高速均质剪切对淀粉糖液化液糖分组成和分子量分布的影响*

郭 峰 徐正康 罗建勇 周彦斌 陈文锋 叶晓蕾 李海燕 陈志颖

（广州双桥股份有限公司，广东广州 510280）

淀粉液化液是淀粉不完全水解产物，通常DE（还原糖占糖浆干物质的百分比）值小于20，葡萄糖含量很低，可用于制备麦芽糊精，亦可继续糖化制取其他淀粉糖。液化液的功能性质与DE 值、糖分组成、分子量分布等密切相关，即使同一DE 值的液化液，由于生产工艺、原料的不同，其在糖分组成和分子量分布方面存在一定的差异，导致液化液进一步糖化制得的糖浆产品具有不同的特性，对此，仅仅通过DE 值不能全面反映产品的质量水平。目前，淀粉糖浆的生产通常采用高温喷射液化工艺，存在高温液化酶作用迅速、产品分子量分布广、稳定性不易控制等缺点。本文在耐高温α- 淀粉酶和高温喷射液化基础上，再通过高剪切均质机的黏性切应力、湍流应力与酶解作用协同完成二次液化，将长链糊精分裂、破碎、分散，实现对淀粉液化产物糊精组成分布的控制。采用高效液相色谱与凝胶过滤色谱相结合的分析手段，研究生物酶解协同高速均质剪切对淀粉糖液化液糖分组成和分子量分布的影响，在此基础上进一步研究这种不同对糖化过程的影响，为淀粉糖的生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

食用玉米淀粉：吉林中粮生化能源销售有限公司。

1.2 试剂

二甲亚砜、氯化钠、苯酚、浓硫酸，市售。

1.3 主要仪器设备

FM30-D 实验室间歇式高剪切分散乳化机，上海弗鲁克科技发展有限公司；515 高效液相色谱仪、2414 折光示差检测器，Waters 公司；HL-2 恒流泵、SBS-160 型自动部分收集器，上海沪西分析仪器厂；GZX-9246 MBE 型数显鼓风干燥箱，上海博迅实业有限公司医疗设备厂；Lambda 紫外- 可见分光光度计，美国珀金埃尔默股份有限公司PERKINELMER；ML204 型电子分析天平，梅特勒- 托利多仪器有限公司；simplicity UV 型超纯水系统，美国密理博有限公司；台式离心机LD4-2A，上海久滨仪器有限公司。试验用器皿均用15%硝酸浸泡24 h，超纯水冲净晾干后备用。

1.4 试验方法

1.4.1 液化液制备

将玉米淀粉加水配制成18°Bé 的淀粉乳，调节pH 值至5.8，加入α- 淀粉酶（占玉米淀粉质量的0.03%）进行连续喷射液化，出口温度为106 ℃～108 ℃，维持5 min，闪蒸降温后补加α- 淀粉酶（占玉米淀粉质量的0.02%），维持100 ℃至DE 值9～10，得到液化液。

1.4.2 高速均质剪切对液化液的影响

1.4.2.1 高速均质剪切速率对液化液的影响

取制备好的淀粉液化液5 份，每份2 L，第1份加4%HCl 灭酶，计作样品1；3 份样品经高速剪切分散乳化机进行剪切分散，其中，第2 份样品剪切转速6 000 r/min，剪切8 min，加4% HCl 灭酶，计作样品2；第3 份样品剪切转速8 000 r/min，剪切8 min，加4%HCl 灭酶，计作样品3；第4 份样品剪切转速10 000 r/min，剪切8 min，加4% HCl灭酶，计作样品4；第5 份样品不剪切，静置8 min后加4%HCl 灭酶，计作样品5。

1.4.2.2 高速均质剪切时间对液化液的影响

取制备好的淀粉液化液5 份，每份2 L，第1份加4% HCl 灭酶，计作样品6；其余4 份经高速剪切分散乳化机进行剪切分散，剪切转速均为6 000 r/min，第2 份样品剪切6 min，加4% HCl灭酶，计作样品7；第3 份样品剪切8 min，加4%HCl 灭酶，计作样品8；第4 份样品剪切10 min，加4%HCl 灭酶，计作样品9；第5 份样品剪切12 min，加4%HCl 灭酶，计作样品10。

1.4.3 凝胶过滤色谱

1.4.3.1 样品制备

50 mg 样品溶于1 mL 二甲亚砜，完全溶解后蒸馏水定容至50 mL，2 000 r/min 离心10 min，取上清液。

1.4.3.2 色谱条件

SephadexG-25、Sephadex G-150（1.6×60 cm）；上样量：1 mL；洗脱液：0.05 mol/L 氯化钠；洗脱速度：14.4 mL/h；收集时间：20 min/管。

1.4.3.3 检测

苯酚- 硫酸法测总糖：1 mL 样品与1 mL5%苯酚液混合，加入5 mL 浓硫酸，冷却至室温后于490 nm 比色。

1.4.4 高效液相色谱

1.4.4.1 样品制备

1.5g 样品溶于100 mL 纯水中，完全溶解摇匀后经孔径0.45 μm 尼龙微孔膜过滤，取滤液进样。

1.4.4.2 色谱条件

色谱柱：Bio-Rad Aminex HPX-42A，7.8×300 mm；流动相：纯水；柱温：85 ℃；流速：0.6 mL/min；进样体积：20 μL。

1.4.5 高速均质剪切对糖化液的影响

取制备好的淀粉液化液3 份，每份2 L，第1 份加4%HCl 灭酶，计作样品11；其余2 份样品经高速剪切分散乳化机进行剪切分散，其中，第2 份样品剪切转速6 000 r/min，剪切10 min，加4%HCl 灭酶，计作样品12；第3 份样品剪切转速8 000 r/min，剪切10 min，加4%HCl 灭酶，计作样品13。将上述3 份液化液的温度调节至60 ℃±0.2 ℃、pH 调节至5.2，加入玉米淀粉质量0.08%的β- 淀粉酶和玉米淀粉质量0.04%的普鲁兰酶，保温20 h，升温至84 ℃±2 ℃，保温1 h 后，测定糖化液的糖分组成。

2 结果与讨论

2.1 高速均质剪切对液化液的影响

2.1.1 高速均质剪切速率对液化液的影响

剪功速率对液化液样品糖分组成的影响见表1。由表1 可知，样品2 至样品4，较样品1 而言，G1～G8含量都随剪切速率的增大而增大，G9、G10及以上含量，随剪切速率的增大而减小，表明高速均质剪切对淀粉糖液化液组分有明显作用，可以进一步使多糖降解；样品5 的G2、G4、G9、G10及以上含量较样品1 大，其余各组分均相同或略小，这是由于在静置过程中，液化液中某些糖组分发生降解和聚合反应所致。

剪切速率对液化液样品分子量、聚合度的影响结果见表2。

表1 剪切速率对液化液样品糖分组成的影响

表2 剪切速率对液化液样品分子量、聚合度的影响

由表2 可知，样品2 至样品4，较样品1 而言，液化液分子量Mn、Mw、聚合度D 都随剪切速率的增大而减小，表明随着高速均质剪切速率的增大，液化液分子量分布更加均匀。

2.1.2 高速均质剪切时间对液化液的影响

剪切时间对液化液样品糖分组成的影响见表3。由表3 可知，样品7 至样品10，与对照样品6 相比，G1～G8含量都随剪切时间的延长而增大，G10及以上含量，随剪切时间的延长而减小；样品7 至样品10，G9含量随剪切时间的延长而降低。剪切时间对液化液样品分子量、聚合度的影响见表4。由表4 可知，样品7 至样品10，较样品6 而言，液化液分子量Mn、Mw、聚合度D 都随剪切时间的延长而减小，表明随着高速均质剪切时间的延长，液化液分子量分布更加均匀。由表3、表4 的数据可知，剪切时间达到10 min 后，高速均质剪切对液化液糖分组成的影响趋于平缓。

表3 剪切时间对液化液样品糖分组成的影响

表4 剪切时间对液化液样品分子量、聚合度的影响

2.2 高速均质剪切对糖化液的影响

本文选用糖化后糖组分作为考察对象，采用高效液相色谱分析其糖分组成，进一步研究了高速均质剪切对淀粉糖质量的影响，结果见表5。

表5 样品糖化液糖分组成测定结果

由表5 可知，经过高速均质剪切的液化液样品12、样品13，与对照样11 比较，糖化液中单糖、二糖、三糖、四糖都有所增加，五糖及以上含量小于对照样，这充分说明液化液的分子量分布均匀、分子大小差别小更有利于糖化的进行。

3 结 论

试验结果表明，高速均质剪切对淀粉糖液化液糖分组成、分子量分布及淀粉糖质量均有一定的影响，这对于指导具有特定功能性质的淀粉糖品的生产和应用有着积极的作用，可以通过高速均质剪切改善淀粉液化效果，为糖化提供比传统工艺更适合的底物，底物分子数量增多，尾端基增多，使糖化、转苷反应效率得以提高。