小麥B淀粉的液化工藝研究

張軍合　饒平凡　王星麗等

摘要：為了對三相臥螺法生產谷朊粉的下腳料B淀粉漿進行綜合開發利用，通過測定反應前后反應液的DE值，研究溫度、時間、加酶量對B淀粉漿液化的影響，找出最適反應條件。結果表明：在液化過程中，DE值先逐漸升高、之后保持相對穩定，最佳液化條件為溫度95.45 ℃、加酶量33.55 U/g（干基）、反應時間40 min，DE值達到26.27%。

關鍵詞：小麥B淀粉；液化；DE值

中圖分類號： TS201.1文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）11-0366-03

收稿日期：2014-11-05

基金項目：國家級大學生創新訓練計劃（編號：201310467051）；河南省教育廳科學技術重點研究項目（編號：14A550013）；河南省高校科技創新團隊支持計劃 （編號：13IRTSTHN006）；河南省新鄉市重點科技攻關計劃（編號：ZG14029）。

作者簡介：張軍合（1972—），男，河南淇縣人，博士，副教授，主要從事淀粉科學與工藝研究。Tel：（0373） 3040038；E-mail：zjh335@126.com。隨著我國食品工業的發展，小麥淀粉的需求量日益增加；小麥淀粉提取工藝的特點，決定了其剩余物中存在破碎的細胞壁、流失的面筋碎片、未被吸附的小淀粉粒、戊聚糖以及溶解在其中的色素成分，即所謂的B淀粉[1-3]。小麥B淀粉是小麥原料制備淀粉工業的下腳料，別稱尾淀粉（tailings）、淤渣淀粉等，其含量達到小麥中淀粉總含量的1/3以上，最大比例可占小麥面粉量的1/5[4-5]。

小麥B淀粉的主要成分是和蛋白質結合在一起的淀粉，二者不易分離，給蛋白質的純化和淀粉的回收利用帶來了難度；同時戊聚糖作為能量物質，不易被單胃動物體內分泌的消化酶分解利用而造成營養障礙[6-7]，限制了其綜合利用。目前，關于B淀粉高效利用的途徑很少，大量的直接排放又會帶來嚴重的環境問題。因此，如何變廢為寶，對B淀粉進行高效利用，實現經濟效益和環境效益的“雙贏”成為亟需解決的問題[8-9]，以B淀粉漿為原料直接發酵利用是一個不錯的選擇[10]。

本試驗研究B淀粉液化條件，對溫度、加酶量和時間3個因素進行了分析，研究液化過程中各DE值的變化規律，在此基礎上通過響應面分析探索優化工藝條件[11-12]，為B淀粉的后續發酵利用提供依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

中鶴集團三相臥螺法生產谷朊粉的B淀粉漿。

1.2主要試驗試劑

氫氧化鈉、3，5-二硝基水楊酸（天津市德恩化學試劑有限公司）；酒石酸鈉鉀（天津市博迪化工股份有限公司）；亞硫酸鈉、葡萄糖、氯化鉀（天津市科密歐化學試劑廠）；鹽酸（河南省鄭州派尼化學試劑廠）；α-耐高溫淀粉酶（酶活2萬U/mL，河南省鄭州市福源生物科技有限公司）。

1.3主要試驗儀器

LT 502型電子天平（江蘇省常熟市天量責任有限公司）；722N型可見分光光度計[精科（上海）儀器有限公司]；HH-4型恒溫水浴鍋（江蘇省金壇市中大儀器廠）；電冰箱（中國海爾集團）；濾紙（浙江省杭州特種紙業有限公司）；pH計（上海盛磁儀器有限公司）；電磁爐（中國美的集團）；干燥箱（浙江省余姚儀器有限公司）。

1.4樣品處理

水分含量由105 ℃恒質量法[13]測定。將小麥B淀粉從冰箱中拿出，解凍后攪拌均勻，取一定量于培養皿上并記錄數據，放入干燥箱中，40 ℃干燥30 min，105 ℃干燥，直至質量相差小于0.002 g，得出B淀粉含量。原漿中干物質含量見表1。

2結果與分析

影響小麥 B 淀粉液化程度（以葡萄糖值表示）的因素很多，主要有小麥 B 淀粉的組成、小麥 B 淀粉漿料的濃度、加酶量、反應時間、反應溫度和小麥 B 淀粉漿料的反應 pH 值等[15]。本研究考察了小麥 B 淀粉加酶量、反應時間和反應溫度3個因素對小麥 B 淀粉液化程度的影響，反應的 pH 值采用廠家提供的最佳 pH 值。

2.1單因素試驗

2.1.1溫度對液化結果的影響調小麥 B 淀粉漿pH值為6.3～6.4，稀釋漿料濃度為27%[16]，加α-耐高溫淀粉酶的量為33U/g（干基），α-耐高溫淀粉酶使淀粉漿黏度迅速下降，淀粉失去原來黏稠狀，產生液化現象[16]，反應時間為30 min，反應溫度分別為91、93、95、97、99℃。

由圖1可知，隨著溫度的升高，DE值增大，即酶的活性增加；當溫度達到95℃時，DE值達到最大，隨后由于高溫的影響，酶活性下降直至消失，因此DE值下降。α-耐高溫淀粉酶的最適溫度為95℃，為了充分驗證所有可能，將響應面試驗中的溫度變化范圍定為90～100℃。

2.1.2加酶量對液化結果的影響B淀粉漿pH值為6.3～6.4，反應溫度為95℃，加蒸餾水稀釋漿料濃度為27%[17]，反應時間為30 min，加α-耐高溫淀粉酶的量分別為27、30、33、36、39、42 U/g（干基）。由圖2可知，加酶量在27～36 U/g（干基）時，由于酶和底物的接觸概率不斷加大，DE值逐漸遞增；隨著酶量的增加，底物被完全飽和，即使加酶量持續升高，DE值不會增加。將響應面試驗中加α-耐高溫淀粉酶的量的范圍定為30～36 U/g（干基）。

2.1.3時間對液化結果的影響調小麥 B 淀粉漿 pH 值為 6.3～6.4，結合“2.1.1”節和“2.1.2”節的結果設置反應溫度為 95 ℃、加酶量為 33 U/g，加蒸餾水稀釋漿料濃度為 27%[16]，反應時間分別為 10、20、30、40、50、60 min[15]。由圖3可知，10～40 min遞增幅度較大，之后遞增幅度減小，考慮到生產周期和生產成本，將響應面中的時間定為20～40 min。

2.2響應面試驗

根據上述試驗結果選擇反應溫度、加酶量、反應時間 3 個影響因素，通過設計專家軟件8.0（Design-Expert Software 8.0）設計3因素3水平的試驗。響應面試驗因素水平表和試驗安排表見表2和表3。

式中：A為溫度；B為加酶量；C為反應時間。從表4可知，在本試驗設定的區域范圍內，加酶量、反應時間、加酶量與反應時間交互作用的 P值分別為 0.001 2、0.000 4、0. 011 2，因此，三者對液化結果影響顯著，溫度的P值為0.714 5，即溫度對提取率的影響并不十分顯著。

響應面2種因素得出3個立體圖形，如圖4、圖5和圖6所示，能清晰地看出溫度、反應時間、加酶量之間的關系。

參考文獻：

[1]荊彥平，劉大同，郝亞芳，等. 胚乳淀粉體分離的簡易方法[J]. 江蘇農業科學，2014，42（4）：73-74.

[2]Whistler R L . Methods in carbohydrate chemistry[M]. Academic Press，1965.

[3]Chiotelli E，Meste M L. Effect of smalland large wheat starch granules on thermomechanical behavior of starch[J]. Cereal Chemistry，2002，79（2）：286-293.

[4]吳加根. 谷物與大豆食品工藝學[M]. 北京：中國輕工業出版社，1995.

[5]Peng M，Gao M，Abdel-Aal A，et al. Sepaption and characterization of A-and B-type starch granules in wheat endosperm[J]. Cereal Chemistry，1999，76（3）：375-379.

[6]王良東. 小麥B淀粉開發利用的研究進展[J]. 糧食與飼料工業，2004（1）：19-20.

[7]Ariette M， Peter A M .Origins of the poor filitration characteristics of wheat starch hydrolysates[J]. Cereal Chemistry，1998，75（3）：289-293.

[8]楊勁峰，趙繼紅. 小麥淀粉生產廢水資源化及處理技術研究[J]. 糧食與油脂，2009（2）：6-8.

[9]金樹人，黃繼紅. 中國小麥淀粉生產的發展與前景[J]. 廣西輕工業，2005（4）：5-8，4.

[10]王新春. 小麥淀粉廢水生物處理生產酵母蛋白的研究[J]. 發酵科技通訊，2008，37（3）：20-21.

[11]亢潘潘，胡秋林. 響應曲面法優化小麥淀粉制備麥芽糖漿糖化工藝的研究[J]. 武漢工業學院學報，2012，31（2）：5-9，14.

[12]亢潘潘，胡秋林. 酸-酶聯用液化法制備小麥淀粉麥芽糖漿的工藝研究[J]. 武漢工業學院學報，2012，31（1）：8-12，17.

[13]柯惠玲，李慶龍. 谷物品質分析[M]. 武漢：湖北科學技術出版社，2008.

[14]劉俊紅，謝朝暉，馬雪芹，等. 生物乙醇原料——艾蒿纖維素降解優化工藝研究[J]. 中國釀造，2011（10）：58-61.

[15]房健，陳洪興，李朝霞，等. 酶法水解小麥B淀粉及其制備焦糖色素的研究[J]. 中國調味品，2006，1（11）：46-49.

[16]余斌. 小麥B淀粉糖制備技術的研究及其麥芽糊精在蛋糕中的應用[D]. 無錫：江南大學，2008.

[17]顧正彪，王良東. 小麥A淀粉和B淀粉的比較[J]. 中國糧油學報，2004，19（6）：27-30，42.

丁美宙，姚二民，李曉，等. 煙梗形變工藝參數對梗絲加工質量的影響[J]. 江蘇農業科學，2015，43（11：369-371.