发酵生产中玉米淀粉糖化的优化
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摘 要：在实际发酵生产中，需要麦芽糖和葡萄糖作为原料，为了通过液化玉米淀粉快捷的得到发酵生产原料麦芽糖和葡萄糖，本文研究得出结论：①在原有生产用酶基础上补加麦芽糖复合酶可以提高麦芽糖和葡萄糖糖含量；②将糖化时间缩短至6.5h，得到的麥芽糖和葡萄糖含量与糖化12h以上得到的含量差别不大。此实验对生产有指导意义，能提高麦芽糖和葡萄糖含量，减少能耗，降低成本。
关键词：麦芽糖复合酶；玉米淀粉；葡萄糖；麦芽糖；糖化时间
作为一家原料药生产企业，寻找合适的发酵原料尤其重要。既需要关注原材料本身能否被微生物利用，也需要注意原料成本。麦芽糖浆由于麦芽糖含量高，葡萄糖含量低，糖浆无色透明，黏性大，增稠性强，甜味适口，甜度只有蔗糖的三分之一，不参加胰岛素代谢，吸湿性低，抗结晶性好等显著特点，在食品、医药、化妆品行业中得到广泛应用。根据麦芽糖浆中麦芽糖含量的高低，麦芽糖浆可分为普通麦芽糖浆、高麦芽糖浆和超高麦芽糖浆。麦芽糖质量分数在60%以下的麦芽糖浆为普通麦芽糖浆，麦芽糖质量分数在60%～70%之间称为高麦芽糖浆，麦芽糖质量分数70%以上称为超高麦芽糖浆[1]。我公司主要需要普通麦芽糖浆，同时液化糖中含有少量葡萄糖也可替代纯葡萄糖原料。
麦芽糖和葡萄糖作为企业生产的一种重要原料，如果直接购买成品，原料成本过高，不利于企业发展。通过查阅文献，叶玲玲等人研究了挤压玉米粉制备高麦芽糖浆，挤压与酶法共用，进一步提高麦芽糖收率。周家华等人研究了Maltogenase（麦芽糖生成酶）与β-淀粉酶合用可以降低麦芽三糖及麦芽三糖以上成分，制成超高麦芽糖[2-3]。叶红玲，张云茹、杨倩雯等人研究了全酶法生产麦芽糖，发现糖化酶的选择和应用直接影响糖化过程麦芽糖的得率。采取先加β-淀粉酶，后加适量的α-淀粉酶，能使糖化产品的麦芽糖含量提高[4-5]。本文主要研究了两个方面：在原有生产基础上补加麦芽糖复合酶，看能否提高麦芽糖含量；研究糖化时间对麦芽糖和葡萄糖含量的影响。
1 材料与方法
1.1 试验材料
食用玉米淀粉，秦皇岛骊骅淀粉有限公司生产；真菌α-淀粉酶（复配型）、普鲁兰酶、麦芽糖复合酶均为烟台麦特尔生物技术有限公司生产；诺维信耐高温α-淀粉酶为苏州宏达制酶有限公司生产；硫酸和甲醇均为天津利密欧化学试剂有限公司生产；一水麦芽糖标准品，上海广锐生物科技有限公司生产；葡萄糖标准品，上海楚定分析仪器有限公司生产。
1.2 试验仪器
150 L发酵罐（带有搅拌装置、蒸汽、空气系统，升降温系统）为温州建集工业设备压力容器制造有限公司制造；Ultimate 3000 示差折光检测器，Aminex HPX-87H column色谱柱，柱温箱，均为赛默飞世尔科技有限（中国）公司制造；Legend micro21 高速离心机为赛默飞世尔科技有限（中国）公司制造；移液枪，大龙兴创实验仪器有限公司生产；针筒式滤膜过滤器，天津津腾实验设备有限公司生产；DS-671电子计重称秤，上海寺冈电子有限公司生产；MS105 梅特勒—托利多分析天平，梅特勒—托利多国际有限公司生产。
1.3 试验流程
1.4 配制标准品溶液
用分析天平准确称取一水麦芽糖标样0.5263g和葡萄糖标样0.5000g，分别用50mL容量瓶溶解配制成10g/L的麦芽糖标准溶液和10g/L的葡萄糖标准溶液，然后与流动相制作混合标样。总体积为1500μl。
1.5 制作标准曲线
流动相0.005mol/L硫酸，现配。取淀粉糖化后上清液于高速离心机离心，12000rpm，5分钟。将离心后的上清液用0.005mol/L硫酸进行稀释10倍，利用示差折光检测器测定，小型针管进样，流速0.5mL/min，柱温50℃。制作标准曲线，见图1。
1.6 试验方法
称取一定量的耐高温α-淀粉酶，真菌α-淀粉酶（复配型）、普鲁兰酶，放在低温或阴凉处备用。用电子秤称取一定量的食用玉米淀粉，常温下加水溶解至150L试验罐内，定容至50～60L，开启搅拌约30分钟，让淀粉充分溶解，加入耐高温α-淀粉酶。
淀粉搅拌均匀后开始升温，直至温度达到90℃，保温10～15min。保温结束后再次升温至115℃，保温10～15分钟。然后开启循环水降温，直至温度降到55～60℃。加入两种酶：真菌α-淀粉酶（复配型）、普鲁兰酶，将温度控制在55～60℃开始糖化。糖化12h取样测麦芽糖和葡萄糖含量。
取一定量的糖化液，离心后取上清液，用流动相稀释，然后经0.22μm针筒式滤膜过滤器过滤稀释液，得到待测液，采取手动进样。
2 试验过程
2.1 糖化时加入麦芽糖复合酶后对比糖化效果
温度降到55～60℃，加入两种酶：真菌α-淀粉酶（复配型）、普鲁兰酶，糖化12h取样测麦芽糖和葡萄糖含量，重复三次试验。
温度降到55～60℃，加入三种酶：真菌α-淀粉酶（复配型）、普鲁兰酶，麦芽糖复合酶，糖化12h取样测麦芽糖和葡萄糖含量，重复三次试验。对比结果见表1。
通过表2可以看出，糖化时加入麦芽糖复合酶可以提高麦芽糖和葡萄糖含量，其中麦芽糖含量增加更明显。真菌α-淀粉酶又名α-1，4-D-葡聚糖水解酶，该酶为内切淀粉酶，可以迅速水解胶凝淀粉、直链淀粉和支链淀粉水溶液内部的α-1，4葡萄糖苷键，产生可溶性糊精及少数麦芽糖和葡萄糖。普鲁兰酶主要是能够专一切开支链淀粉和糖原等分支点的1，6糖苷键，从而剪下整个侧支，形成长短不一的直链淀粉。麦芽糖复合酶主要是含有α-葡萄糖苷酶和大麦β-淀粉酶。其中α-葡萄糖苷酶能将麦芽糖的α-1，4葡萄糖苷键水解。
所以在原有生产基础上补加麦芽糖复合酶，可以让不同效果，不同作用位点的酶协同作用，提高糖化效率。
2.2 糖化时间优化
在新加入麦芽糖复合酶基础之上研究糖化时间，分别在3h，3.5h，4h，4.5h，5h，5.5h，6h，6.5h，7h，7.5h，8h，9h，10h，12h取样测麦芽糖和葡萄糖含量，测得结果绘成曲线。
随着糖化时间的延长，3h-6.5h时间段内，麦芽糖和葡萄糖含量明显增加。6.5h后麦芽糖含量仍在继续增加，但是增加幅度变小。6.5h后葡萄糖含量增加缓慢，几乎不变。考虑到实际生产中是使用大型发酵罐来液化淀粉，糖化时间过长会增加设备运行成本，包括发酵罐本身损耗，电力、蒸汽、冷却水的浪费。此前发酵生产糖化时间都超过12h，时间长，需要发酵罐持续运转，耗能大，对企业生产不利。通过此次试验，可以将生产中淀粉糖化时间规定在6.5h，这样得到的麦芽糖作为发酵原料，葡另外萄糖可替代部分纯葡萄糖原料，节约成本，使生产效益最大化。
本试验采用Excel表格统计数据和作图。
3 结论
本次试验研究表明，原有生产用酶基础上补加麦芽糖复合酶，可以提高麦芽糖和葡萄糖。含量玉米淀粉糖化时间定在6.5h得到的麦芽糖和萄糖与糖化12h以上得到的两种糖含量差别不大，因此可以改变大型发酵罐以往糖化12h以上的工艺条件，将糖化时间减少至6.5h，可以减少设备损耗，降低动力成本。此试验对实际生产具有指导意义。
参考文献：
[1]刘星，林亲录，阳仲秋，程小续.高麦芽糖浆研究进展[J].食品科技，2010，35（06）：98-101.
[2]叶玲玲.挤压玉米粉制备高麦芽糖浆的试验研究[D].哈尔滨：东北农业大学，2013.
[3]周家华，罗发兴，张力田.超高麦芽糖浆的生产[J].食品与发酵工业，1994（05）：39-43.
[4]叶红玲.全酶法制备超高麦芽糖浆工艺的研究[D].合肥：安徽农业大学，2010.
[5]张云茹，范守城，范首君，霍丹群.全酶法生产高麦芽糖浆及其工艺研究[J].中国粮油学报，2006（02）：23-26.
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