到浓缩液。
步骤S4：诱导所述浓缩液结晶，得到麦芽糖。步骤S4中的诱导结晶的具体步骤，请参考图2：
步骤S4-1：向浓缩液中加入无水乙醇至占总体积80%。具体地，浓缩液加入乙醇后在50℃恒温水浴下，利用搅拌器搅拌10min，冷却至室温后离心除去不溶物，得到麦芽糖乙醇溶液。
步骤S4-2：向所述麦芽糖乙醇溶液中加入体积比2%的结晶麦芽糖作为晶种。具体地，利用搅拌器搅拌10min使所述结晶麦芽糖分散在麦芽糖乙醇溶液，帮助麦芽糖乙醇溶液中的麦芽糖接触晶种，尽快结晶。
步骤S4-3：所述麦芽糖乙醇溶液经1次10min的超声处理。
步骤S4-4：所述麦芽糖乙醇溶液在恒温15℃下结晶1天，得到粗晶体。
具体地，分离粗晶体后的得到的液相为包含麦芽糖的乙醇溶液，将乙醇溶液减压蒸馏，回收乙醇循环使用。减压蒸馏所得的固形物或者浓缩的液态混合物富含麦芽糖，所述固形物或者液态混合物并入实施例2步骤S2的渣水混合物中，以提升产率。
步骤S4-5：所述粗晶体在52℃下真空干燥，得麦芽糖粉末。
实施例5
步骤S1：以20:100干重比混合甘薯渣与水以形成渣水混合物。具体地，在步骤S1中，取用1.5吨甘薯渣于搅拌反应釜中，加入7.5吨纯净水。具体地，所述甘薯渣经过60目的筛或滤网筛选。在本实施例中，为便甘薯渣中的酶维持活性，所述纯净水经过100℃预热。
步骤S2：恒温100℃恒温水浴下，在搅拌反应釜中搅拌所述渣水混合物5min后，滤去甘薯渣，分离水相即得到水解液。具体地，在本实施例的步骤S2中，分别用50L的纯净水洗涤过滤后的甘薯渣，并将三次的水洗液并入水解液中。
步骤S3：浓缩所述水解液并且除杂之后，得到浓缩液。具体地，所述水解液利用真空浓缩器，浓缩水解液至体积为原体积的20%。更具体地，真空浓缩在55℃下搅拌20min，浓缩后用工业过滤器除去不溶杂质得到浓缩液。
步骤S4：诱导所述浓缩液结晶，得到麦芽糖。步骤S4中的诱导结晶的具体步骤，请参考图2：
步骤S4-1：向浓缩液中加入乙醇至70%。具体地，浓缩液加入乙酸乙酯后在50℃恒温水浴下，利用搅拌器搅拌10min，冷却至室温后离心除去不溶物，得到麦芽糖乙酸乙酯溶液。
步骤S4-2：向所述麦芽糖乙醇溶液中加入体积比1%的结晶麦芽糖作为晶种。具体地，利用搅拌器搅拌10min使所述结晶麦芽糖分散在麦芽糖乙醇溶液，帮助麦芽糖乙醇溶液中的麦芽糖接触晶种，尽快结晶。
步骤S4-3：所述麦芽糖乙醇溶液经2次3min的超声处理。
步骤S4-4：所述麦芽糖乙醇溶液在恒温4℃下结晶3天，得到粗晶体。
具体地，分离粗晶体后的得到的液相为包含麦芽糖的乙醇溶液，将乙醇溶液减压蒸馏，回收乙醇循环使用。减压蒸馏所得的固形物或者浓缩的液态混合物富含麦芽糖，所述固形物或者液态混合物并入实施例2步骤S2的渣水混合物中，以提升产率。
步骤S4-5：所述粗晶体在55℃下真空干燥，得麦芽糖粉末。
性能考察
针对实施例1所得到的麦芽糖粉末作性能考察，主要考察麦芽糖的纯度以及实施例1产率等性能指标。
1.对实施例1采用甘薯渣的成分分析：
实施例1采用的甘薯渣含有39.6%（±0.003%）的淀粉、4.33%（±0.22%）的蛋白质、35.6%（±1.12%）的纤维素、9.3%（±0.56%）的水分以及其他物质占比10.8%（±0.9%）。从甘薯渣的成分分析判断，甘薯渣本身并不含有麦芽糖。
2.对实施例1中S2中的水解液作成分分析：
所述水解液中含有少量葡萄糖、麦芽三糖以及其他杂质，水解液干物质中麦芽糖含量为7%。
3.对实施例1中最后得到的麦芽糖粉末作成分分析：
图11中展示的是实施例1所得结晶麦芽糖的HPLC（高效液相色谱）谱图，图12展示的是麦芽糖标准品的HPLC谱图。图11以及图12中，横坐标为保留时间（Retention time），单位为min，纵坐标为响应电信号值，以mV为单位。综合图11以及图12，可以观察，实施例1制备的麦芽糖粉末与标准品的峰保留时间一致，峰面积接近。经过计算，实施例1利用本发明方法生产的麦芽糖纯度达98%以上，符合现行国家药典中规定的药用麦芽糖纯度指标，同时符合GB/T20883-2007麦芽糖的标准。
4.对实施例1中麦芽糖粉末产率分析：
以实施例1中的技术参数生产。每100g甘薯渣可生产得到纯度为70%粗麦芽糖为26.7g，即纯度70%麦芽糖的生产产率为26.7%。考虑到甘薯渣中淀粉含量为39.6%，即纯度70%麦芽糖的淀粉转化比率为67.4%。将生产的粗麦芽糖应用实施例1中步骤S4的方法，单次结晶的麦芽糖回收率为48%，即每100g甘薯渣可以生产12.8g纯度大于98%的结晶型麦芽糖，即纯度为98%麦芽糖的产率为12.8%，相对淀粉转化率为32%。若重复多次结晶，麦芽糖收率可以大大提升。
本发明的实施例1～实施例5以及本发明所涉及的技术方案，应用甘薯渣的自水解作用，生产高纯度的麦芽糖。本发明实及其施例中，通过控制甘薯渣以及水解反应水的体积比、水解反应的温度、水解反应的时间，能够有效使甘薯细胞内的水解淀粉酶充分、高效地发生自水解反应，将甘薯渣内的淀粉再次利用，最终生成麦芽糖。由于甘薯内部处于结合状态的内源酶，避免使用外部添加的酶制剂、酸、碱以及其他催化剂，进一步降低成本，保护环境，同时能够减少设备由于酸碱腐蚀的折损。进一步地，本发明及其实施例同时通过限制水解反应中若干生产参数，本发明及其实施例还可以限制美拉德反应，进一步减少杂质的生成，为提升麦芽糖产品纯度作出贡献。本发明及其实施例中，通过控制诱导结晶过程中的，有机溶剂添加量、晶种添加量、结晶时间、结晶温度、超声处理参数、干燥处理工艺参数等生产参数，能够有效提升从甘薯渣中水解麦芽糖的纯度，使最终生产的麦芽糖纯度超过98%，接近或等同标准品的纯度。本发明及其实施例中，应用超声处理辅助有机溶剂的方法，在提纯麦芽糖的技术效果上有优势，麦芽糖的回收率良好，麦芽糖纯度高，符合药典中对于麦芽糖的要求。为了号召绿色化学以及能够应用于医药的目的，本发明及其实施例中的有机溶剂采用低分子量、无毒害、易于回收的有机溶剂如乙醇、乙酸乙酯等。低分子量有机溶剂能够在方法应用中循环，降低成本。本发明应用甘薯自水解的方法，相对于外源添加淀粉酶的生产工艺更为优越，有效避免外源淀粉酶失活等情形。同时本发明能够有效利用淀粉工业剩余的生产废物——甘薯渣，能延长产业链，提升甘薯产品的附加值。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）以5～20:100干重比混合甘薯渣与水以形成渣水混合物；所述渣水混合物不得经过碱处理；
（2）恒温70℃～100℃搅拌所述渣水混合物5～30min后分离水相，得到水解液；
（3）浓缩所述水解液并且除杂之后，得到浓缩液；所述水解液以真空干燥浓缩或氮吹浓缩的方式在40℃～60℃浓缩至原体积的10%～20%，同步搅拌10mim～60min；所述水解液过滤除去不溶物；
（4）诱导所述浓缩液结晶，得到麦芽糖。
2.如权利要求1所述的一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，其特征在于，步骤（1）中甘薯渣与水的比例为15:100。
3.如权利要求1所述的一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，其特征在于，步骤（1）中的甘薯渣源自甘薯提取淀粉后制得的余渣，和/或源自去除部分水溶性淀粉的甘薯粉碎物。
4.如权利要求1所述的一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，其特征在于，步骤（1）中的甘薯渣经粉碎并以40目或以上的筛筛选。
5.如权利要求1所述的一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，其特征在于，所述步骤（2）中恒温温度为80℃；和/或，步骤（2）中的搅拌时间为15min。
6.如权利要求1所述的一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，其特征在于，步骤（4）中诱导结晶的操作至少包括：
（4-1）向浓缩液中加入低分子量有机溶剂至占总体积70%～95%；
（4-2）向所述浓缩液中加入体积比1～5%的结晶麦芽糖；
（4-3）经1～3次超声处理且每次超声处理时间为3min～30min；
（4-4）在结晶温度4℃～20℃下结晶1～5天，得到粗晶体；
（4-5）所述粗晶体在50℃～60℃下真空干燥，得麦芽糖粉末。
7.如权利要求6所述的一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，其特征在于，所述步骤（4-5）中所述粗晶体在真空干燥前，还包括操作：体积分数80%～90%的冷低分子量有机溶剂洗涤所述粗晶体；或，以体积分数70%～95%低分子量有机溶剂溶解所述粗晶体并重复步骤（4-2）。
8.如权利要求7所述的一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，其特征在于，所述步骤（4-4）中分离的低分子量有机溶剂经减压蒸馏，残余的液态和/或固态混合物，并入步骤（2）中的水解液。
9.如权利要求6～8任意一项中所述的一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，其特征在于，所述低分子量有机溶剂为低分子量醇、低分子量酯的至少一种或多种混合的有机溶剂。
10.如权利要求9所述的一种甘薯自水解制备麦芽糖的方法，其特征在于，所述低分子量有机溶剂为乙醇或乙醇水溶液。
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