B淀粉液化
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小麦属于禾本科小麦属,越年生冬小麦或一年生春小麦草本植物。
小麦籽粒中含有丰富的淀粉、蛋白质、脂肪以及戊聚糖等营养成分,它是食品工业最重要的基础原料之一。
根据小麦籽粒各个部分化学成分的不同,可以有不同的用途。
小麦籽粒各部分的化学成分 (干基%)
小麦深加工路线
由此可见,小麦全身都是宝,小麦加工的开端是面粉生产,同时有两种主要的副产物即胚芽和麸皮产生。
胚芽富含蛋白质和油脂,可以提取蛋白和植物油等,麸皮可用来提取食用级小麦蛋白、淀粉以及膳食纤维等,而面粉可以作为面制食品的基础原料或者进一步深度加工成小麦淀粉和谷阮粉以及相应转化的产品。
工业化生产小麦淀粉通常有A、B两种淀粉产 生,A淀粉是精制的淀粉,含蛋白质、脂肪以及粗纤维等杂质数量很少,通常作为成品淀粉,广泛使用于各行各业。而B淀粉是生产A淀粉的副产物。
小麦B淀粉又称尾淀粉、淤渣淀粉或刮浆淀粉 ,是小麦淀粉厂和谷朊粉厂的副产物,通常其数量可达原料面粉总量的10一20% ,或者整个淀粉含量的35%左右。
小麦B淀粉主要是由小的淀粉粒、损伤的大淀粉颗粒以及少量细胞壁物质、面筋碎片、戊聚糖和色素组成。
国内外对于B淀粉的工业应用主要是用作酒精发酵方面,其他方面为国内较早由莲花味精将B淀粉混合A淀粉一起进行制糖水解转化,用作发酵原料生产味精。由于B淀粉杂质含量较高,水解后过滤效果很差,滤饼形成不好,跑料严重,糖液透明度也不是太好,这大大增加了生产成本。
小麦B淀粉主要化学成分 (%)
由表可知, B淀粉中含有的组分仍旧是可以在食品中利用的成分。
其中,淀粉是B淀粉含量最高的成分,它是一种多聚葡萄糖,为人类能量的主要来源,同时也是食品工业的重要原料。
蛋白质是一种天然的高分子含氮化合物,是构成动植物细胞原生质的主要成分。根据瑞休公司有关的研究资料表明,B淀粉中含有的蛋白质由于加工工艺的缘故主要是非水溶性的,其基本不含有或含很少量的构成面筋的蛋白质。换言之其主要是白蛋白和球蛋白。
B淀粉含有的蛋白质具有一定的乳化作用。B淀粉中非淀粉质多糖主要为戊聚糖和β-葡聚糖。
戊聚糖是指含大量戊糖的聚合物,主要由阿拉伯糖、木糖、少量的半乳糖、甘露糖、葡萄糖以及蛋白质所组成,根据溶解性能戊聚糖可以分为水溶性戊聚糖和非水溶性戊聚糖。它具有高粘度、氧化胶凝等性质,可以作为增稠剂和保湿剂应用于食品行业。
另外戊聚糖作为一种功能性多糖,具有十分重要的生理功能,根据研究资料表明,有减肥、润肠通便、降脂、抗氧化等一些重要的生理功能。
戊聚糖还有值得我们特别关注的一个性质是亲水性,非水溶性戊聚糖可以吸收和持水达其重量的10倍之多。
B淀粉工业上以酒精发酵为主,日常通用只是用作饲料,利用价值不高,甚至是当作废物排掉,这就更存在一个污染环境的问题了,因为大量有机物发酵,消耗大量的氧气,繁殖大量微生物,势必影响生态环境。
下面探究下小麦B淀粉在淀粉水解方面的技术性分析,供业内朋友学习交流。
影响小麦淀粉液化因素
影响小麦B淀粉液化程度(以葡萄糖值表示)的因素是很多的,包括B淀粉的组分,B淀粉浆的 PH值、浓度以及加酶量、反应时间、反应温度等。
这里单就B淀粉浆的浓度、加酶量、反应时间、反应温度等四个因素对B淀粉液化的影响进行探讨。
01
物料浓度
对B淀粉
液化的影响
物料浓度对B淀粉液化的影响
由图可以知道,当加酶量、反应时间、反应温度、 PH值等条件相同时,小麦B淀粉的液化程度先是随着B淀粉浆浓度的增加而增加,当B淀粉浆浓度增加到一定值时,又随着浓度的增加而减小。这是因为底物的浓度在一定限度内增加时,就会有更多的淀粉酶和淀粉结合形成淀粉酶—底物复合物促使淀粉水解,同时淀粉及其水解产物糊精的浓度在低浓度范围内增加对淀粉酶活力稳定性具有明显的促进作用,从而可以使反应速度加快。
当达到这个浓度限度后,淀粉及其水解产物对淀粉酶活力稳定性的提高作用趋于缓和,而此时更主要的是淀粉浆粘度比较大,将不利于淀粉酶在其中的分散,也就是使许多淀粉酶没有机会和淀粉相接触结合形成淀粉酶—底物复合物,对淀粉进行酶解了,所以此时底物浓度增加水解反应速度反而下降。
在B淀粉浆浓度约为18Be时,葡萄糖值最大,即反应速度最大。这一点与不少资料对其它淀粉水解研究的结论相符合。
02
反应时间对
B淀粉
液化的影响
反应时间对B淀粉液化影响 (加钙)
反应时间对B淀粉液化影响 (未加钙)
对照上面两图可以知道,经过相同的反应时间后,加钙离子的B淀粉浆液化程度大于未加钙离子的,特别是当反应时间大于30min后,加钙离子的B淀粉浆的DE值仍旧有较大的增大,而未加钙离子的B淀粉浆的DE值几乎不再增大。
这是因为钙离子的存在使酶分子保持适当的构型,具有最高的活力和最高的活力稳定性,这一点在反应温度对淀粉液化的影响中体现得更加明显。未加钙离子的酶在较长时间的反应后更容易失活。
事实上,不同来源的α一淀粉酶都含有钙离子,是一种金属酶,如果把钙离子从酶中全部除掉, 酶活力完全消失,再加入足量的钙,其活力能完全恢复。
钙的需要量为每分子酶蛋白质需要4mol或更多。工业酶制剂本身含有的钙量往往低于这个数值,而且钙的存在对于酶活力的范围有增广的效果,所以在制备小麦B淀粉糊精时有必要添加一定量的氯化钙。
在其它条件相同时,随着反应时间的增加,B淀粉浆的DE值增大,特别在较短的反应时间小于30min内,DE值增加很快,此后增加速度明显下降,这应该是随着反应的进行,底物即淀粉的浓度下降,产物浓度增加以及酶在长时间高温下活力降低(无论加钙离子还是未加钙离子)等原因造成的。
03
加酶量对
淀粉液
化的影响
由图可知,在其它条件相同时,随着加酶量的增加,小麦B淀粉液化程度增大,因为加酶量越大,在单位时间内,有更多的淀粉和酶接触结合形成酶—底物复合物,即对淀粉进行水解作用的酶越多,所以反应速度增加, 淀粉糊精的 DE值也就越大。
DE值随着加酶量增加而增加的幅度首先比较大 加酶量(<9),然后增幅趋于缓和。
这是因为随着加酶量的增加:
一方面和淀粉结合的酶在增加;
另一方面由于B淀粉浆粘性大,使得酶在其中的分散性差的缘故,不能和淀粉结合的酶也在增加同时,底物浓度的下降也使水解速度下降。
04
反应温度对
B淀粉
液化的影响
反应温度对B淀粉液化影响(加钙)
反应温度对B淀粉液化影响(未加钙)
综合
通过各因素综合分析,各因素影响值指标的主次顺序为加酶量>反应时间>反应温度> 浆料浓度。
以上通过研究分析了物料浓度、加酶量、反应时间、反应温度的不同对B淀粉液化的影响。在其它条件相同时:
一、小麦B淀粉的液化程度先随着浆料浓度的增加而增加, 当浆料浓度增加到一定值时,又随着浓度的增加而减小,这个临界浓度约为18Be。
二、随着反应时间的增加,B淀粉浆的DE值增大,特别在较短的反应时间小于30min内DE值增加很快,此后增加速度明显下降,随着加酶量的增加,B淀粉浆液化程度增大。
三、钙离子的添加对提高酶活力和活力的热稳定有比较明显的作用。(钙离子取决于使用酶制剂的要求)