大米飴糖生產工藝的優化研究

劉軍,李麗,劉利

(四川理工學院 生物工程學院，四川 自貢 643000)

飴糖，又名麥芽糖飴或麥芽糖漿，是歷史最為悠久的淀粉糖品，主要成分是麥芽糖和糊精，呈粘稠狀微透明液體，淡黃色或棕黃色，清香濃郁，調味柔和，既可直接食用，又是飲食、糖果、糕點食品、醫藥化工級鑄造等工業的原料[1-3]。

傳統的飴糖生產工藝多是以家庭作坊式的手工生產，該方法工藝流程比較簡單，勞動強度大，生產周期長，出糖率低，不易實現大生產[4]。目前工業上一般用酶法連續化生產飴糖，將大米磨漿時，通過調節pH，加入α-淀粉酶和糖化酶進行液化和糖化，將糊精和低聚糖分解成短鏈糊精、麥芽糖、葡萄糖等。再經煮沸滅酶后，進行過濾、真空濃縮得到固形物含量為75%～85%的飴糖[5]。本研究在酶法的基礎上進行工藝條件的優化，希望在低成本的情況下生產出高質量的飴糖；同時控制其干燥工藝條件，使得生產出的飴糖外觀色澤更好。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大米：市售；α-耐高溫淀粉酶、糖化酶、氯化鈣、三乙醇胺鹽酸鹽、醋酸鈉、己糖激酶、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶、3,5-二硝基水楊酸、碘、碘化鉀、酒石酸鉀鈉、苯酚、碳酸氫鈉、α-葡糖苷酶、鹽酸、無水乙醇：成都科龍化工試劑公司。

Cintra4040紫外可見分光光度計 GBC科學儀器公司；CP114電子天平 奧豪斯儀器(上海)有限公司；B-220恒溫水浴鍋 上海亞萊生化儀器廠；SHZ-D真空泵 上海舜宇恒平科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗試劑的配制

1.2.1.1 0.1 mol/L碘試劑的配制

取13 g碘及35 g碘化鉀于少量蒸餾水中，待全部溶解后，用蒸餾水稀釋至100 mL，混勻，此溶液保存于具有磨口塞的棕色瓶中。

1.2.1.2 DNS試劑的配制

酒石酸鉀鈉18.2 g，溶于50 mL蒸餾水中，加熱，于熱水溶液中依次加入3,5-二硝基水楊酸0.63 g、氫氧化鈉 2.1 g、苯酚0.5 g、亞硫酸氫鈉0.5 g，攪拌至溶解，冷卻后用蒸餾水定容至100 mL, 貯于棕色瓶中，室溫保存。

1.2.1.3 測定葡萄糖曲線標準試劑的配制

準確稱取干燥恒重的葡萄糖100 mg，加入少量蒸餾水溶解后，以蒸餾水定容至100 mL，即含葡萄糖為1 mg/mL。

1.2.1.4 醋酸緩沖液(0.1 g/L，pH 6.6)

稱取三水醋酸鈉0.68 g溶解于40 mL蒸餾水中，用醋酸調pH至6.6，再用蒸餾水定容至50 mL。

1.2.1.5 α-葡糖苷酶液

用67 mmol/L磷酸鉀緩沖液配制0.04 mg/mL的α-葡糖苷酶溶液。

1.2.1.6 三乙醇胺緩沖液

稱取三乙醇胺鹽酸鹽14.0 g與七水硫酸鎂 0.25 g溶解于80 mL蒸餾水中，用NaOH約5 mL(5 g/L)調pH至7.6,再用重蒸餾水定容至100 mL。

1.2.1.7 還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸液

稱取NADP-Na260 mg溶解于6mL重蒸餾水中，配成濃度為12.5 mg/L的溶液。

1.2.1.8 三磷酸腺苷液

稱取ATP-Na2H2300 mg與碳酸氫鈉300 mg溶解于6 mL重蒸餾水中，配成濃度為51 mg/L的溶液。

1.2.1.9 己糖激酶液

稱取己糖激酶1 mg溶于5 mL蒸餾水中。

1.2.1.10 葡萄糖-6-磷酸脫氫酶液

稱取葡萄糖-6-磷酸脫氫酶1 mg溶于10 mL蒸餾水中。

1.2.2 葡萄糖標準曲線的測定

葡萄糖標準曲線：采用DNS法；從標準曲線查出葡萄糖mg/mL數，求出樣品中還原糖含量，并且算出DE值。

還原糖含量= [H·N·(V1/ V2)]/M。

式中：H為還原糖質量(mg)；N為樣品稀釋倍數；V1為提取液總體積(mL)；V2為測定時用的體積(mL)；M為樣品質量(g)。

DE=Y/G。

式中：Y為還原糖含量；G為干物質的量(g干物質/100 mL糖液)。

1.2.3 樣品中葡萄糖和麥芽糖含量測定

酶法測定樣品中葡萄糖含量；酶法測定樣品中麥芽糖含量[6]。

1.2.4 樣品波美度的測定

將樣品冷卻到室溫，倒入50 mL的量筒中，將干凈的波美計放入樣品溶液中使得波美計懸浮，并記錄數據。

1.2.5 樣品粘度的測定

采用旋轉粘度計測定[7]。

1.2.6 耐高溫α-淀粉酶用量對飴糖質量的影響

準確稱取100 g大米4份，分別裝入500 mL燒杯中，加水比為1∶3，編號為1，2，3，4，調節pH至6.5～7.5，分別添加α-淀粉酶0.3，0.5，0.8，1.0 g，液化15 min。液化完成后迅速過濾，取濾液稀釋測定葡萄糖、麥芽糖、粘度、DE值、波美度。

1.2.7 耐高溫α-淀粉酶作用時間對飴糖質量的影響

稱取100 g大米4份，分別裝入500 mL燒杯中，加水比為1∶3，編號為1，2，3，4，調節pH至6.5～7.5，分別加入1.2.6所確定的最適淀粉酶用量。分別液化8，12，20，24 min，之后的操作同1.2.6。

1.2.8 糖化酶用量對飴糖質量的影響

稱取100 g大米4份，分別裝入500 mL燒杯中，加水比為1∶3，編號為1，2，3，4。分別加入1.2.6所確定的最適淀粉酶用量。液化完成后迅速冷卻到58～62 ℃，同時調節pH至4～4.5。分別加入糖化酶34 ，40，45，50 μL糖化3 h。糖化后過濾，之后的操作同1.2.6。

1.2.9 糖化酶作用時間對飴糖質量的影響

稱取100 g大米4份，分別裝入500 mL燒杯中，加水比為1∶3，編號為1，2，3，4，調節pH至6.5～7.5，加入1.2.6所確定的最適淀粉酶用量。液化完成后迅速冷卻到58～62 ℃，同時調節pH至4～4.5。加入糖化酶50 μL，分別反應2，3，4，5 h。糖化后過濾，之后的操作同1.2.6。

1.2.10 不同的大米和水的比例對飴糖質量的影響

稱取100 g大米4份，分別裝入500 mL燒杯中，編號為1，2，3，4。按加水比為1∶2，1∶2.5，1∶3，1∶3.5進行糊化，加入1.2.6所確定的最適淀粉酶用量，液化12 min。液化完成后迅速冷卻到58～62 ℃，同時調節pH至4～4.5。分別加入50 μL糖化酶液糖化2 h。糖化后過濾，之后的操作同1.2.6。

1.2.11 真空干燥時間對飴糖質量的影響

稱取100 g大米4份，分別裝入500 mL燒杯中，編號為1，2，3，4組。以1.2.10所確定的最適加水比進行糊化，糊化后加入1.2.6所確定的最適淀粉酶用量，液化12 min。液化完成后迅速冷卻到58～62 ℃，同時調節pH至4～4.5。分別加入糖化酶50 μL糖化2 h。糖化后過濾，取濾液進行真空干燥，分別干燥3，4，5，6 h。干燥好后取適當質量的飴糖進行稀釋，之后的操作同1.2.6。

1.2.12 正交實驗設計

通過液化酶用量、糖化酶用量等單因素實驗，選定正交實驗的因素和水平，見表1。正交實驗采用 L8(32)設計，實驗結果見表2。

表1 正交實驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

表2 正交實驗組合表Table 2 Orthogonal experimental combination

根據實驗組合，按1∶3加水比進行實驗，液化酶和糖化酶用量見表2，作用時間分別是12 min和2 h。糖化后過濾，取濾液稀釋測定葡萄糖、麥芽糖、粘度、DE值、波美度。

1.3 數據處理

采用Excel、Origin 9.1等軟件對單因素結果進行分析、作圖，單因素平行實驗進行3組，正交實驗采用平均值及標準差表示[8，9]。

2 結果與分析

2.1 葡萄糖標準曲線的繪制

分別取1 mg/mL葡萄糖標準液0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mL于15 mL試管中，準確加入DNS試劑2 mL，在540 nm波長下測定吸光度，得到標準曲線，見圖1。

圖1 葡萄糖標準曲線Fig.1 Glucose standard curve

2.2 耐高溫α-淀粉酶用量對飴糖質量的影響

耐高溫α-淀粉酶用量對飴糖成分中麥芽糖、葡萄糖、DE值、粘度和波美度的影響實驗結果見圖2和圖 3。

圖2 液化酶用量對麥芽糖、葡萄糖的影響Fig.2 Effect of liquifying enzyme dosage on maltose and glucose

圖3 液化酶用量實驗數據分析Fig.3 Analysis of experimental data of liquifying enzyme dosage

由圖2和圖3可知，酶用量在0.2～1.1 g范圍內，飴糖中麥芽糖的含量隨耐高溫α-淀粉酶用量增加而減少，葡萄糖含量隨耐高溫α-淀粉酶用量增加而減少，DE值隨耐高溫α-淀粉酶用量增加而呈上升趨勢,且在17～28的范圍內。波美度在9～10 °Be′范圍內小幅度變化，當耐高溫α-淀粉酶用量為0.2 g時，液化液中麥芽糖含量最高為15.4 g/L，葡萄糖含量最低為2.6 g/L。

2.3 耐高溫α-淀粉酶作用時間對飴糖質量的影響

耐高溫α-淀粉酶作用時間對飴糖質量影響的實驗結果見圖4和圖5。

圖4 液化酶作用時間實驗數據分析Fig.4 Analysis of action time of liquifying enzyme

圖5 液化酶作用時間實驗數據分析Fig.5 Analysis of action time of liquifying enzyme

由圖 4和圖5可知，在8～12 min時，葡萄糖含量、麥芽糖含量都隨耐高溫α-淀粉酶作用時間延長而增大。在12～24 min時，α-淀粉酶作用時間增長，麥芽糖含量減少，而葡萄糖含量增加，DE值隨耐高溫α-淀粉酶作用時間延長而增大。波美度基本沒有變化。耐高溫α-淀粉酶作用時間在 12 min時麥芽糖達到最大值15.6 g/L。

2.4 糖化酶用量對飴糖質量的影響

糖化酶用量對飴糖質量的影響的實驗結果見圖6和圖7。

圖6 糖化酶用量實驗數據分析Fig.6 Analysis of experimental data of saccharifying enzyme

圖7 糖化酶用量實驗數據分析Fig.7 Analysis of experimental data of saccharifying enzyme

由圖 6和圖7可知，糖化酶添加量為34～45 μL時，麥芽糖的含量隨糖化酶添加量的增加而增大，當糖化酶添加量50 μL時，麥芽糖含量增大，葡萄糖隨著糖化酶的添加量增加而增大，DE值也隨糖化酶量的添加而增大，波美度幾乎沒有變化。

在添加量為34，40 μL時因為糖化酶的添加量不夠，所以麥芽糖和葡萄糖的含量都不多。當酶量增加以后麥芽糖和葡萄糖的含量增加，隨著麥芽糖和葡萄糖量的增加，DE值也增加，粘度也增大。

2.5 糖化酶作用時間對飴糖質量的影響

糖化酶作用時間對飴糖質量的影響的實驗結果見圖8和圖9。

圖8 糖化酶作用時間實驗數據分析Fig.8 Analysis of action time of saccharifying enzyme

圖9 糖化酶作用時間實驗數據分析Fig.9 Analysis of action time of saccharifying enzyme

由圖8和圖9可知，糖化酶作用時間越長，麥芽糖含量越低，但是飴糖中葡萄糖含量越高。DE值和葡萄糖呈同樣的趨勢變化。粘度、波美度幾乎沒有變化。

2.6 不同的料水比對飴糖質量的影響

不同的大米和水的比例對飴糖質量的影響實驗結果見圖10和圖11。

圖10 大米和水比例的實驗數據分析Fig.10 Analysis of experimental data for the ratio of rice and water

圖11 大米和水比例的實驗數據分析Fig.11 Analysis of experimental data for the ratio of rice and water

由圖10和圖11可知，麥芽糖的含量隨大米與水的比例增大而增大，葡萄糖的含量隨大米與水的比例增大而減小，DE值也隨大米與水的比例在減小。波美度隨大米與水的比例增加而減小。加水比會影響淀粉的糊化階段，在糊化階段淀粉加熱吸水膨脹，增加淀粉鏈和液化酶反應的機會，在相同液化時間內淀粉水解所得麥芽糖越多，所得的淀粉糊精就相對比較少，糖化酶作用時所產生的葡萄糖就會比較少。

2.7 真空濃縮時間對飴糖質量的影響

真空濃縮時間對飴糖質量的影響實驗結果見圖12和圖13。

圖12 真空濃縮時間的實驗數據分析Fig.12 Experimental data analysis of vacuum concentration time

圖13 真空濃縮時間的實驗數據分析Fig.13 Experimental data analysis of vacuum concentration time

由圖12和圖13可知，真空干燥時間越長，飴糖中麥芽糖含量越高，葡萄糖的含量也越高，干燥時間越長糖液的粘度越大。但是干燥時間過長也會影響飴糖的色澤，干燥6 h 的飴糖與干燥時間短的飴糖相比較色澤較暗。這是由于糖液長時間置于高溫度下蒸發,易受熱破壞其分子結構、分解和焦化。

2.8 正交實驗的數據分析

通過液化酶用量、糖化酶用量、大米與水的比例等單因素實驗，選定正交實驗的因素和水平，采用L8(32)正交設計，實驗結果見表3。

表3 正交實驗結果表Table 3 Orthogonal experimental results table

續 表

通過對表3正交實驗數據的處理可以分析得出制備飴糖生產工藝條件的最優組合。即在制備飴糖時，飴糖中麥芽糖含量的影響因素，液化酶用量>糖化酶用量。制備飴糖的最適工藝條件：α-耐高溫液化酶用量為0.2 g，作用時間為12 min；糖化酶用量為50 μL，作用時間為2 h ；大米與水的比例為1∶3。

3 結論

在使用大米制作飴糖時，在液化階段，耐高溫α-淀粉酶用量為0.2 g，作用時間為12 min時麥芽糖含量最高。且波美度和DE值有利于后面的糖化、過濾等操作。

在糖化階段糖化酶用量為50 μL,作用時間為2 h時，糖化結束時淀粉溶液的麥芽糖含量最高。

以大米∶水為1∶3，以上述的工藝條件制備飴糖時，所得淀粉漿中麥芽糖含量比較高，也利于控制波美度和DE值。由正交實驗結果分析出制備飴糖時麥芽糖含量最高的工藝條件是：α-耐高溫液化酶用量為0.2 g，作用時間為12 min；糖化酶用量為50 μL，作用時間為2 h；大米與水的比例為1∶3。

對飴糖進行真空干燥的時間對飴糖的麥芽糖含量和葡萄糖含量都有影響，真空干燥6 h所得飴糖中麥芽糖含量較高，并且對飴糖的外觀色澤也有影響。

參考文獻：

[1]黃仲華.日本飴糖生產現狀[J].中國調味品，1983(4)：3-4.

[2]沈祖耀.飴糖和白飴糖的調味營養與保健功能(1)[J].江蘇調味副食品，1997(4)：18-21.

[3]扶雄，羅發興，楊連生.利用木薯酶法生產飴糖[J].食品與發酵工業，2001,27(1)：78-80.

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[5]倪曉燕.飴糖酶法生產[J].安徽科技，2000(5)：29.

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[8]GB/T 22235-2008，液體粘度的測定[S].

[9]李云雁，胡傳榮.試驗設計與數據處理(第2版)[M].北京：化學工業出版社，2008.