酶法玉米淀粉糖糖化液糖糟性質的測定研究

蔡莽勸，黃立新，王立亞

（華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州 510640）

酶法玉米淀粉糖糖化液糖糟性質的測定研究

蔡莽勸，黃立新，王立亞

（華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州 510640）

研究了酶法玉米淀粉糖生產中糖化液糖糟的基本理化性質，包括糖糟的基本組成、糟液混合物的密度、糖化液的錘度、糟液體積比、糟液分層情況、糖糟顆粒的形狀及粒徑，以及其中粗脂肪的組成和相變溫度等特性。結果表明，糖化液的糟液混合物的密度為111～112g/100mL，糖化液的錘度在31～32°Bx，糟液體積比為11%～16%。濕糖糟水分為51%～54%，粗脂肪、蛋白質和灰分的干基含量分別為36%～39%、19%～21%、4%～5%。糖化液糖糟的顆粒呈無規則、片狀，與液化液糖糟類似，平均體積粒徑74.1μm，多數在10～200μm。在50～65℃下，隨溫度升高，糖糟的上浮加快，分層達到平衡的時間縮短。糖糟中粗脂肪的主要成分為棕櫚酸、亞油酸、硬脂酸、油酸，糖化開始各脂肪酸的含量分別為41.36%、55.29%、2.44%和0.91%，相變吸熱高峰溫度為41.76℃；糖化結束后分別為40.26%、54.30%、3.90%和1.54%，相變吸熱高峰溫度為42.19℃。

玉米淀粉糖，酶法，糖化液糖糟，理化性質

酶法玉米淀粉糖是以玉米淀粉為原料，經液化、糖化的作用和精制處理所得的糖漿產品[1]。玉米淀粉經過液化后，其中的蛋白質、粗脂肪已經凝聚形成了液化液的糖糟，在后續的糖化過程中，這些糖糟由于糖化的進行將繼續發生變化，但同樣呈現不溶的粘滯的顆粒狀態，且易堵塞過濾孔道，對后續的過濾精制產生許多不利影響。目前對于淀粉糖糟的研究主要集中在如何進行利用，且利用的方向主要為動物飼料研究和制取發酵產品[2-5]，但糖糟中存在較多的粗脂肪，并未引起人們關注。本文在測定研究了酶法玉米淀粉糖生產中液化液糖糟理化特性的基礎上，同樣測定研究糖化液糖糟的理化特性，考察糖糟在糖化過程的變化，如糖糟的基本組成、糟液混合物的密度、糖化液的錘度、糟液體積比、糖糟上浮的分層狀況、顆粒形狀及粒度，以及其粗脂肪的組成和相變溫度。通過在酶法玉米淀粉糖生產過程，對糖糟副產物進行較全面的跟蹤測定分析，加深了解、認識淀粉原料和物料中蛋白、脂肪等雜質的形態及其變化規律，對優化生產工藝參數，改進淀粉糖酶法生產技術，糖糟副產品的回收利用，都將起到積極的指導作用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

樣品 均取自廣州雙橋股份有限公司的果葡糖液生產現場，在同一糖化罐在不同的時間段攪勻后進行取樣；其他藥劑 均為分析純。

SZC-D脂肪測定儀，KDN-2C凱氏定氮儀，DRA1折光儀，LDE4-2A離心機，VULCAN 3-550馬弗爐，OLYMPUS-BH 2顯微鏡，Mastersize 2000激光粒度儀，NICOLET-6700紅外光譜儀，DSC-100差示掃描量熱儀，Trace-DSQ II氣相色譜-質譜聯用儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 含糖糟液化液的密度[6]采用質量體積比方法測得。

1.2.2 糖化液的錘度 糖化液樣品用濾紙濾得清液，用折光儀測定。

1.2.3 糟液體積比 將樣品攪勻，倒入100m L離心管中，3500r/m in離心10m in，記錄離心管中固液界限的讀數，得到液化液樣品的糟液體積比。

1.2.4 糖糟基本組成 水分測定按參考文獻[7]進行，粗脂肪、蛋白質和灰分測定分別按GB/T 5009.6-2003、GB 5009.5-2010和GB 5009.4-2010進行。

1.2.5 糖糟的形狀、粒徑[8-9]將糖糟分散于糖液中，取適量于載玻片，蓋上蓋玻片，置于顯微鏡樣品臺，觀察拍攝糖糟的形態。將糖糟分散于蒸餾水中，使用激光粒度儀測量，得到糖糟樣品的粒徑分布圖和平均粒徑等數據結果。

1.2.6 糖化液分層狀況的測定 將保溫好的樣品攪拌均勻，倒入100m L的量筒中，置于50、55、60、65℃的恒溫水浴中，立即計時，糖糟上浮，觀測量筒中下清液體積隨時間的變化，至下清液、糖糟體積穩定時，計時結束。

1.2.7 紅外光譜分析 固體樣品采用KBr粉末壓片法，液體樣品涂于KBr片上，在400～4000cm－1范圍內進行掃描。

1.2.8 脂肪類物質的氣相色譜-質譜聯用分析[10-11]

脂肪酸乙酯化：取糖化液糖糟的乙醚萃取物3m L于試管中，加入6m L乙醇，再滴加5滴濃硫酸，混勻，蓋上蓋子，置于80℃的烘箱中反應2h。取出試管，冷卻至室溫，分別加入3m L的石油醚，振蕩，使分層，取上層清液，待做GC-MS分析。

色譜條件：DB-5彈性石英毛細管柱（30m× 0.25mm×0.25μm），進樣口溫度250℃；柱溫60℃保持3m in，接著以20℃/m in的速率升至270℃保留10m in。載氣為氦氣，氣流為1.5m L/m in。

質譜條件：接口溫度280℃，離子源溫度250℃，質量范圍35～650amu，檢測延遲時間3min。

1.2.9 糖糟乙醚萃取物（粗脂肪）的差示量熱掃描分析[12]將3.0～6.0mg樣品密封于鋁質坩堝內，進行DSC測定。升溫程序：在0℃保溫2m in后，以3℃/m in升至80℃，氮氣流量為30m L/min。

1.3 采樣及其測定狀況

快速的糖化過程共歷時12h，從糖化開始每隔3h取一次樣，至糖化結束，每個批次取5個樣品，取5批，總計25個樣品。對五批樣品分別進行上述1.2.1～1.2.3指標的測量，所得結果取平均值，并計算其標準偏差。對糖化開始（0h）的樣品測量糟液分層與時間的關系，選取樣品進行1.2.5～1.2.8指標分析。

2 結果與分析

2.1 糖化液及其糖糟的基本性質

表1為五批糖化糖糟樣品各指標的測量平均值及其標準偏差的結果。由表1可知，糟液混合物的密度為111～112g/100m L，糖化液的錘度為31～32°Bx，均較穩定。糖化液的糟液體積比為11%～16%，比液化液的糖液體積比（6%～9%）高許多，顯示糖化液中上浮的糖糟的數量體積明顯增多。

濕糖糟水分含量為51%～54%，其中的粗脂肪、蛋白質和灰分的干基含量分別為36%～39%、19%～21%、4%～5%，和液化液糖糟的基本組成（粗脂肪27%～34%，蛋白質16%～18%，灰分3%～4%）相比，糖化液糖糟中粗脂肪、蛋白質和灰分的含量均有所增加。

糖化液中的糖糟數量明顯增加，以及其中的粗脂肪、蛋白質和灰分的干基含量有所增加，原因可能有如下幾個方面：a.原有液化液的糖糟吸附的糖類物質為淀粉的液化水解物，如糊精和低聚糖，在葡糖糖糖化酶的作用下，被進一步被水解成葡萄糖，單糖和糊精、低聚糖相比，與糖糟的粘附吸附性較差、較少，使得糖糟的其他組分的干基含量相對增高。b.液化液從90～100℃降溫至糖化的溫度約60℃，隨糖化的進行，其中的脂肪、變性的蛋白質等雜質進一步和不斷團聚絮凝的結果。c.液化液從pH 5.6～6.0降至糖化作用的pH 4.0～4.4，經過了蛋白的等電點，凝聚出來的蛋白再與糖糟吸附結合。d.糖化調節pH的過程加入的酸液或堿液，其中的氯離子或者鈉離子也會隨糖液被糖糟吸附，使糖糟的灰分有所提高。

表1 糖化液及其糖糟的基本性質Table 1 Physicochemical properties of residues from saccharification process

2.2 糖糟的顯微形態及其粒徑

糖化液糖糟的外觀呈黃色團粒，取糖化開始時（0h）的糖糟進行顯微鏡觀察和粒徑測量，結果如圖1所示。

圖1 顯微鏡下糖化液糖糟的形貌（a）及其粒徑分布圖（b）Fig.1 Shape（a）and particle size（b）of residues from saccharification process

從圖1（a）可見，糖化液糖糟同樣呈現大小不一、無規則的片狀形態，結構緊密。糖糟粒徑的測定結果如圖1（b）所示，其體積粒徑基本呈正態分布，團粒粒徑范圍為2～300μm，多數在10～200μm，平均為74.1μm，比液化液糖糟的平均粒徑69.4μm大。

雖然兩種糖糟的團粒尺度多在10～200μm，但是與液化液糖糟的粒徑分布相比，在糖化液糖糟中，粒徑小于2μm的部分幾乎都消失，表明液化液糖糟中粒徑小于2μm的這部分顆粒，應該（與其他的糖糟團粒）發生了凝聚吸附；糖化液糖糟的粒徑小于10μm的部分所占的比例也有所減低，在1.0%以下；其頂峰的粒徑值在70μm左右，所占的比例約9.6%，而液化液糖糟的頂峰的粒徑值在60μm左右，所占的比例只有約8.2%，結果表明，在降溫過程中，液化液的糖糟顆粒繼續發生凝聚，使得比糖化液糖的糟粒徑整體變大。

2.3 糟液體積比與時間、溫度的關系

糖糟的密度比糖液小，當物料靜置時，將浮于糖液之上。考察糟液分層情況，取糖化開始（0h）時的糟液混合物樣品，目測底部清液體積百分比隨時間、溫度的變化情況，結果如圖2所示。由圖2可知，隨著時間的延長，清液的體積逐漸增加，在不同溫度下（50、55、60、65℃），糟液分離的趨勢一致。在0～5m in，糖糟上浮較快，底部清液體積比增加的速率較大，隨后增幅逐漸減小，趨于穩定不變，最終全部的糖糟上浮，上浮的糟液所占的體積比都約為15%。

溫度對糖糟的上升速率和糖糟上浮達到穩定的時間也有影響。溫度高，糖糟上浮速率快，達到糟液平衡的時間短，反之亦然。溫度為65℃，100m L糖液混合物約6m in，糟液可達到平衡，溫度降為50℃，則平衡時間延長至約9m in。故若要將糖糟盡快地絮集、去除，在允許范圍盡可能使物料的溫度升高。

圖2 糟液體積比與時間、溫度關系Fig.2 The relations of the ratio of residues and liquid with time and temperature

2.4 紅外光譜分析

取糖化結束（12h）的糖糟低溫烘干，進行乙醚萃取，將糖化糖糟A、乙醚萃取后殘渣B和乙醚萃取物C（粗脂肪）進行紅外光譜分析，結果如圖3所示。

圖3 糖化液糖糟及其處理的試樣的紅外光譜圖Fig.3 Mid-infrared spectrum of residues from saccharification process

由圖3可知，糖化液糖糟A在1720cm-1和1650cm-1都有明顯的吸收峰，1720cm-1為-C=O的振動吸收峰，1650cm-1屬于-OH的彎曲振動吸收峰[13]。而在糖化液糖糟乙醚萃取后的殘渣B和糖化液糖糟乙醚萃取物C中，這兩個峰未同時出現。在B中只有1650cm-1處有一個明顯的吸收峰，而在C中只有1720cm-1出現了窄而尖的吸收峰。此外，C在3010cm-1處明顯多了一個小峰，按常理，C萃取于A，A圖譜也應出現一個峰，但由于不飽和=C-H的振動吸收峰較弱，且在整個物質中的相對含量較少，故峰不明顯。

糖糟中除了粗脂肪、蛋白質等物質外，主要還吸附糖化液，當用無水乙醚將脂肪萃取后，則萃取后的殘渣主要為糖和蛋白質。經過譜庫電腦檢索得到，與B匹配度較高的為低聚糖，由于淀粉水解物——低聚糖、麥芽糖和葡萄糖的紅外光譜都很接近，對于本樣品，糖糟所吸附的糖主要為葡萄糖。C與亞油酸的匹配度為92.5%，糖化液糖糟的乙醚萃取物主要還是由不飽和的脂肪酸組成。

2.5 乙醚萃取物的氣相色譜—質譜分析

對糖化開始（0h）和結束（12h）的糖糟的乙醚萃取物（粗脂肪）進行GC-MS分析，結果見表2。

表2 糖化液糖糟乙醚萃取物的組成分析結果（%）Table 2 Fatty acids profiles in residues from saccharification process（%）

由表2可知，在糖化過程中，糖糟粗脂肪中的脂肪酸，與液化液的糖糟一樣主要由棕櫚酸、亞油酸、硬脂酸所組成，但是發現了微量的油酸，糖化開始（0h）各脂肪酸的含量分別為41.36%、55.29%、2.44%和0.91%，糖化結束后（12h）各脂肪酸含量略有改變，分別為40.26%、54.30%、3.90%和1.54%。糖化液糖糟中脂肪酸的種類、含量與液化液糖糟中脂肪酸種類和含量均有一定差別。在液化液糖糟中脂肪酸主要包含有棕櫚酸（36%）、亞油酸（62%）和硬脂酸（2%），不包含油酸，而糖化液糖糟中多了油酸，且亞油酸含量明顯減少，棕櫚酸和硬脂酸含量增加。這主要的原因是糖化過程，部分亞油酸氧化分解，當亞油酸中的雙鍵未被完全氧化，生成油酸（含有一個雙鍵），完全被氧化，則生成硬脂酸（不含雙鍵）。

2.6 乙醚萃取物的差示量熱掃描分析

對糖化開始（0h）和結束（12h）的糖糟的乙醚萃取物（粗脂肪）進行差示量熱掃描（DSC）分析，研究測定糖化過程糖糟粗脂肪相變溫度的變化，結果如圖4所示。

圖4 糖化液糖糟乙醚萃取物（粗脂肪）的DSC圖譜Fig.4 DSC heating curves of fat in residues from saccharification process

由圖4可知，糖化開始（0h），糖糟粗脂肪的相變吸熱高峰溫度為41.76℃，糖化結束（12h）則變為42.19℃，略微升高。造成糖糟粗脂肪相變溫度變化的主要原因為脂肪的脂肪酸組成含量發生了變化，隨著糖化的進行，棕櫚酸、硬脂酸和油酸含量均有所增加，亞油酸含量相對減少。據文獻[14]棕櫚酸的熔點為63～64℃，亞油酸的熔點為-5℃，硬脂酸的熔點為69～71℃，油酸熔點為16.3℃，因此棕櫚酸、硬脂酸和油酸含量的增加，使得糖化結束后（12h）糖糟粗脂肪的相變吸熱高峰溫度升高。與液化過程糖糟乙醚萃取物（粗脂肪）的相變溫度（31～37℃）相比，糖化液糖糟中粗脂肪的相變溫度明顯升高，主要的原因是：a.粗脂肪中脂肪酸種類發生變化，增加了油酸；b.各脂肪酸的含量發生變化，棕櫚酸、硬脂酸和油酸含量增加，亞油酸含量減少。

3 結論

3.1 糖化過程，含糖糟糖化液的密度約為111～112g/100m L，錘度為31～32°Bx，糟液體積比為11%～16%。濕糖糟水分為51%～54%，粗脂肪、蛋白質和灰分的干基含量分別為36%～39%、19%～21%、4%～5%。糖化液糖糟（0h）顆粒呈無規則、片狀圖形，與液化液糖糟類似，平均體積粒徑為74.1μm，整體比液化液糖糟粒徑大，表明液化液的降溫過程其糖糟繼續發生凝聚。

3.2 糖化液的糖糟在靜置過程中將會上浮分層，最后達到穩定平衡。溫度為65℃、100m L糖液混合物約6m in，糟液可達到平衡，溫度降為50℃，則平衡時間延長至約9m in，隨溫度的升高，達到穩定平衡的時間縮短。

3.3 實驗的糖糟吸附有葡萄糖，其粗脂肪中的脂肪酸主要由棕櫚酸、亞油酸、硬脂酸和油酸組成，糖化開始（0h）各脂肪酸的含量分別為41.36%、55.29%、2.44%和0.91%，相變吸熱高峰溫度為41.76℃；糖化結束后（12h）分別變為40.26%、54.30%、3.90%和1.54%，相變吸熱高峰溫度為42.19℃。

3.4 淀粉糖生產中，液化、糖化階段的糖糟組成一樣，組分含量有所差別。糖化液糖糟粗脂肪、蛋白、灰分等組分相對含量總體均比液化糖糟高，且相對穩定。

[1]肖月.充滿生機和希望的新糖源——淀粉糖[J].中外食品，2006（5）：47-49.

[2]桑國俊.糖渣綜合利用技術[J].飼料資源開發，1998（8）：32-34.

[3]郭建華，竇少華，邱然，等.利用糖糟與啤酒糟生產蛋白飼料的研究[J].飼料工業，2005，26（21）：48-50.

[4]王立克，陳莉.玉米糖渣對羅曼蛋雞蛋色的影響[J].畜牧與獸醫，2007，39（4）：34-35.

[5]高東寧，曹磊，許贛榮.以玉米淀粉糖渣為原料制備米曲發酵醬油[J].生物加工過程，2011，9（3）：61-65.

[6]張水華.食品分析[M].北京：中國輕工業出版社，2006.

[7]黃立新，徐正康.味精生產中間物料干固物含量的簡易測定方法[J].現代食品科技，2006，22（4）：218-226.

[8]張福根，榮躍龍，周偉麟.粒徑測量及用于磨料的各種顆粒儀器[J].中國粉體技術，2000，6（1）：26-29.

[9]李芬芬，張本山.淀粉顆粒粒徑不同測定方法的比較[J].食品與發酵工業，2010，36（4）：171-174.

[10]Liu Xuesong，Wang Feng，Liu Xin，et al.Fatty Acid Composition and Physicochemical Properties of Ostrich Fat Extracted by Supercritical Fluid Extraction[J].Eur J Lipid Sci Technol，2011，113：775-779.

[11]鄭敏燕，魏永生，寧建剛，等.大麥籽粒油脂肪酸成分分析[J].科技導報，2010，28（5）：75-78.

[12]Ahmet Sar?，Hayati Sar?，Adem?nal.Thermal properties and thermal reliability of eutectic mixtures of some fatty acids as latent heat storage materials[J].Energy Conversion and Management，2004，45：365-376.

[13]朱明華.儀器分析[M].北京：高等教育出版社，2000.

[14]Gerhard Knothe，Robert Dunn.A Comprehensive Evaluation of the Melting Points of Fatty Acids and Esters Determined by Differential Scanning Calorimetry[J].JAm Oil Chem Soc，2009，86：843-856.

Study on the properties detection of residues from saccharification in corn starch syrup by enzymatic process

CAIM ang-quan，HUANG Li-xin，WANG Li-ya
（College of Light Industry and Food，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

The physicochem ical p roperties of corn starch syrup residues from saccharification which was p roduced by enzymatic p rocess was stud ied，inc luding the basic com ponent of residues from saccharification，density of the m ixture of residues and liquid，deg ree b rix of sugar liquid，the ratio of residues and liquid，the relationship between the temperature and residues’rising speed，shape and size of residues，and the characteristics of fat in residues.The result indicated that，the density of the m ixture of residues and liquid was about 111～112g/100m L，the degree b rix of liquid was about 31～32°Bx，the ratio of residues and liquid was 11%～16%.The content of water in residues was about 51%～54%.The content of fat，p rotein and ash in d ry basis residues from saccharification p rocess were respectively 36%～39%，19%～21%and 4%～5%.Shape of residues from saccharification p rocess was flake and irregularity，the same as residues from liquefaction，the average partic le size was 74.1μm，the partic le size was mostly in the range of 10～200μm.In the range of 50～65℃，w ith the tem perature rising，the residues’rising speed became more quick，the time to reach the balance of the ratio of residues and liquid became shorter.The componentof fat from residues weremainly hexadecanoic acid，9，12-octadecadienoic acid，oc tadecanoic acid and 9-oc tadecenoic acid.At the beginning of saccharification，the contents of each fat acid were respectively 41.36%，55.29%，2.44%and 0.91%，finally they became 40.26%，54.30%，3.90%and 1.54%.The phase-transition tem perature of fat acid in corn starch residues during saccharification p rocess was up slow ly，from 41.76℃to 42.19℃.

corn starch syrup；enzymatic；residues from saccharification；physicochem icalp roperties

TS236.3

B

1002-0306（2012）22-0218-05

2012－06－12

蔡莽勸（1987-），女，碩士研究生，主要從事碳水化合物功能化方面的研究。

廣東省教育部產學研結合項目（2011A090200062）；2011年華南理工大學校級教學研究項目；2012年華南理工大學“百步梯攀登計劃”項目。