高速均質剪切對淀粉糖液化液糖分組成和分子量分布的影響*

郭 峰 徐正康 羅建勇 周彥斌 陳文鋒 葉曉蕾 李海燕 陳志穎

（廣州雙橋股份有限公司，廣東廣州 510280）

淀粉液化液是淀粉不完全水解產物，通常DE（還原糖占糖漿干物質的百分比）值小于20，葡萄糖含量很低，可用于制備麥芽糊精，亦可繼續糖化制取其他淀粉糖。液化液的功能性質與DE 值、糖分組成、分子量分布等密切相關，即使同一DE 值的液化液，由于生產工藝、原料的不同，其在糖分組成和分子量分布方面存在一定的差異，導致液化液進一步糖化制得的糖漿產品具有不同的特性，對此，僅僅通過DE 值不能全面反映產品的質量水平。目前，淀粉糖漿的生產通常采用高溫噴射液化工藝，存在高溫液化酶作用迅速、產品分子量分布廣、穩定性不易控制等缺點。本文在耐高溫α- 淀粉酶和高溫噴射液化基礎上，再通過高剪切均質機的黏性切應力、湍流應力與酶解作用協同完成二次液化，將長鏈糊精分裂、破碎、分散，實現對淀粉液化產物糊精組成分布的控制。采用高效液相色譜與凝膠過濾色譜相結合的分析手段，研究生物酶解協同高速均質剪切對淀粉糖液化液糖分組成和分子量分布的影響，在此基礎上進一步研究這種不同對糖化過程的影響，為淀粉糖的生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

食用玉米淀粉：吉林中糧生化能源銷售有限公司。

1.2 試劑

二甲亞砜、氯化鈉、苯酚、濃硫酸，市售。

1.3 主要儀器設備

FM30-D 實驗室間歇式高剪切分散乳化機，上海弗魯克科技發展有限公司；515 高效液相色譜儀、2414 折光示差檢測器，Waters 公司；HL-2 恒流泵、SBS-160 型自動部分收集器，上海滬西分析儀器廠；GZX-9246 MBE 型數顯鼓風干燥箱，上海博迅實業有限公司醫療設備廠；Lambda 紫外- 可見分光光度計，美國珀金埃爾默股份有限公司PERKINELMER；ML204 型電子分析天平，梅特勒- 托利多儀器有限公司；simplicity UV 型超純水系統，美國密理博有限公司；臺式離心機LD4-2A，上海久濱儀器有限公司。試驗用器皿均用15%硝酸浸泡24 h，超純水沖凈晾干后備用。

1.4 試驗方法

1.4.1 液化液制備

將玉米淀粉加水配制成18°Bé 的淀粉乳，調節pH 值至5.8，加入α- 淀粉酶（占玉米淀粉質量的0.03%）進行連續噴射液化，出口溫度為106 ℃～108 ℃，維持5 min，閃蒸降溫后補加α- 淀粉酶（占玉米淀粉質量的0.02%），維持100 ℃至DE 值9～10，得到液化液。

1.4.2 高速均質剪切對液化液的影響

1.4.2.1 高速均質剪切速率對液化液的影響

取制備好的淀粉液化液5 份，每份2 L，第1份加4%HCl 滅酶，計作樣品1；3 份樣品經高速剪切分散乳化機進行剪切分散，其中，第2 份樣品剪切轉速6 000 r/min，剪切8 min，加4% HCl 滅酶，計作樣品2；第3 份樣品剪切轉速8 000 r/min，剪切8 min，加4%HCl 滅酶，計作樣品3；第4 份樣品剪切轉速10 000 r/min，剪切8 min，加4% HCl滅酶，計作樣品4；第5 份樣品不剪切，靜置8 min后加4%HCl 滅酶，計作樣品5。

1.4.2.2 高速均質剪切時間對液化液的影響

取制備好的淀粉液化液5 份，每份2 L，第1份加4% HCl 滅酶，計作樣品6；其余4 份經高速剪切分散乳化機進行剪切分散，剪切轉速均為6 000 r/min，第2 份樣品剪切6 min，加4% HCl滅酶，計作樣品7；第3 份樣品剪切8 min，加4%HCl 滅酶，計作樣品8；第4 份樣品剪切10 min，加4%HCl 滅酶，計作樣品9；第5 份樣品剪切12 min，加4%HCl 滅酶，計作樣品10。

1.4.3 凝膠過濾色譜

1.4.3.1 樣品制備

50 mg 樣品溶于1 mL 二甲亞砜，完全溶解后蒸餾水定容至50 mL，2 000 r/min 離心10 min，取上清液。

1.4.3.2 色譜條件

SephadexG-25、Sephadex G-150（1.6×60 cm）；上樣量：1 mL；洗脫液：0.05 mol/L 氯化鈉；洗脫速度：14.4 mL/h；收集時間：20 min/管。

1.4.3.3 檢測

苯酚- 硫酸法測總糖：1 mL 樣品與1 mL5%苯酚液混合，加入5 mL 濃硫酸，冷卻至室溫后于490 nm 比色。

1.4.4 高效液相色譜

1.4.4.1 樣品制備

1.5g 樣品溶于100 mL 純水中，完全溶解搖勻后經孔徑0.45 μm 尼龍微孔膜過濾，取濾液進樣。

1.4.4.2 色譜條件

色譜柱：Bio-Rad Aminex HPX-42A，7.8×300 mm；流動相：純水；柱溫：85 ℃；流速：0.6 mL/min；進樣體積：20 μL。

1.4.5 高速均質剪切對糖化液的影響

取制備好的淀粉液化液3 份，每份2 L，第1 份加4%HCl 滅酶，計作樣品11；其余2 份樣品經高速剪切分散乳化機進行剪切分散，其中，第2 份樣品剪切轉速6 000 r/min，剪切10 min，加4%HCl 滅酶，計作樣品12；第3 份樣品剪切轉速8 000 r/min，剪切10 min，加4%HCl 滅酶，計作樣品13。將上述3 份液化液的溫度調節至60 ℃±0.2 ℃、pH 調節至5.2，加入玉米淀粉質量0.08%的β- 淀粉酶和玉米淀粉質量0.04%的普魯蘭酶，保溫20 h，升溫至84 ℃±2 ℃，保溫1 h 后，測定糖化液的糖分組成。

2 結果與討論

2.1 高速均質剪切對液化液的影響

2.1.1 高速均質剪切速率對液化液的影響

剪功速率對液化液樣品糖分組成的影響見表1。由表1 可知，樣品2 至樣品4，較樣品1 而言，G1～G8含量都隨剪切速率的增大而增大，G9、G10及以上含量，隨剪切速率的增大而減小，表明高速均質剪切對淀粉糖液化液組分有明顯作用，可以進一步使多糖降解；樣品5 的G2、G4、G9、G10及以上含量較樣品1 大，其余各組分均相同或略小，這是由于在靜置過程中，液化液中某些糖組分發生降解和聚合反應所致。

剪切速率對液化液樣品分子量、聚合度的影響結果見表2。

表1 剪切速率對液化液樣品糖分組成的影響

表2 剪切速率對液化液樣品分子量、聚合度的影響

由表2 可知，樣品2 至樣品4，較樣品1 而言，液化液分子量Mn、Mw、聚合度D 都隨剪切速率的增大而減小，表明隨著高速均質剪切速率的增大，液化液分子量分布更加均勻。

2.1.2 高速均質剪切時間對液化液的影響

剪切時間對液化液樣品糖分組成的影響見表3。由表3 可知，樣品7 至樣品10，與對照樣品6 相比，G1～G8含量都隨剪切時間的延長而增大，G10及以上含量，隨剪切時間的延長而減小；樣品7 至樣品10，G9含量隨剪切時間的延長而降低。剪切時間對液化液樣品分子量、聚合度的影響見表4。由表4 可知，樣品7 至樣品10，較樣品6 而言，液化液分子量Mn、Mw、聚合度D 都隨剪切時間的延長而減小，表明隨著高速均質剪切時間的延長，液化液分子量分布更加均勻。由表3、表4 的數據可知，剪切時間達到10 min 后，高速均質剪切對液化液糖分組成的影響趨于平緩。

表3 剪切時間對液化液樣品糖分組成的影響

表4 剪切時間對液化液樣品分子量、聚合度的影響

2.2 高速均質剪切對糖化液的影響

本文選用糖化后糖組分作為考察對象，采用高效液相色譜分析其糖分組成，進一步研究了高速均質剪切對淀粉糖質量的影響，結果見表5。

表5 樣品糖化液糖分組成測定結果

由表5 可知，經過高速均質剪切的液化液樣品12、樣品13，與對照樣11 比較，糖化液中單糖、二糖、三糖、四糖都有所增加，五糖及以上含量小于對照樣，這充分說明液化液的分子量分布均勻、分子大小差別小更有利于糖化的進行。

3 結 論

試驗結果表明，高速均質剪切對淀粉糖液化液糖分組成、分子量分布及淀粉糖質量均有一定的影響，這對于指導具有特定功能性質的淀粉糖品的生產和應用有著積極的作用，可以通過高速均質剪切改善淀粉液化效果，為糖化提供比傳統工藝更適合的底物，底物分子數量增多，尾端基增多，使糖化、轉苷反應效率得以提高。