高纯麦芽糖生产工艺的发展与展望

骆杨庆 吴志明 段蕊 张俊杰 李升福

摘 要：高纯麦芽糖生产经历了传统生产法、酸酶生产法、双酶生产法、多酶协同法等几个阶段。该文分析了前3种高纯麦芽糖生产工艺的优缺点，并以高纯麦芽糖中的麦芽糖含量为指标，结合当今先进的生产技术，对多酶协同法工艺流程及要点进行了探讨，以期为高纯麦芽糖的生产提供参考。

关键词：高纯麦芽糖;工艺要点;多酶协同

中图分类号 TS245.5文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）13-0143-03

Abstract： High maltose production has gone through several stages，including traditional production method，acid enzyme production method，double enzyme production method and multi-enzyme collaboration method.The paper analyzed the advantage and disadvantage of the first three maltose production process.Talking the maltose content of high purity maltose as the index.The paper discussed the process flow and the key points of the multi-enzyme collaboration method combined with the advanced production technology. The paper can provide certain reference value for the production of high purity maltose.

Key words： High purity maltose; process; multi-enzyme collaboration

1 前言

高純麦芽糖是具有发展前景的低热值、低甜度糖类[1]，其具有甜味适口、温和、营养价值高、耐高温、抗结晶等显著特点。麦芽糖的吸湿性低，当高纯麦芽糖吸收6%～12%水分后，就不再吸水也不释放水分，这种吸湿稳定性有助于抑制食品脱水和防止淀粉食品老化，可延长商品的货架期[2]。由于高纯麦芽糖具有以上优良的性能，在食品、医药、化妆品行业中得到了广泛的应用[3-5]。将麦芽糖用于冷饮制品中，可以改善冰激凌的组织结构，使产品口味更加细腻;用于婴幼儿、老年人食品及运动员饮料中，使其具有特殊的保健、疗效功能[6]。

随着科学技术的不断发展及人们对麦芽糖品质的要求越来越高，高纯液体麦芽糖已成为制糖行业研究的方向，同时也是进入国际市场，参与国际竞争的保证[7-8]。

2 高纯麦芽糖生产工艺发展阶段

2.1 传统生产阶段 传统生产方法可以追溯到公元100年的东汉时期，许慎在《说文》中记载：“饴，米蘖煎也”，即：发了芽的麦子可以使煮过的米糖化成饴糖[9]。该方法的过程为：（1）培育麦芽：将小麦或大麦清洗干净，放入木桶或陶缸内，加水浸泡，每天用不超过30℃的温水喷2～3次，5～7d出芽后，将麦芽从麦粒上切下，捣碎备用。（2）蒸煮大米：将大米浸泡5h，蒸煮2～3h，冷却至55～60℃后，加入捣碎的麦芽，充分混合均匀。（3）酶解：将混合麦芽的大米置于缸内，密封，保持55～60℃，发酵6～8h。（4）过滤：将酵解好的麦芽糖用布袋过滤，再经过熬制后得到麦芽糖。传统的生产方式解决了当时麦芽糖生产工艺的空白，但其存在明显的缺点，即麦芽糖含量低，只有30%～40%;得率低;生产为间歇式且酶解条件比较粗糙;麦芽糖的纯度低。

2.2 酸酶生产阶段 1904年，Ost将麦芽用草酸水解制备葡萄糖时，同时得到了麦芽糖[10]。1914年，Duryea对酸酶法生产工艺进行了改良，用酸处理淀粉得到可溶性淀粉，再用麦芽抽提物在59℃下进行糖化，得到了流动性好的糖化液，这就是酸酶法生产阶段的雏形[11]。酸酶法生产工艺为：（1）液化：将淀粉与水混合后形成淀粉乳，加入盐酸，调节pH值2左右，加热至145℃保温，经过闪蒸降温，并加入液碱，将pH值调节至糖化的pH值，（2）糖化：加入β-淀粉酶糖化，得到纯度较高的麦芽糖。

酸酶法生产工艺的优点为：产品的麦芽糖含量比传统法含量高，酶解产物纯度较高，易于实现规模化生产;其缺点为：工艺中加入了大量盐酸，后期需要加入大量液碱中和，增加后期糖液离子交换的负荷;在较低的pH条件下酸解，糖液的颜色较深、杂糖较多，增加了后期的净化、提纯的成本。

2.3 双酶法生产阶段 19世纪60年代，随着酶制剂工业的发展，麦芽糖的生产方法也发生了根本性变化，摒弃了酸解法，采用酶法水解淀粉，继而酶解得到麦芽糖产物。工艺为：（1）淀粉酶解，以淀粉为原料，加入真菌α-淀粉酶后进行液化、糊化，淀粉的大分子被真菌α-淀粉酶分解为低聚糖和糊精;（2）双酶酶解，将淀粉酶解液调节pH至5.6，加入β-淀粉酶、普鲁兰酶，保持56～58℃的温度糖化，经过30～50h的糖化，得到产物的麦芽糖的含量可达到60%～70%。双酶法生产工艺的优点为：工艺生产效率高、便于实现自动化生产、原料利用率高、生产条件温和、生产成本低;缺点为：最终产物麦芽糖含量仅为60%～70%，纯度还达不到食品工业的应用要求。

2.4 多酶协同法生产阶段 随着人们对高纯麦芽糖需求的增加以及酶制剂种类的增加，通过多种酶制剂协同作用的方法，可生产出含量达到88%以上的高纯麦芽糖。常用的酶制剂有：α-淀粉酶、β-淀粉酶、普鲁兰酶、麦芽糖酶等。多酶协同法克服了前面3种方法的缺点，为高纯麦芽糖的应用提供了有力的基础。

3 多酶协同法生产工艺

3.1 工艺流程 详见图1。

3.2 工艺要点

3.2.1 调浆 调浆罐中注入50%液位的水，加入玉米淀粉充分搅拌，形成波美度（15.5±0.5）的淀粉乳，用5%的碱液将淀粉乳的pH值调至（5.8±0.1），加入耐高温α-淀粉酶，添加量为0.5g/kg干物质。

3.2.2 高温喷射 用蒸汽喷射器将淀粉乳的温度升至105～110℃，淀粉发生糊化作用，淀粉的晶体结构消失、体积膨胀、粘度急剧上升，呈粘稠的糊状，成为非结晶性的淀粉，以便液化过程中耐高温α-淀粉酶的作用[13]。

3.2.3 液化 高温喷射后的物料进入液化工段，耐高温α-淀粉酶从淀粉分子内部随机断开α-1，4糖苷键，使淀粉变成低聚糖及糊精。用DE值表示淀粉的水解程度（还原性糖全部当作葡萄糖计算，占干物质的百分比称为DE值）[14，15]，DE值越高，液化时间越短;反之亦然。生产高纯麦芽糖时，DE值控制在4～6[16]。若DE过高，淀粉被水解为短链的低聚糖及糊精，分子量小，β-淀粉酶水解效果不佳，影响糖化过程的麦芽糖含量，最终的麦芽糖含量达不到要求。如果DE值过低，淀粉被水解为大分子的低聚糖及糊精，液化液很容易老化，易堵塞管道。

3.2.4 二次喷射 液化过程中，耐高温α-淀粉酶一直在水解淀粉，当DE值达到设定值时，需要及时阻止耐高温α-淀粉酶的作用，防止DE值继续上升。用蒸汽喷射器将液化液升温至146～148℃，使α-淀粉酶灭活。

3.2.5 闪蒸降温 二次喷射后的高温物料输送入真空闪蒸罐，由于压力突然降低，部分水发生汽化，带走大量热量，使液体温度降低至56～58℃，同时向降温后的液化液中添加5%盐酸，将pH值调至5.2～5.5，以便β-淀粉酶、普鲁兰酶、麦芽糖酶的作用[17]。

3.2.6 糖化 经过降温、调节pH值的液化液输送至糖化罐，同时在线添加普鲁兰酶，添加量为1.7g/kg干物质。当液位达到设定值后，一次性向糖化罐中添加β-淀粉酶和麦芽糖酶，β-淀粉酶添加量为0.6g/kg干物质，麦芽糖酶添加量为1.4g/kg干物质，充分搅拌均匀。普鲁兰酶断开α-1，6糖苷键，使淀粉的支链变成直链，或将大分子变成小分子;β-淀粉酶从淀粉的非还原性末端依次切开相隔的α-1，4糖苷键，生成麦芽糖[18]。糖化过程刚开始时，水解速度较快，当低聚糖被切割成更小的分子时，β-淀粉酶对小分子底物分解速度缓慢，故酶解速度减慢，此时，麦芽糖酶将起重要作用，将三糖分解成一分子葡萄糖、一分子麦芽糖。

在糖化过程中，需保持稳定的温度、pH值，并持续搅拌，通过高效液相色谱测定糖液中的葡萄糖、麦芽糖含量。当糖化20h后，麦芽糖的含量达到80%左右，麦芽三糖的含量在4%左右，每隔4～8h取样分析麦芽糖、麦芽三糖的含量，当麦芽糖的含量大于85%时，向糖化液中加入中温α-淀粉酶，添加量为0.85g/kg干物质，并将糖化液的温度升至64℃，加入中温α-淀粉酶的目的是去除糖液中剩余的糊精，利于后期的过滤。本工艺糖化时间在60～70h时，麦芽糖的含量可达到88%，麦芽三糖含量小于2%。糖化时间与高纯麦芽糖的含量详见表1。

3.2.7 灭酶 为了提高过滤效果，将糖化液的温度升至80℃，保温3h，使酶制剂失活。用碘液检测灭酶效果，如果检测结果为红棕色，则将糖化液的pH值降低至3.8，可以开始过滤。

3.2.8 真空过滤 用真空转鼓过滤机过滤糖液，过滤前，将硅藻土预涂到真空转鼓表面，形成滤饼，糖液在真空的作用下，吸入真空转鼓的收集管中，糖液中的蛋白质等杂质附着在硅藻土表面，当转鼓转动过程中，刮刀去除硅藻土表面的杂质，保证过滤效率。

3.2.9 脱色、过滤 向糖液中加入活性炭，在60～80℃温度下搅拌30min，活性炭可以吸附糖液中的有色物质，脱色后的糖液使用叶滤机过滤去除其中的活性炭[19]，糖液由淡黄色变成无色。

3.2.10 精制 用离子交换柱去除糖液中的各种阴阳离子，降低糖液的电导率。

3.2.11 蒸发 采用四效蒸发器对糖液进行浓缩，蒸发后的成品为高纯麦芽糖液，输送到成品储罐中储存。

4 展望

综合4种生产高纯麦芽糖的工艺，得出多酶协同法生产的产品具有含量高、成本低、可连续化生产等优点，已广泛应用于淀粉深加工行业，市场前景较好，在食品行业的需求很大，具有很高的应用价值。

高纯麦芽糖生产中的酶制剂使用已经有了很大提高，但是酶制剂的重复利用与稳定性一直是高纯麦芽糖生产的一个难点，也是国内外研究的热点，目前固定化酶已成为解决该问题的方法之一。除了固定化酶法，还有超滤法生产高纯麦芽糖、热分离系统精制高纯麦芽糖等，这些方法将会使酶法生产高纯麦芽糖进入一个新的阶段，在成本、质量及工艺控制方面都会有较大的改善[17]。

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（责编：张宏民）