CN108841895B - 一种提高麦芽糊精冻融稳定性的方法 - Google Patents

一种提高麦芽糊精冻融稳定性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高麦芽糊精冻融稳定性的方法，属于麦芽糊精技术领域。本发明在传统酶法生产麦芽糊精工艺的基础上，引入Rhodothermus obamensis来源的淀粉分支酶，切断α‑1,4‑糖苷键，将切下的短链连接至受体链上，形成α‑1,6‑分支点，使其分支化程度增加，具有更多的簇状结构，从而达到增强麦芽糊精冻融稳定性的目的。所述方法具体包括调浆、喷射液化、淀粉分支酶作用、过滤、脱色、离子交换、浓缩、喷雾干燥等步骤，可生产得到冻融稳定性优异的麦芽糊精。

Description

一种提高麦芽糊精冻融稳定性的方法
技术领域
本发明涉及一种提高麦芽糊精冻融稳定性的方法，属于麦芽糊精技术领域。
背景技术
麦芽糊精也称水溶性糊精或酶法糊精，是经酸法或酶法处理得到的DE值小于20的淀粉水解产物，主要成分为糊精、多聚糖、低聚糖，还含有少量的麦芽糖及葡萄糖，它介于淀粉和淀粉糖之间，是一种没有任何味道的营养性多糖。麦芽糊精作为食品添加剂，功能性十分广泛，例如可以改变体系的粘度，有较好的乳化作用和增稠效果；用作脂肪替代品；抑制褐变反应；为各种甜味剂、香味剂、填充剂和色素的优良载体；降低体系甜度与冰点；价格低廉，口感滑腻等，可应用于多种食品中。
目前，国内外生产麦芽糊精均采用酶法工艺，酸法工艺已基本被淘汰。但传统酶法工艺生产得到的麦芽糊精存在一定的局限性，麦芽糊精直链分子含量高，反复的冻融循环(FTC)过程中大分子容易聚合产生絮凝沉淀，影响添加麦芽糊精产品的感官特性及货架期。冷冻食品在运输或储藏过程中，难免会经历反复的冻结和融化过程，使得添加麦芽糊精产品在冷冻食品应用方面受到了很大的限制。
目前国内外大多采用化学法，如酯化、交联、醚化等对麦芽糊精进行改性，在糊精分子中引入新基团，增大分子间的空间阻碍，减少分子间氢键数量以提高其冻融稳定性。与化学法相比，酶法改性方法条件更为温和，也更为安全，反应效率也更高。
因此寻找一种合适的酶对麦芽糊精进行改性以提高其冻融稳定性对于麦芽糊精在食品中的应用非常重要。
发明内容
为了解决上述问题，本发明在传统酶法生产麦芽糊精工艺基础上，引入Rhodothermus obamensis来源的淀粉分支酶(1,4-α-glucan branching enzyme；EC2.4.1.18)，它能催化淀粉分子中α-1,4-糖苷键的断裂，产生具有非还原末端的短链，通过转糖苷作用将切割下的短链以α-1,6-糖苷键的形式连接于受体链上，形成α-1,6-分支点，增加麦芽糊精的分支度，从而增强麦芽糊精的冻融稳定性，提高了麦芽糊精的商品价值。
本发明的目的是提供一种提高麦芽糊精冻融稳定性的方法，所述方法包括在麦芽糊精制备过程中添加Rhodothermus obamensis来源的淀粉分支酶进行处理。
在本发明的一种实施方式中，所述麦芽糊精制备，依次包括调浆、喷射液化、淀粉分支酶作用、过滤、脱色、离子交换、浓缩步骤。
在本发明的一种实施方式中，所述淀粉分支酶作用是加入淀粉分支酶；添加量为以干基计10-500U/g淀粉；加入淀粉分支酶后调节pH为6.0-7.5，于50-70℃下反应2-12h。
在本发明的一种实施方式中，所述淀粉分支酶作用的pH为6.5-7.5，于65-70℃下反应6h以上。
在本发明的一种实施方式中，所述麦芽糊精制备还包括喷雾干燥步骤。
在本发明的一种实施方式中，所述方法具体为：
(1)调浆：将淀粉调制为一定浓度的淀粉乳，加热保温一段时间，加入耐高温α-淀粉酶及氯化钙，搅拌均匀后调节pH。
(2)喷射液化。
(3)淀粉分支酶作用：待(2)中液化液冷却后加入淀粉分支酶，调节pH，于一定温度下反应一段时间，升温灭酶后得到反应液。
(4)过滤：反应液冷却后，经过滤，得到澄清溶液。
(5)脱色：调节溶液pH，加入活性炭于一定温度下搅拌脱色一段时间。
(6)离子交换：采用离子交换树脂，去除溶液中的金属盐及色素。
(7)浓缩：在一定真空度、温度下浓缩溶液。
在本发明的一种实施方式中，所述(1)中淀粉为普通玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、蜡质玉米淀粉、甘薯淀粉、大米淀粉、小麦淀粉中的一种或几种；淀粉乳的浓度为5-45％；将淀粉乳加热到60-70℃进行保温；耐高温α-淀粉酶的添加量为以干基计10-15U/g淀粉，加入后调节pH为5.5-6.5；氯化钙的添加量为以干基计0.1-0.2％。
在本发明的一种实施方式中，所述(2)中采用低压蒸汽喷射液化器进行喷射。
在本发明的一种实施方式中，所述(2)中包括2次喷射；第一次喷射后保温液化一段时间，进行第二次喷射灭酶。
在本发明的一种实施方式中，所述(2)中第一次喷射的物料压力为0.35MPa，蒸汽压力为0.1MPa，温度为102-110℃，时间为5-15min，之后在85-95℃中保温液化10-90min，第二次喷射的物料压力为0.35MPa，蒸汽压力为0.3MPa，温度为130-140℃，时间为5min。
在本发明的一种实施方式中，所述(3)中液化液须冷却至50℃以下，加入淀粉分支酶；淀粉分支酶的来源为Rhodothermus obamensis；添加量为以干基计10-500U/g淀粉；加入淀粉分支酶后调节pH为6.0-7.5，于50-70℃下反应2-12h。
在本发明的一种实施方式中，所述(3)中淀粉分支酶作用的pH为6.5-7.5，于65-70℃下反应6h以上。
在本发明的一种实施方式中，所述(4)中过滤是采用板框压滤机过滤。
在本发明的一种实施方式中，所述(5)中溶液pH调节为4.0-5.0，活性炭的添加量为1％，80-90℃下保温15-30min进行脱色。
在本发明的一种实施方式中，所述(6)中采用的离子交换树脂结构为强酸性阳离子-弱碱性阴离子-强酸性阳离子交换树脂，温度为40-50℃。
在本发明的一种实施方式中，所述(7)中真空度为80-90KPa，温度为40-50℃，溶液浓缩至浓度为40-50％。
在本发明的一种实施方式中，所述方法还包括步骤(8)喷雾干燥：将步骤(7)中所得浓缩液喷雾干燥成粉末，测定其DE值。
在本发明的一种实施方式中，所述(8)中进风温度为160-170℃，出风温度为75-85℃，进料流速为18-22mL/min。
在本发明的一种实施方式中，所述淀粉分支酶的来源为Rhodothermus obamensis(GenBank:AB060080.1)。
在本发明的一种实施方式中，所述方法生产的麦芽糊精DE值为2-20。
本发明的有益效果：
本发明通过在传统酶法生产麦芽糊精工艺基础上引入Rhodothermus obamensis来源的淀粉分支酶，提高了麦芽糊精的分支度，从而提高了其冻融稳定性。与传统制备麦芽糊精的方法相比，对于DE 5的麦芽糊精，本发明在不改变其DE值的前提下，可将冻融循环5次后1.7％的透明度提升为38.2％；对于DE 10的麦芽糊精，本发明在不改变其DE值的前提下，可将冻融循环5次后4.1％的透明度提升为96.8％；对于DE 15的麦芽糊精，本发明在不改变其DE值的前提下，可将冻融循环5次后52.1％的透明度提升为97.7％。
具体实施方式
实施例1：淀粉分支酶添加量对麦芽糊精冻融稳定性的影响
(1)调浆：将淀粉调制为35％的淀粉乳，70℃下保温30min，加入以干基计12U/g淀粉的耐高温α-淀粉酶及0.2％氯化钙，搅拌均匀后调节pH为6.5。
(2)喷射液化：采用低压蒸汽喷射液化器进行喷射，第一次喷射的物料压力为0.35MPa，蒸汽压力为0.1MPa，温度为105℃，时间为8min，之后在90℃下保温液化40min，进行第二次喷射灭酶，物料压力为0.35MPa，蒸汽压力为0.3MPa，温度为140℃，时间为5min。
(3)淀粉分支酶作用：待(2)中液化液冷却至50℃以下后分别加入以干基计100、200、300、400、500U/g Rhodothermus obamensis来源的淀粉分支酶，调节pH为7.0，在65℃下反应6h，升温灭酶后得到反应液。
(4)过滤：反应液冷却后，经板框压滤机过滤，得到澄清溶液。
(5)脱色：调节溶液pH为4.5，加入1％的活性炭在85℃下搅拌脱色40min。
(6)离子交换：在45℃下，采用强酸性阳离子-弱碱性阴离子-强酸性阳离子交换树脂去除溶液中的金属盐及色素。
(7)浓缩：真空度为85KPa，温度为45℃，将溶液浓缩至浓度为50％。
(8)喷雾干燥：进风温度为170℃，出风温度为85℃，进料流速为18mL/min，在此条件下将(7)中所得浓缩液喷雾干燥成粉末，测定其DE值。
淀粉分支酶添加量对麦芽糊精冻融稳定性的影响如表1所示。引入Rhodothermusobamensis来源的淀粉分支酶后，在不改变麦芽糊精DE值的前提下，其冻融稳定性显著增强。当淀粉分支酶添加量增加至200U/g以上时，麦芽糊精冻融稳定性差别较小，且增加了生产成本。当引入G.thermoglucosidans来源的淀粉分支酶时，发现几乎无效果。
对照A代表缺少步骤(3)所生产得到的麦芽糊精；
对照B代表G.thermoglucosidans来源的淀粉分支酶替换步骤(3)中Rhodothermusobamensis来源的淀粉分支酶所生产得到的麦芽糊精；用量为200U/g；
对照C代表采用G.thermoglucosidans来源的淀粉分支酶替换步骤(3)中Rhodothermus obamensis来源的淀粉分支酶，并且在G.thermoglucosidans的最适反应条件下进行反应制备得到的麦芽糊精；最适反应条件具体是：淀粉分支酶加酶量为0.12U/g，反应温度为45℃，反应时间为4h，调节反应pH为6.5。
表1淀粉分支酶添加量对麦芽糊精冻融稳定性的影响
Figure BDA0001713348240000041
注：1FTC(冻融循环)：表示麦芽糊精的冻融稳定性，FTC1、3、5分别表示30％的麦芽糊精经1、3、5次冻融循环后的透明度。
透明度通过采用分光光度计于620nm下测定的透光率表示。
实施例2：淀粉分支酶作用时间对麦芽糊精冻融稳定性的影响
(1)调浆：将淀粉调制为35％的淀粉乳，70℃下保温30min，加入以干基计12U/g淀粉的耐高温α-淀粉酶及0.2％氯化钙，搅拌均匀后调节pH为6.5。
(2)喷射液化：采用低压蒸汽喷射液化器进行喷射，第一次喷射的物料压力为0.35MPa，蒸汽压力为0.1MPa，温度为105℃，时间为8min，之后在90℃下保温液化40min，进行第二次喷射灭酶，物料压力为0.35MPa，蒸汽压力为0.3MPa，温度为140℃，时间为5min。
(3)淀粉分支酶作用：待(2)中液化液冷却至50℃以下后加入以干基计200U/gRhodothermus obamensis来源的淀粉分支酶，调节pH为7.0，在65℃下分别反应2、4、6、8、10、12h，升温灭酶后得到反应液。
(4)过滤：反应液冷却后，经板框压滤机过滤，得到澄清溶液。
(5)脱色：调节溶液pH为4.5，加入1％的活性炭在85℃下搅拌脱色40min。
(6)离子交换：在45℃下，采用强酸性阳离子-弱碱性阴离子-强酸性阳离子交换树脂去除溶液中的金属盐及色素。
(7)浓缩：真空度为85KPa，温度为45℃，将溶液浓缩至浓度为50％。
(8)喷雾干燥：进风温度为170℃，出风温度为85℃，进料流速为18mL/min，在此条件下将(7)中所得浓缩液喷雾干燥成粉末，测定其DE值。
淀粉分支酶作用时间对麦芽糊精冻融稳定性的影响如表2所示。引入Rhodothermus obamensis来源的淀粉分支酶后，在不改变麦芽糊精DE值的前提下，其冻融稳定性显著增强。当淀粉分支酶作用时间增加至6h以上时，麦芽糊精冻融稳定性差别较小，且增加了生产成本。当引入G.thermoglucosidans来源的淀粉分支酶时，发现几乎无效果。
对照A代表缺少步骤(3)所生产得到的麦芽糊精；
对照B代表G.thermoglucosidans来源的淀粉分支酶替换步骤(3)中Rhodothermusobamensis来源的淀粉分支酶所生产得到的麦芽糊精；作用时间为6h；
对照C代表采用G.thermoglucosidans来源的淀粉分支酶替换步骤(3)中Rhodothermus obamensis来源的淀粉分支酶，并且在G.thermoglucosidans的最适反应条件下进行反应制备得到的麦芽糊精；最适反应条件具体是：淀粉分支酶加酶量为0.12U/g，反应温度为45℃，反应时间为4h，调节反应pH为6.5。
表2淀粉分支酶作用时间对麦芽糊精冻融稳定性的影响
Figure BDA0001713348240000061
注：1FTC(冻融循环)：表示麦芽糊精的冻融稳定性，FTC1、3、5分别表示30％的麦芽糊精经1、3、5次冻融循环后的透明度。
透明度通过采用分光光度计于620nm下测定的透光率表示。
实施例3：淀粉分支酶作用温度对麦芽糊精冻融稳定性的影响
(1)调浆：将淀粉调制为35％的淀粉乳，70℃下保温30min，加入以干基计12U/g淀粉的耐高温α-淀粉酶及0.2％氯化钙，搅拌均匀后调节pH为6.5。
(2)喷射液化：采用低压蒸汽喷射液化器进行喷射，第一次喷射的物料压力为0.35MPa，蒸汽压力为0.1MPa，温度为105℃，时间为8min，之后在90℃下保温液化40min，进行第二次喷射灭酶，物料压力为0.35MPa，蒸汽压力为0.3MPa，温度为140℃，时间为5min。
(3)淀粉分支酶作用：待(2)中液化液冷却至50℃以下后加入200U/gRhodothermus obamensis来源的淀粉分支酶，调节pH为7.0，分别在50、55、60、65、70℃下反应6h，升温灭酶后得到反应液。
(4)过滤：反应液冷却后，经板框压滤机过滤，得到澄清溶液。
(5)脱色：调节溶液pH为4.5，加入1％的活性炭在85℃下搅拌脱色40min。
(6)离子交换：在45℃下，采用强酸性阳离子-弱碱性阴离子-强酸性阳离子交换树脂去除溶液中的金属盐及色素。
(7)浓缩：真空度为85KPa，温度为45℃，将溶液浓缩至浓度为50％。
(8)喷雾干燥：进风温度为170℃，出风温度为85℃，进料流速为18mL/min，在此条件下将(7)中所得浓缩液喷雾干燥成粉末，测定其DE值。
淀粉分支酶作用温度对麦芽糊精冻融稳定性的影响如表3所示。引入Rhodothermus obamensis来源的淀粉分支酶后，在不改变麦芽糊精DE值的前提下，其冻融稳定性显著增强。当淀粉分支酶作用温度为65℃时，麦芽糊精冻融稳定性最好。当引入G.thermoglucosidans来源的淀粉分支酶时，发现几乎无效果。
对照A代表缺少步骤(3)所生产得到的麦芽糊精；
对照B代表G.thermoglucosidans来源的淀粉分支酶替换步骤(3)中Rhodothermusobamensis来源的淀粉分支酶所生产得到的麦芽糊精；作用温度为65℃；
对照C代表采用G.thermoglucosidans来源的淀粉分支酶替换步骤(3)中Rhodothermus obamensis来源的淀粉分支酶，并且在G.thermoglucosidans的最适反应条件下进行反应制备得到的麦芽糊精；最适反应条件具体是：淀粉分支酶加酶量为0.12U/g，反应温度为45℃，反应时间为4h，调节反应pH为6.5。
表3淀粉分支酶作用温度对麦芽糊精冻融稳定性的影响
Figure BDA0001713348240000071
注：1FTC(冻融循环)：表示麦芽糊精的冻融稳定性，FTC1、3、5分别表示30％的麦芽糊精经1、3、5次冻融循环后的透明度。
透明度通过采用分光光度计于620nm下测定的透光率表示。
实施例4：淀粉分支酶作用pH对麦芽糊精冻融稳定性的影响
(1)调浆：将淀粉调制为35％的淀粉乳，70℃下保温30min，加入以干基计12U/g淀粉的耐高温α-淀粉酶及0.2％氯化钙，搅拌均匀后调节pH为6.5。
(2)喷射液化：采用低压蒸汽喷射液化器进行喷射，第一次喷射的物料压力为0.35MPa，蒸汽压力为0.1MPa，温度为105℃，时间为8min，之后在90℃下保温液化40min，进行第二次喷射灭酶，物料压力为0.35MPa，蒸汽压力为0.3MPa，温度为140℃，时间为5min。
(3)淀粉分支酶作用：待(2)中液化液冷却至50℃以下后加入200U/gRhodothermus obamensis来源的淀粉分支酶，分别调节pH为6.0、6.5、7.0、7.5，在65℃下反应6h，升温灭酶后得到反应液。
(4)过滤：反应液冷却后，经板框压滤机过滤，得到澄清溶液。
(5)脱色：调节溶液pH为4.5，加入1％的活性炭在85℃下搅拌脱色40min。
(6)离子交换：在45℃下，采用强酸性阳离子-弱碱性阴离子-强酸性阳离子交换树脂去除溶液中的金属盐及色素。
(7)浓缩：真空度为85KPa，温度为45℃，将溶液浓缩至浓度为50％。
(8)喷雾干燥：进风温度为170℃，出风温度为85℃，进料流速为18mL/min，在此条件下将(7)中所得浓缩液喷雾干燥成粉末，测定其DE值。
淀粉分支酶作用pH对麦芽糊精冻融稳定性的影响如表4所示。引入Rhodothermusobamensis来源的淀粉分支酶后，在不改变麦芽糊精DE值的前提下，其冻融稳定性显著增强。当淀粉分支酶作用pH为7.0时，麦芽糊精冻融稳定性最好。当引入G.thermoglucosidans来源的淀粉分支酶时，发现几乎无效果。
对照A代表缺少步骤(3)所生产得到的麦芽糊精；
对照B代表G.thermoglucosidans来源的淀粉分支酶替换步骤(3)中Rhodothermusobamensis来源的淀粉分支酶所生产得到的麦芽糊精；作用pH为7.0；
对照C代表采用G.thermoglucosidans来源的淀粉分支酶替换步骤(3)中Rhodothermus obamensis来源的淀粉分支酶，并且在G.thermoglucosidans的最适反应条件下进行反应制备得到的麦芽糊精；最适反应条件具体是：淀粉分支酶加酶量为0.12U/g，反应温度为45℃，反应时间为4h，调节反应pH为6.5。
表4淀粉分支酶作用pH对麦芽糊精冻融稳定性的影响
Figure BDA0001713348240000081
注：1FTC(冻融循环)：表示麦芽糊精的冻融稳定性，FTC1、3、5分别表示30％的麦芽糊精经1、3、5次冻融循环后的透明度。
透明度通过采用分光光度计于620nm下测定的透光率表示。
实施例5：淀粉分支酶对不同DE值麦芽糊精冻融稳定性的影响
(1)调浆：将淀粉调制为35％的淀粉乳，70℃下保温30min，加入以干基计12U/g淀粉的耐高温α-淀粉酶及0.2％氯化钙，搅拌均匀后调节pH为6.5。
(2)喷射液化：采用低压蒸汽喷射液化器进行喷射，第一次喷射的物料压力为0.35MPa，蒸汽压力为0.1MPa，温度为105℃，时间为8min，之后分别在90℃下保温液化15、40、60min，进行第二次喷射灭酶，物料压力为0.35MPa，蒸汽压力为0.3MPa，温度为140℃，时间为5min。
(3)淀粉分支酶作用：待(2)中液化液冷却至50℃以下后加入200U/gRhodothermus obamensis来源的淀粉分支酶，调节pH为7.0，在65℃下反应6h，升温灭酶后得到反应液。
(4)过滤：反应液冷却后，经板框压滤机过滤，得到澄清溶液。
(5)脱色：调节溶液pH为4.5，加入1％的活性炭在85℃下搅拌脱色40min。
(6)离子交换：在45℃下，采用强酸性阳离子-弱碱性阴离子-强酸性阳离子交换树脂去除溶液中的金属盐及色素。
(7)浓缩：真空度为85KPa，温度为45℃，将溶液浓缩至浓度为50％。
(8)喷雾干燥：进风温度为170℃，出风温度为85℃，进料流速为18mL/min，在此条件下将(7)中所得浓缩液喷雾干燥成粉末，测定其DE值。
淀粉分支酶对不同DE值麦芽糊精冻融稳定性的影响如表5所示。对于任意DE值的麦芽糊精，引入Rhodothermus obamensis来源的淀粉分支酶均可显著增强其冻融稳定性，而当引入G.thermoglucosidans来源的淀粉分支酶时，发现几乎均无效果。
对照A代表缺少步骤(3)所生产得到的麦芽糊精；
对照B代表G.thermoglucosidans来源的淀粉分支酶替换步骤(3)中Rhodothermusobamensis来源的淀粉分支酶所生产得到的麦芽糊精；
对照C代表采用G.thermoglucosidans来源的淀粉分支酶替换步骤(3)中Rhodothermus obamensis来源的淀粉分支酶，并且在G.thermoglucosidans的最适反应条件下进行反应制备得到的麦芽糊精；最适反应条件具体是：淀粉分支酶加酶量为0.12U/g，反应温度为45℃，反应时间为4h，调节反应pH为6.5；
对照1、2、3分别代表步骤(2)中保温液化时间为15、40、60min时所生产得到的DE值为5、10、15的麦芽糊精。
表5淀粉分支酶对不同DE值麦芽糊精冻融稳定性的影响
Figure BDA0001713348240000101
注：1FTC(冻融循环)：表示麦芽糊精的冻融稳定性，FTC1、3、5分别表示30％的麦芽糊精经1、3、5次冻融循环后的透明度。
透明度通过采用分光光度计于620nm下测定的透光率表示。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (5)

1.一种提高麦芽糊精冻融稳定性的方法，其特征在于，所述方法包括在麦芽糊精制备过程中添加Rhodothermus obamensis来源的淀粉分支酶进行处理；
所述麦芽糊精制备，依次包括调浆、喷射液化、淀粉分支酶作用、过滤、脱色、离子交换、浓缩步骤；
所述麦芽糊精制备具体为：
（1）调浆：将淀粉调制为一定浓度的淀粉乳，加热保温一段时间，加入耐高温α-淀粉酶及氯化钙，搅拌均匀后调节pH；
（2）喷射液化；
（3）淀粉分支酶作用：待（2）中液化液冷却到50℃以下后加入淀粉分支酶后调节pH为7，于65℃下反应6-12 h；升温灭酶后得到反应液；所述淀粉分支酶的添加量为以干基计200-400 U/g淀粉；
（4）过滤：反应液冷却后，经过滤，得到澄清溶液；
（5）脱色：调节溶液pH，加入活性炭于一定温度下搅拌脱色一段时间；
（6）离子交换：采用离子交换树脂，去除溶液中的金属盐及色素；
（7）浓缩：在一定真空度、温度下浓缩溶液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述麦芽糊精制备还包括喷雾干燥步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法生产的麦芽糊精DE值为2-20。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述（5）中溶液pH调节为4.0-5.0，活性炭的添加量为1%，80-90℃下保温15-30 min进行脱色。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述（7）中真空度为80-90 KPa，温度为40-50℃，溶液浓缩至浓度为40-50%。
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