挤压酶解技术制备碎米淀粉糖

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随着淀粉糖、玉米酒精等深加工产品的大幅增长,我国玉米原料的消费量也随之大幅度增长,从而使我国玉米产量处于供不应求阶段,这也从根本上抑制了淀粉糖行业的快速增长。为此,本项目是以来源较广的水稻加工副产物——碎米为原料生产淀粉糖浆,以减少玉米淀粉的使用量、缓解玉米原料的不足,同时提高水稻的附加值为研究目的,将挤压技术与酶解技术相结合来提高淀粉糖的生产效率,同时又增加了淀粉糖的种类;确定碎米淀粉糖生产的关键工艺参数,并测定碎米糖浆的相应理化性质。主要研究结果如下:1.挤压预处理对碎米结构及特性的影响。碎米在含水率17%,115℃,140rpm的条件下进行挤压预处理后,碎米的酶解消化力提高了25%以上,这与挤压处理后碎米的成分结构特性的显著变化有很大的关系。挤压处理后碎米基本成分中的直链淀粉和支链淀粉的比例发生了显著的变化,直链淀粉从18.32%升高到26.75%,支链淀粉从68.92%降低到59.17%,支链淀粉与直链淀粉的比例由原来的3.8﹕1变成了2.2﹕1;蛋白质和脂肪等成分也有了一定程度的减少。通过扫描电镜法、X-射线衍射分析法对碎米挤压前后颗粒的形态学及晶体结构进行观察分析后发现,挤压后碎米几乎不存在完整的颗粒形状,分布较紧密,颗粒之间被挤压聚集在一起,表面呈不规则的类似鳞片形状;碎米颗粒晶体结构分别在15°、17°、18°和23°附近的特征峰明显被破坏,但在13°和20°处出现了两个相对较小的杂峰;碎米颗粒的结晶度由原来的23.19%减少到6.35%。流变特性结果表明相同的剪切速率下,经挤压处理后碎米糊的剪切应力明显小于未处理的碎米糊剪切应力,且碎米糊的剪切稀化现象出现的更快,更剧烈。挤压处理后碎米的糊化特性发生了显著的变化,其终值粘度、回生值、衰减值、糊化温度和峰值时间分别从2343cP、1209cP、446cP、78.8℃和5.82min降低到114cP,49cP,94cP,55.0℃和1.85min。挤压碎米的膨胀力明显低于原碎米,而溶解度显著高于原碎米的溶解度。2.以挤压处理后的碎米米粉(即挤压米粉)为原料,以中温α-淀粉酶和糖化酶为酶制剂,进行酶水解制备碎米糖浆。由单因素试验得到的优化参数为:液化时,液化酶的最适温度为65℃、pH6.5~6.6,底物浓度为20%,时间控制在15min,同时每克酶加入1mM的CaCl2量;糖化酶的最适pH为4.5~4.7。通过中心旋转组合正交试验表明,液化酶添加量(x1)、糖化酶添加量(x2)、糖化温度(x3)和糖化时间(x4)四个因素对糖化液DE值影响显著,且影响顺序依次为x2>x4>x3>x1;双酶法制备碎米淀粉糖的最佳酶解工艺条件为:α-淀粉酶为10.30U/g,糖化酶为80.02U/g,糖化温度为58.8℃,糖化时间为55.6min。在此条件下,制备中转化糖浆的预测值DE值为42%,实际测得的转化糖浆DE值为44.09%,实际值与预测值之间的相对误差为0.47%(p<0.5),差异不显著,所得回归模型拟合情况良好,达到设计要求。3.采用离子交换树脂对碎米进行纯化处理。处理后糖浆的透光度达到了98.7%,比未处理糖浆的透光度增加了21%,脱盐效果达到了80%以上,pH由4.6升高到6.3。4.通过高效液相色谱仪对纯化后的碎米转化糖浆的成分进行分析。与原碎米直接酶解制备近似相同DE值时的转化糖浆相比,挤压处理后的碎米制备出的转化糖浆中的成分基本相同,主要包括葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖和麦芽六糖及其以上的糖分,挤压碎米转化糖浆中各成分含量分别为16.53%,25.81%、17.42%和29.56%,葡萄糖和麦芽六糖及其以上的糖分含量相对前者分别减少了5.51%和5.19%,而麦芽糖和麦芽三糖含量相对增加了8.94%和3.63%。通过差量法、质构、DSC及吸光度等方法对糖浆的理化性质进行测定分析后得知:挤压碎米转化糖浆具有良好的保湿性和吸湿性;挤压碎米糖浆的稠度及黏结性相对减小,且粘度受温度影响较大;热稳定性相对较低;与谷氨酸钠反应的褐变度相对差些。
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