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普鲁兰酶
麦芽糖和低聚异麦芽糖均为淀粉糖,都是淀粉经液化、糖化或再转苷,再经过滤、离子交换等后处理得到的具有一定浓度的糖浆或糖粉。
利用酶法技术生产麦芽糖和低聚异麦芽糖时必须用到的酶有 α-淀粉酶,真菌 α-淀粉酶或 β-淀粉酶以及 α-转移葡萄糖苷酶,同时使用普鲁兰酶作为协同酶。
普鲁兰酶是一种支链淀粉酶,它对支链淀粉和糖原等支点的 α-1,6 糖苷键具有很强的水解作用。利用普鲁兰酶对 α-1,6 糖苷键的专一性,研究了其对麦芽糖和低聚异麦芽糖糖分的影响,为生产中普鲁兰酶使用与否提供科学依据。
1 材料与方法
1. 1 材料
玉米淀粉: 锦州元成生化科技有限公司;
马铃薯淀粉: 长春金源实业集团有限公司;
木薯淀粉: 琼中松涛淀粉厂。
试剂: α-淀粉酶、真菌 α-淀粉酶、α-转移葡萄糖苷酶、普鲁兰酶都为液体,均由诺维信公司提供。
仪器设备: DF-Ⅱ集热式磁力搅拌器,常州澳华仪器有限公司;
PHB-3 便携式 pH 计,上海三信仪表厂;
JJ-1 精密增力电动搅拌器,常州澳华仪器有限公司;
手提式压力蒸汽灭菌器,江门滨江医疗设备有限公 司; 高效液相色谱仪,waters1525。
1. 2 方法
1. 2. 1 调浆。
将各种淀粉配制成质量分数为 30% 的淀粉乳。淀粉乳用稀盐酸或者稀 NaOH 调 pH 至 5. 2 ~ 5. 3。
1. 2. 2 液化。
调好的浆加入适量的 α-淀粉酶之后用沸水浴机械搅拌液化直至碘色为棕色,高温灭酶。
1. 2. 3 糖化或者转苷。
液化液冷却后调 pH 为 5. 3 ~ 5. 4,加入适量的真菌 α-淀粉酶,普鲁兰酶以及 α-转移葡萄糖苷酶( 制备低聚异麦芽糖时) ,在水浴锅中用磁力搅拌糖化( 转苷) 30 h。
1. 2. 4 糖液成分分析。
高效液相色谱法: 流动相乙腈∶ 水 =70∶ 30; 流速 1 ml /min;
色谱柱 Ultimate Column Ultimate XBNH2,5 μm,4. 6 × 250 mm; 柱温35 ℃,柱压1 200 psi 左右;
检测器温度 35 ℃。用标准样品确定各色谱峰的归属,用峰面积归一化计算各成分的相对比例。
1. 2. 5 糖浆过滤。
糖化( 转苷) 之后的糖浆沸水浴灭酶后称取相同质量的糖浆趁热用双层滤纸抽滤,滤纸直径为 9 ㎝,记录过滤时间。
1. 2. 6 透射比测定。
按 GB/T 20885-2007 中 6. 5 测定。
2 结果与分析
2. 1 普鲁兰酶对不同原料麦芽糖糖分的影响
通过对比试验研究普鲁兰酶对不同原料的麦芽糖和低聚异麦芽糖组分的影响。试验组按淀粉干物质质量的 0. 1‰加入普鲁兰酶,对照组不加。用高效液相色谱法测定糖液中各组分的含量,其图谱见图 1、2。
2. 1. 1 以玉米为原料时普鲁兰酶对麦芽糖组分的影响。
玉米淀粉液化后碘色为棕色,DE 值为 12. 14,试验结果如图 3所示。试验组中葡萄糖和对照组有一定差异,前者含葡萄糖8. 8% ,比对照组少 3. 6 个百分点; 麦芽糖两者相差较多,试验组含麦芽糖 70. 0% ,比对照组少 7. 5 个百分点; 而麦芽三糖相差尤为明显,试验组是对照组的 2 倍,前者麦芽三糖的含量为 21. 2%。
由此可知,加入普鲁兰酶后葡萄糖和麦芽糖的含量减少,麦芽三糖的含量明显增多。不使用普鲁兰酶时,糖液中麦芽糖的含量高达 77. 5% ,占总糖的绝大部分,因此普鲁兰酶不利于高含量麦芽糖的制备。加入普鲁兰酶后麦芽三糖含量增加,而有人把麦芽三糖归为低聚糖,按此标准,加入普鲁兰酶后糖浆的质量有所提高。
2. 1. 2 以木薯为原料时普鲁兰酶对麦芽糖组分的影响。
木薯淀粉液化后碘色为棕色,DE 值为 11. 75,试验结果如图 4所示。相对玉米淀粉麦芽糖浆,木薯淀粉麦芽糖浆中葡萄糖的含量明显减少。
试验组葡萄糖的含量为 5. 5% ,比对照组多 2. 0 个百分点。试验组麦芽糖仅有 68. 3% ,比对照多 10. 0个百分点。试验组和对照组糖浆中麦芽三糖的含量都很高,后者麦芽三糖的含量占总糖的 1 /3,比试验组高 11. 0 个百分点。
由于薯类淀粉支链较多,可能阻碍真菌 α-淀粉酶对糊精的作用,在30 h 的糖化时间内对糊精作用不完全导致麦芽三糖含量较高,而加入普鲁兰酶作用于支链淀粉的 α-1,6 糖苷键之后直链糊精大大增多有利于真菌 α-淀粉酶作用,结果就使试验组中麦芽糖的含量比对照组中的高。
2. 1. 3 以马铃薯为原料时普鲁兰酶对麦芽糖组分的影响。
马铃薯淀粉液化后碘色为棕色,DE 值为 11. 45,试验结果如图 5 所示。与木薯淀粉麦芽糖类似,糖浆中葡萄糖的含量较低,不同的是以马铃薯为原料时试验组的葡萄糖含量比对照组少,前者仅有 3. 6% ,为对照组的一半。马铃薯淀粉麦芽糖浆中麦芽糖含量水平跟木薯淀粉中差不多,试验组含量为61. 5% ,比对照组少 7. 5 个百分点。
试验组中麦芽三糖的含量很高,几乎占总糖的 1 /3,比对照组高 6. 7 个百分点。马铃薯淀粉中支链淀粉含量略低于木薯淀粉,但是黏性比木薯淀粉高,这些共同影响各种酶的作用,从而出现了上述结果。
2. 2 普鲁兰酶对不同原料低聚异麦芽糖糖分的影响
低聚异麦芽糖中成分比较复杂,这里只对葡萄糖、麦芽糖以及 3种糖( 异麦芽糖、潘糖和异麦芽三糖 3 种糖含量总和) 的含量进行初步分析,分析上述 3 类糖的原因是因为葡萄糖和异麦芽糖是占非低聚糖的绝大多数,两者含量越少越好,而3种糖是评价低聚异麦芽糖品质最为重要的指标之一,其含量越高越好。
2. 2. 1 以玉米淀粉为原料时普鲁兰酶对低聚异麦芽糖成分的影响。
玉米淀粉液化后碘色为棕色,DE 值为 12. 78,试验结果如图 6 所示。由于 α-转移葡萄糖苷酶有水解作用,低聚异麦芽糖中葡萄糖的含量都很高。
试验组葡萄糖的含量为30. 4% ,比对照组低 3. 3 个百分点; 两者中麦芽糖的含量几乎无差别,均在 10. 0% 左右; 2 组试验中 3 种糖的含量都较高,都达到 35. 0% 以上,试验组高达 38. 7% ,比对照组高 1. 0个百分点。可以推测普鲁兰酶加入有利于提高玉米淀粉低聚异麦芽糖质量。
2. 2. 2 以马铃薯淀粉为原料时普鲁兰酶对低聚异麦芽糖成分的影响。
马铃薯淀粉液化后碘色为棕色,DE 值为 11. 72,试验结果如图 7 所示。试验组中葡萄糖含量为 31. 5% ,比对照组低 6. 2 个百分点。麦芽糖含量 2 组试验基本持平,都在9. 6% 左右。3 种糖的含量试验组比对照组少,前者含量虽然高达 38. 2% ,但比对照组少 3. 0 个百分点。由此可见,普鲁兰酶不利于马铃薯低聚异麦芽糖品质的提高。
2. 2. 3 以木薯淀粉为原料时普鲁兰酶对低聚异麦芽糖成分的影响。
木薯淀粉液化后碘色为棕色,DE 值为 10. 48,试验结果如图 8 所示。试验组葡萄糖的含量为 34. 2% ,比对照组少 2. 6 个百分点。麦芽糖含量两者依然持平,也是在 10. 0%左右。试验组中 3 种糖的含量高达 40. 9% ,比对照组高 1. 6个百分点。由此可见,以木薯为原料生产低聚异麦芽糖时适当加入普鲁兰酶有利于提高糖的品质。
2. 3 普鲁兰酶对糖浆过滤速度和透射比的影响
糖浆过滤后计算各自的过滤速度,测定其透射比。由表 1 可以看出,加入普鲁兰酶之后糖浆的过滤速度都减慢,可能是加入普鲁兰酶之后糖分发生变化,糖浆黏度增大了导致过滤速度减慢。而透射比都增大了,可能是普鲁兰酶水解支链淀粉的α-1,6糖苷键之后大分子糊精减少使糖浆通透性增加,同时过滤速度慢也有利于提高糖浆的通透性。
3 结论
试验研究了以不同淀粉为原料生产麦芽糖和低聚异麦芽糖时普鲁兰酶对其的影响。结果表明,在生产麦芽糖时,以木薯淀粉为原料时普鲁兰酶有利于麦芽糖含量的提高,而以玉米和马铃薯淀粉为原料时普鲁兰酶麦芽三糖的含量则会提高; 生产低聚异麦芽糖时,以玉米和木薯淀粉为原料时,加入适当普鲁兰酶有利于提高糖的品质。(专业资料分享,如有不妥,请联络以做删除)
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