大米饴糖生产工艺的优化研究

刘军,李丽,刘利

(四川理工学院 生物工程学院，四川 自贡 643000)

饴糖，又名麦芽糖饴或麦芽糖浆，是历史最为悠久的淀粉糖品，主要成分是麦芽糖和糊精，呈粘稠状微透明液体，淡黄色或棕黄色，清香浓郁，调味柔和，既可直接食用，又是饮食、糖果、糕点食品、医药化工级铸造等工业的原料[1-3]。

传统的饴糖生产工艺多是以家庭作坊式的手工生产，该方法工艺流程比较简单，劳动强度大，生产周期长，出糖率低，不易实现大生产[4]。目前工业上一般用酶法连续化生产饴糖，将大米磨浆时，通过调节pH，加入α-淀粉酶和糖化酶进行液化和糖化，将糊精和低聚糖分解成短链糊精、麦芽糖、葡萄糖等。再经煮沸灭酶后，进行过滤、真空浓缩得到固形物含量为75%～85%的饴糖[5]。本研究在酶法的基础上进行工艺条件的优化，希望在低成本的情况下生产出高质量的饴糖；同时控制其干燥工艺条件，使得生产出的饴糖外观色泽更好。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

大米：市售；α-耐高温淀粉酶、糖化酶、氯化钙、三乙醇胺盐酸盐、醋酸钠、己糖激酶、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶、3,5-二硝基水杨酸、碘、碘化钾、酒石酸钾钠、苯酚、碳酸氢钠、α-葡糖苷酶、盐酸、无水乙醇：成都科龙化工试剂公司。

Cintra4040紫外可见分光光度计 GBC科学仪器公司；CP114电子天平 奥豪斯仪器(上海)有限公司；B-220恒温水浴锅 上海亚莱生化仪器厂；SHZ-D真空泵 上海舜宇恒平科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 实验试剂的配制

1.2.1.1 0.1 mol/L碘试剂的配制

取13 g碘及35 g碘化钾于少量蒸馏水中，待全部溶解后，用蒸馏水稀释至100 mL，混匀，此溶液保存于具有磨口塞的棕色瓶中。

1.2.1.2 DNS试剂的配制

酒石酸钾钠18.2 g，溶于50 mL蒸馏水中，加热，于热水溶液中依次加入3,5-二硝基水杨酸0.63 g、氢氧化钠 2.1 g、苯酚0.5 g、亚硫酸氢钠0.5 g，搅拌至溶解，冷却后用蒸馏水定容至100 mL, 贮于棕色瓶中，室温保存。

1.2.1.3 测定葡萄糖曲线标准试剂的配制

准确称取干燥恒重的葡萄糖100 mg，加入少量蒸馏水溶解后，以蒸馏水定容至100 mL，即含葡萄糖为1 mg/mL。

1.2.1.4 醋酸缓冲液(0.1 g/L，pH 6.6)

称取三水醋酸钠0.68 g溶解于40 mL蒸馏水中，用醋酸调pH至6.6，再用蒸馏水定容至50 mL。

1.2.1.5 α-葡糖苷酶液

用67 mmol/L磷酸钾缓冲液配制0.04 mg/mL的α-葡糖苷酶溶液。

1.2.1.6 三乙醇胺缓冲液

称取三乙醇胺盐酸盐14.0 g与七水硫酸镁 0.25 g溶解于80 mL蒸馏水中，用NaOH约5 mL(5 g/L)调pH至7.6,再用重蒸馏水定容至100 mL。

1.2.1.7 还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸液

称取NADP-Na260 mg溶解于6mL重蒸馏水中，配成浓度为12.5 mg/L的溶液。

1.2.1.8 三磷酸腺苷液

称取ATP-Na2H2300 mg与碳酸氢钠300 mg溶解于6 mL重蒸馏水中，配成浓度为51 mg/L的溶液。

1.2.1.9 己糖激酶液

称取己糖激酶1 mg溶于5 mL蒸馏水中。

1.2.1.10 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶液

称取葡萄糖-6-磷酸脱氢酶1 mg溶于10 mL蒸馏水中。

1.2.2 葡萄糖标准曲线的测定

葡萄糖标准曲线：采用DNS法；从标准曲线查出葡萄糖mg/mL数，求出样品中还原糖含量，并且算出DE值。

还原糖含量= [H·N·(V1/ V2)]/M。

式中：H为还原糖质量(mg)；N为样品稀释倍数；V1为提取液总体积(mL)；V2为测定时用的体积(mL)；M为样品质量(g)。

DE=Y/G。

式中：Y为还原糖含量；G为干物质的量(g干物质/100 mL糖液)。

1.2.3 样品中葡萄糖和麦芽糖含量测定

酶法测定样品中葡萄糖含量；酶法测定样品中麦芽糖含量[6]。

1.2.4 样品波美度的测定

将样品冷却到室温，倒入50 mL的量筒中，将干净的波美计放入样品溶液中使得波美计悬浮，并记录数据。

1.2.5 样品粘度的测定

采用旋转粘度计测定[7]。

1.2.6 耐高温α-淀粉酶用量对饴糖质量的影响

准确称取100 g大米4份，分别装入500 mL烧杯中，加水比为1∶3，编号为1，2，3，4，调节pH至6.5～7.5，分别添加α-淀粉酶0.3，0.5，0.8，1.0 g，液化15 min。液化完成后迅速过滤，取滤液稀释测定葡萄糖、麦芽糖、粘度、DE值、波美度。

1.2.7 耐高温α-淀粉酶作用时间对饴糖质量的影响

称取100 g大米4份，分别装入500 mL烧杯中，加水比为1∶3，编号为1，2，3，4，调节pH至6.5～7.5，分别加入1.2.6所确定的最适淀粉酶用量。分别液化8，12，20，24 min，之后的操作同1.2.6。

1.2.8 糖化酶用量对饴糖质量的影响

称取100 g大米4份，分别装入500 mL烧杯中，加水比为1∶3，编号为1，2，3，4。分别加入1.2.6所确定的最适淀粉酶用量。液化完成后迅速冷却到58～62 ℃，同时调节pH至4～4.5。分别加入糖化酶34 ，40，45，50 μL糖化3 h。糖化后过滤，之后的操作同1.2.6。

1.2.9 糖化酶作用时间对饴糖质量的影响

称取100 g大米4份，分别装入500 mL烧杯中，加水比为1∶3，编号为1，2，3，4，调节pH至6.5～7.5，加入1.2.6所确定的最适淀粉酶用量。液化完成后迅速冷却到58～62 ℃，同时调节pH至4～4.5。加入糖化酶50 μL，分别反应2，3，4，5 h。糖化后过滤，之后的操作同1.2.6。

1.2.10 不同的大米和水的比例对饴糖质量的影响

称取100 g大米4份，分别装入500 mL烧杯中，编号为1，2，3，4。按加水比为1∶2，1∶2.5，1∶3，1∶3.5进行糊化，加入1.2.6所确定的最适淀粉酶用量，液化12 min。液化完成后迅速冷却到58～62 ℃，同时调节pH至4～4.5。分别加入50 μL糖化酶液糖化2 h。糖化后过滤，之后的操作同1.2.6。

1.2.11 真空干燥时间对饴糖质量的影响

称取100 g大米4份，分别装入500 mL烧杯中，编号为1，2，3，4组。以1.2.10所确定的最适加水比进行糊化，糊化后加入1.2.6所确定的最适淀粉酶用量，液化12 min。液化完成后迅速冷却到58～62 ℃，同时调节pH至4～4.5。分别加入糖化酶50 μL糖化2 h。糖化后过滤，取滤液进行真空干燥，分别干燥3，4，5，6 h。干燥好后取适当质量的饴糖进行稀释，之后的操作同1.2.6。

1.2.12 正交实验设计

通过液化酶用量、糖化酶用量等单因素实验，选定正交实验的因素和水平，见表1。正交实验采用 L8(32)设计，实验结果见表2。

表1 正交实验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

表2 正交实验组合表Table 2 Orthogonal experimental combination

根据实验组合，按1∶3加水比进行实验，液化酶和糖化酶用量见表2，作用时间分别是12 min和2 h。糖化后过滤，取滤液稀释测定葡萄糖、麦芽糖、粘度、DE值、波美度。

1.3 数据处理

采用Excel、Origin 9.1等软件对单因素结果进行分析、作图，单因素平行实验进行3组，正交实验采用平均值及标准差表示[8，9]。

2 结果与分析

2.1 葡萄糖标准曲线的绘制

分别取1 mg/mL葡萄糖标准液0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mL于15 mL试管中，准确加入DNS试剂2 mL，在540 nm波长下测定吸光度，得到标准曲线，见图1。

图1 葡萄糖标准曲线Fig.1 Glucose standard curve

2.2 耐高温α-淀粉酶用量对饴糖质量的影响

耐高温α-淀粉酶用量对饴糖成分中麦芽糖、葡萄糖、DE值、粘度和波美度的影响实验结果见图2和图 3。

图2 液化酶用量对麦芽糖、葡萄糖的影响Fig.2 Effect of liquifying enzyme dosage on maltose and glucose

图3 液化酶用量实验数据分析Fig.3 Analysis of experimental data of liquifying enzyme dosage

由图2和图3可知，酶用量在0.2～1.1 g范围内，饴糖中麦芽糖的含量随耐高温α-淀粉酶用量增加而减少，葡萄糖含量随耐高温α-淀粉酶用量增加而减少，DE值随耐高温α-淀粉酶用量增加而呈上升趋势,且在17～28的范围内。波美度在9～10 °Be′范围内小幅度变化，当耐高温α-淀粉酶用量为0.2 g时，液化液中麦芽糖含量最高为15.4 g/L，葡萄糖含量最低为2.6 g/L。

2.3 耐高温α-淀粉酶作用时间对饴糖质量的影响

耐高温α-淀粉酶作用时间对饴糖质量影响的实验结果见图4和图5。

图4 液化酶作用时间实验数据分析Fig.4 Analysis of action time of liquifying enzyme

图5 液化酶作用时间实验数据分析Fig.5 Analysis of action time of liquifying enzyme

由图 4和图5可知，在8～12 min时，葡萄糖含量、麦芽糖含量都随耐高温α-淀粉酶作用时间延长而增大。在12～24 min时，α-淀粉酶作用时间增长，麦芽糖含量减少，而葡萄糖含量增加，DE值随耐高温α-淀粉酶作用时间延长而增大。波美度基本没有变化。耐高温α-淀粉酶作用时间在 12 min时麦芽糖达到最大值15.6 g/L。

2.4 糖化酶用量对饴糖质量的影响

糖化酶用量对饴糖质量的影响的实验结果见图6和图7。

图6 糖化酶用量实验数据分析Fig.6 Analysis of experimental data of saccharifying enzyme

图7 糖化酶用量实验数据分析Fig.7 Analysis of experimental data of saccharifying enzyme

由图 6和图7可知，糖化酶添加量为34～45 μL时，麦芽糖的含量随糖化酶添加量的增加而增大，当糖化酶添加量50 μL时，麦芽糖含量增大，葡萄糖随着糖化酶的添加量增加而增大，DE值也随糖化酶量的添加而增大，波美度几乎没有变化。

在添加量为34，40 μL时因为糖化酶的添加量不够，所以麦芽糖和葡萄糖的含量都不多。当酶量增加以后麦芽糖和葡萄糖的含量增加，随着麦芽糖和葡萄糖量的增加，DE值也增加，粘度也增大。

2.5 糖化酶作用时间对饴糖质量的影响

糖化酶作用时间对饴糖质量的影响的实验结果见图8和图9。

图8 糖化酶作用时间实验数据分析Fig.8 Analysis of action time of saccharifying enzyme

图9 糖化酶作用时间实验数据分析Fig.9 Analysis of action time of saccharifying enzyme

由图8和图9可知，糖化酶作用时间越长，麦芽糖含量越低，但是饴糖中葡萄糖含量越高。DE值和葡萄糖呈同样的趋势变化。粘度、波美度几乎没有变化。

2.6 不同的料水比对饴糖质量的影响

不同的大米和水的比例对饴糖质量的影响实验结果见图10和图11。

图10 大米和水比例的实验数据分析Fig.10 Analysis of experimental data for the ratio of rice and water

图11 大米和水比例的实验数据分析Fig.11 Analysis of experimental data for the ratio of rice and water

由图10和图11可知，麦芽糖的含量随大米与水的比例增大而增大，葡萄糖的含量随大米与水的比例增大而减小，DE值也随大米与水的比例在减小。波美度随大米与水的比例增加而减小。加水比会影响淀粉的糊化阶段，在糊化阶段淀粉加热吸水膨胀，增加淀粉链和液化酶反应的机会，在相同液化时间内淀粉水解所得麦芽糖越多，所得的淀粉糊精就相对比较少，糖化酶作用时所产生的葡萄糖就会比较少。

2.7 真空浓缩时间对饴糖质量的影响

真空浓缩时间对饴糖质量的影响实验结果见图12和图13。

图12 真空浓缩时间的实验数据分析Fig.12 Experimental data analysis of vacuum concentration time

图13 真空浓缩时间的实验数据分析Fig.13 Experimental data analysis of vacuum concentration time

由图12和图13可知，真空干燥时间越长，饴糖中麦芽糖含量越高，葡萄糖的含量也越高，干燥时间越长糖液的粘度越大。但是干燥时间过长也会影响饴糖的色泽，干燥6 h 的饴糖与干燥时间短的饴糖相比较色泽较暗。这是由于糖液长时间置于高温度下蒸发,易受热破坏其分子结构、分解和焦化。

2.8 正交实验的数据分析

通过液化酶用量、糖化酶用量、大米与水的比例等单因素实验，选定正交实验的因素和水平，采用L8(32)正交设计，实验结果见表3。

表3 正交实验结果表Table 3 Orthogonal experimental results table

续 表

通过对表3正交实验数据的处理可以分析得出制备饴糖生产工艺条件的最优组合。即在制备饴糖时，饴糖中麦芽糖含量的影响因素，液化酶用量>糖化酶用量。制备饴糖的最适工艺条件：α-耐高温液化酶用量为0.2 g，作用时间为12 min；糖化酶用量为50 μL，作用时间为2 h ；大米与水的比例为1∶3。

3 结论

在使用大米制作饴糖时，在液化阶段，耐高温α-淀粉酶用量为0.2 g，作用时间为12 min时麦芽糖含量最高。且波美度和DE值有利于后面的糖化、过滤等操作。

在糖化阶段糖化酶用量为50 μL,作用时间为2 h时，糖化结束时淀粉溶液的麦芽糖含量最高。

以大米∶水为1∶3，以上述的工艺条件制备饴糖时，所得淀粉浆中麦芽糖含量比较高，也利于控制波美度和DE值。由正交实验结果分析出制备饴糖时麦芽糖含量最高的工艺条件是：α-耐高温液化酶用量为0.2 g，作用时间为12 min；糖化酶用量为50 μL，作用时间为2 h；大米与水的比例为1∶3。

对饴糖进行真空干燥的时间对饴糖的麦芽糖含量和葡萄糖含量都有影响，真空干燥6 h所得饴糖中麦芽糖含量较高，并且对饴糖的外观色泽也有影响。

参考文献：

[1]黄仲华.日本饴糖生产现状[J].中国调味品，1983(4)：3-4.

[2]沈祖耀.饴糖和白饴糖的调味营养与保健功能(1)[J].江苏调味副食品，1997(4)：18-21.

[3]扶雄，罗发兴，杨连生.利用木薯酶法生产饴糖[J].食品与发酵工业，2001,27(1)：78-80.

[4]沈锡伟.麦芽糖浆的生产和应用[J].食品与发酵工业，1988(2)：81-87.

[5]倪晓燕.饴糖酶法生产[J].安徽科技，2000(5)：29.

[6]张才锦.酶法分析饴糖内麦芽糖与葡萄糖的含量[J].上海调味品，1987(1)：17-19.

[7]张力田.淀粉糖[M].北京:中国轻工业出版社,1998：83- 87.

[8]GB/T 22235-2008，液体粘度的测定[S].

[9]李云雁，胡传荣.试验设计与数据处理(第2版)[M].北京：化学工业出版社，2008.