响应面法优化玉米淀粉糖化条件的研究图文精.docx

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响应面法优化玉米淀粉糖化条件的研究图文精

食品工业科技

工艺技术

ScienceandTechnologyofFoodIndustry

206　2009年第01期

响应面法优化玉米淀粉糖化条件的研究

衣海龙,郭德军3

刘文芝,彭　超

（黑龙江八一农垦大学食品学院,黑龙江大庆163319

摘　要:

以DE值为指标,采用响应面法对玉米糖浆生产过程中糖化阶段的工艺条件进行研究。

最后的优化结果为:

真菌淀粉酶添加量为612u/g干基淀粉、普鲁兰酶添加量为3011u/g干基淀粉、糖化温度5512℃、糖化pH为515,该条件下得到的最大DE值为61176%。

在糖化6~9h时,DE值在45%~60%内,符合啤酒糖浆的DE值范围。

关键词:

糖化,玉米淀粉糖浆,酶

Studyonoptimizationofthesaccharificationtechnologyof

cornstarchsyrupbyresponsesurfacemethod

YIHai2long,GUODe2jun3

LIUWen2zhi,PENGChao

（FoodCollege,HeilongjiangAugustFirstLandReclamationUniversity,Daqing163319,China

Abstract:

TakingDEvalueastheevaluatingindex,thesaccharificationtechnologyofcornstarchsyrupwasoptimizedbyresponsesurfacemethod1Theoptimizedtechnologyparameterswere:

theamountsoffungusamylasewere612u/g,theamountsofpullulanasewere3011u/g,saccharificationtemperaturewas5512℃,saccharificationpHwas5151Underthisconditions,themaxDEvaluewas61176%,andaftersaccharified6~9h,theDEvalue45%~60%1

Keywords:

saccharification;cornstarchsyrup;enzyme

中图分类号:

TS23612　　　　文献标识码:

A　　　　文章编号:

1002-0306（200901-0206-03收稿日期:

2008-05-22　3通讯联系人

作者简介:

衣海龙（1982-,男,硕士研究生,研究方向:

食品营养与

安全。

基金项目:

黑龙江省科技厅资助项目。

　　啤酒是一种深受大众喜爱的富含营养的低醇饮料。

自啤酒出现以来,我国对啤酒的需求一直持续上涨,而且随着国民经济的发展,消费升级时代的到来,啤酒等以往非主流食品消费量得到大幅提升。

同时,我国巨大的农村市场还未充分挖掘,还有大量未开发的消费群体。

有巨大的潜在消费力作保证,啤酒行业的增长趋势将会得到延续。

随着我国啤酒产量的增长,麦芽的需求量也急剧增加。

由于国产啤酒大麦无法满足生产的需要,这样一些啤酒企业必须依赖于进口的大麦。

近几年我国年均进口大麦约200万t,约占消耗啤酒大麦的69%,这样势必会引起成本的提高。

在市场竞争越来越激烈的情况下,如何降低成本、提高利润,是众多啤酒企业所面临的问题。

我国有着丰富的玉米资源,以玉米淀粉

作为糖浆[1]

的原料来源相当广泛。

并且玉米具有丰富的营养价值,含有人体所必需的不饱和脂肪酸,并含有抗癌因子,具有一定的保健作用。

所以,在啤酒酿造中添加玉米糖浆既可降低生产成本,缩短酿造周期,又可改善原料的利用率,改善啤酒的品质,为啤酒行业带来了巨大的经济效益;同时还可以延长

玉米深加工的产业链,降低啤酒的生产成本,为企业开发新的经济增长点。

1　材料与方法

111　实验材料

玉米淀粉　黑龙江龙凤玉米开发有限公司;耐高温α-淀粉酶（20000u/mL　肇东日成酶制剂有限公司;真菌淀粉酶（20000u/mL　山东隆大生物工程有限公司;普鲁兰酶（1000ASPU/g　无锡杰能科生物工程有限公司。

112　实验方法

11211　淀粉酶活力的测定　DNS比色法[2]

。

11212　DE值的测定　采用斐林试剂法（GB/T12099-89

[3]

。

2　结果与讨论

211　液化终点的研究

DE值（还原糖占总干物质的百分比表示了淀

粉的液化程度[4]

。

如果DE值过低,液化液粘度大,溶液容易老化,不易过滤,不利于糖化的进行;DE值也不宜过高,因为在糖化时加入糖化酶,酶与底物生成络合结构,若DE值过高,不利于络合结构的生成,从而降低糖化效率。

液化程度应在以碘试反应呈现碘本色的前提下,DE值越低越好。

本实验通过碘试反应,确定液化终点DE值应在15%左右。

212　糖化工艺条件的研究

21211　真菌淀粉酶加酶量　真菌淀粉酶对糖化DE

工艺技术

食品工业科技

Vol.30,No.01,2009

2009年第01期207

　值的影响见图1。

由图可见,当糖化至DE值为45%

左右时,DE值趋于平稳,而不再增加。

当真菌淀粉酶添加量为2、4u/g时,DE值到达最大的时间较长;添加量在6、8、10u/g糖化12h时,DE值分别为4514%、45146%、45179%,可见相差无几。

综合考虑实际生产的成本问题,故确定真菌淀粉酶的添加量为6u/g干基淀粉

。

图1　真菌淀粉酶对DE值的影响

21212　普鲁兰酶的添加量　

普鲁兰酶的添加量对糖

化DE值的影响见图2。

由图可见,当普鲁兰酶的加

入量达到30u/g干基淀粉以后,DE值不再增加。

当使用真菌淀粉酶单独作用时,糖化12h后DE值达到最大值4514%;但是在加入了普鲁兰酶之后,糖化10h时DE值即达到最大值5514%。

可见普鲁兰酶的加入不仅提高了DE值,而且大大缩短了糖化时间。

分析其原因是普鲁兰酶可以水解淀粉链中的α-1,6糖苷键,而使糖化液中的还原糖的量有所增加。

图2　普鲁兰酶对DE值的影响

21213　糖化pH　糖化pH对DE值的影响见图3。

由图可见,当pH为515时,DE值达到最大6114%。

图3　糖化pH对DE值的影响

21214　糖化温度　糖化温度对DE值的影响见图4。

由图可见,当糖化温度为55℃时,DE值达到最大值

5618%。

213　糖化条件的响应面优化结果

根据单因素实验所确定的水平范围,分别以真菌淀粉酶的添加量、普鲁兰酶的添加量、糖化温度和糖化pH为因素,以DE值为指标,做四因素五水平的二次回归正交旋转组合设计实验,因素水平见表1。

图4　糖化温度对DE值的影响

表1　因素水平编码表

水平

因素X1真菌淀粉酶添加量（u/gX2普鲁兰酶

添加量

（u/g

X3糖化温度（℃X4糖化pH

28356061017321557155175063055515-152********125-242550510　　以SASSystem812程序为辅助手段进行分析,得到回归方程为:

Y=621033333+01558333X1+01883333X2-01025000X3-01466667X4-01010417X1X1-01225000X1X2-11085417X2X2+01312500X1X3+01225000X3X2-11010417X3X3+01625000X1X4+01562500X4X2-01450000X3X4-11435417X4X4。

通过SASSystem812程序分析得到的最优糖化条件如表2所示。

表2　糖化条件优化及其最优条件下的DE值因素

标准化非标准化

最大DE值

真菌淀粉酶添加量0111524261230484普鲁兰酶添加量01188957301944786糖化温度

01038278551191388pH

-010*********

621275376

　　以最佳组合参数为标准进行验证实验,真菌淀

粉酶添加量为612u/g干基淀粉、普鲁兰酶添加量为3011u/g干基淀粉、糖化温度为5512℃、糖化pH为515,该条件下得到的最大DE值为61176%。

214　响应面分析

采用降维的分析方法,固定其中两个因素为0水平（即编码水平为Xi=Xj=0,则可得到另外两个因素与糖化DE值的关系。

由方差分析可知,X2、X4之间的交互作用显著。

令X1=0、X3=0,得到普鲁兰酶的添加量和pH交互效应的方程为:

Y=621033333+01883333X2-01466667X4-11085417X2X2+01562500X2X4-11435417X4X4响应面图如图5所示。

由图5可知:

当普鲁兰酶的添加量处于编码范围值（-215,015、糖化pH在编码范围值（-215,-012时,两者存在显著的增效作用,DE值随着普鲁兰酶的添加量和糖化pH的上升而增加。

当普鲁兰酶的添加量在编码值为015、糖化pH为-012时,两者的协同作用达到最大。

当普鲁兰酶的添加量处于编码范围值（015,215、糖化pH在编码范围值（-012,215时,DE值随着普鲁兰酶的添加量和糖化pH的增加而减小,两者存在明显的拮抗作用。

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208　2009年第01

期

图5　普鲁兰酶添加量与pH交互关系的响应面图

215　糖化时间的确定

通过二次回归正交旋转组合实验优化得出最佳组合:

真菌淀粉酶添加量为612u/g干基淀粉、普鲁兰酶添加量为3011u/g干基淀粉、糖化温度为5512℃、糖化pH为515,DE值随时间变化的结果如图6所示

。

图6　糖化时间对DE值的影响

由图6可以看出,糖化6~9h时,DE值在

45%~60%内,达到了啤酒糖浆的DE值范围。

3　结论

通过单因素实验明确了影响糖化DE值的四个因素:

真菌淀粉酶添加量、普鲁兰酶添加量、糖化温度和糖化pH对DE值影响的变化规律。

并通过二次

回归正交旋转组合实验优化了四个因素在玉米淀粉糖化过程中的最佳参数,从而确定了最佳糖化条件。

最终研究结果表明:

真菌淀粉酶添加量为612u/g干基淀粉、普鲁兰酶添加量为3011u/g干基淀粉、糖化温度为5512℃、糖化pH为515,该条件下得到的最大DE值为61176%。

糖化6~9h时,DE值在45%~60%内,达到了啤酒糖浆的DE值范围。

参考文献:

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685

~6871

[9]JohnChantler1Thirdgenerationbrewersadjunctandbeyond[J]1MBAATechnicalQuarterly,1990,27:

24~261

（上接第205页

表4　大豆乳清蛋白饮料检测结果

检验项目名称

质量标准检测结果备注总砷（以As计,mg/L

实测<0105委托检测铅（Pb,mg/L实测<0105委托检测铜（Cu,mg/L实测<015委托检测蛋白质（g/100mL实测011委托检测菌落总数（cfu/mL实测<10委托检测大肠菌群（MPN/100mL实测<3委托检测霉菌和酵母（cfu/mL实测<10委托检测致病菌（沙门氏菌、志贺氏菌、金黄色葡萄球菌

实测未检出委托检测

总糖（g/L实测918委托检测

酸度（g/L

实测

210

委托检测

3　结论

本实验采用10%体积的活性炭,在45℃水浴中

保温30min,脱色、脱嗅并选择流速为4128mL/min进行离子交换脱盐后,经最优配方A2B2C1即2g/L（苹果酸∶柠檬酸=1∶1混合酸、8%蔗糖、0101%黄桃香精,并加入01004g/kg的柠檬黄色素调配后,得到酸甜适口、色泽一致的黄桃味乳清蛋白饮料。

该饮料略有沉淀,建议摇匀后饮用。

该饮料的蛋白质含量,酸度、糖度、砷、铅、铜含量以及微生物指标均符合ZBX51002-89标准。

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