普魯蘭酶在制備麥芽糖漿中的應用研究

曹玉華，王關斌，李玉珍，杜瑞鋒，黃偉紅，李 杰

(山東福田藥業有限公司，山東禹城 251200)

麥芽糖屬于雙糖類，它是白色針狀結晶，高純度結晶麥芽糖產品工藝復雜，目前國內市場上的麥芽糖產品主要是麥芽糖漿，根據麥芽糖含量的高低，麥芽糖漿可分為普通麥芽糖漿、高麥芽糖漿和超高麥芽糖漿。麥芽糖含量在60%以下的麥芽糖漿為普通麥芽糖漿，麥芽糖含量在60%～70%之間的為高麥芽糖漿，麥芽糖含量在70%以上的為超高麥芽糖漿。在我國，麥芽糖漿特別是超高麥芽糖漿的開發和應用越來越受到重視，特別是由于其具有熬糖溫度高，抗結晶性好，不易返砂等特點，在糖果行業、糕點行業備受青睞。

普魯蘭酶是一種脫支酶，能夠專一性切開支鏈淀粉分支點中的α－1，6糖苷鍵，是一種在低pH值下應用的熱穩定脫支酶，普魯蘭酶與其他淀粉酶協同作用，使食品質量提高，降低糧耗，節約成本，減少污染。與糖化酶一起使用，可用液化淀粉漿來生產麥芽糖漿，但在目前的生產工藝中，需要添加其他酶制劑，多酶協同作用生產高麥芽糖漿，這不僅增加了成本，還給后序處理帶來一定的困難，本文就是以淀粉液化液為原料，本著減少酶制劑使用量、降低成本的目的，研究了普魯蘭酶與β－淀粉酶雙酶協同作用在酶解過程中對麥芽糖含量的影響，確定了普魯蘭酶與β－淀粉酶的最佳添加比例，制備出了較高含量的麥芽糖，具有一定的經濟價值和社會效益。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

淀粉液化液，山東福田藥業有限公司;普魯蘭酶1#、普魯蘭酶2#、β－淀粉酶，山東隆科特酶制劑有限公司;麥芽糖標準品(色譜級)，美國Sigma公司。

1.2 儀器與設備

水浴恒溫振蕩器，型號:SHA－C，江蘇金壇市中大儀器廠;液相色譜儀，型號:CTO－20A，日本島津公司。

1.3 方法

調液化液pH后，控制一定的酶解溫度，添加一定量的β－淀粉酶，分別添加兩種不同的普魯蘭酶1#、2#，比較兩種普魯蘭酶的酶解效果。

1.3.1 取效果好的普魯蘭酶，進行單因素實驗

1.3.1.1 β－淀粉酶添加量對麥芽糖含量的影響

取液化液，調pH值5.5后，加入1 kg/tds液化液的普魯蘭酶，控制酶解溫度60℃，β － 淀粉酶添加量分別為0.5、1、1.5、2、2.5 kg/tds液化液進行酶解。

1.3.1.2 普魯蘭酶添加量對麥芽糖含量的影響

取液化液，調pH值5.5后，加入1kg/tds液化液的β－淀粉酶，控制酶解溫度 60℃，普魯蘭酶添加量分別為 0.5、1、1.5、2、2.5 kg/tds液化液進行酶解。

1.3.1.3 酶解液pH值對麥芽糖含量的影響

取液化液，調 pH 值分別為 4.5、5.0、5.5、6.0、6.5 后，分別加入1 kg/tds液化液的普魯蘭酶和β－淀粉酶，控制酶解溫度60℃，進行酶解。

1.3.1.4 酶解溫度對麥芽糖含量的影響

取液化液，調pH值5.5，分別加入1 kg/tds液化液的普魯蘭酶和 β － 淀粉酶后，控制酶解溫度分別為 45、50、55、60、65℃進行酶解。

1.3.2 正交實驗設計

以單因素實驗結果為依據，選取酶解pH值、溫度、普魯蘭酶和β－淀粉酶添加量作為考察因素，每個因素擬定3個水平，進行4因素3水平正交實驗，正交設計及因素見表1。

1.3.3 分析方法

麥芽糖含量的測定方法:高效液相色譜檢測法。

1.3.4 色譜條件

1.3.4.1 色譜柱

色譜柱:00H－0130 －K0，300 ×7.8 mm，流速:0.6 mL/min。

1.3.4.2 標準溶液的配制

標準儲備液的配制:稱取色譜級麥芽糖標準品10.0 mg，用超純水溶解后定容至10 mL，配成質量濃度1 mg/mL的儲備液，于棕色瓶中4℃下儲存。

標準溶液的配制:吸取一定量麥芽糖標準儲備液用超純水稀釋10000倍，混合均勻保存在4℃下備用，使用前用0.45μm濾膜過濾。

樣品處理:樣品經4800 r/min離心10min除去蛋白質，取上清液稀釋至一定濃度備用。使用前用0.45μm的濾膜過濾，進樣量10μL。

1.3.4.3 麥芽糖標準品色譜圖

見圖1。

圖1 麥芽糖標準品色譜圖

2 結果與分析

2.1 普魯蘭酶的性能優選

表2 車間取液化液指標Table2 Indicators of liquid liquids taken in workshop

表3 兩種普魯蘭酶的酶解效果Table3 Enzymolysis effect of two kinds of pullulanase

由表3可知，普魯蘭酶1#與β－淀粉酶雙酶酶解淀粉液化液，其麥芽糖含量較高，效果較好。所以以下實驗中均用普魯蘭酶1#與β－淀粉酶協同作用，考察其最佳酶解條件。

2.2 單因素實驗

2.2.1 β－淀粉酶添加量對麥芽糖含量的影響

圖2 β－淀粉酶添加量對麥芽糖含量的影響Fig.2 Effect ofβ －amylase addition on maltose content

圖2 中結果顯示在一定范圍內隨著β－淀粉酶添加量的增加，麥芽糖含量增加，在添加量為1.5 kg/tds時，麥芽糖含量達到最大，隨著β－淀粉酶添加量的增加，麥芽糖含量反而降低，這可能是酶添加過量，導致單糖含量增加的緣故。

2.2.2 普魯蘭酶1#添加量對麥芽糖含量的影響

普魯蘭酶是一種脫支酶，能切斷支鏈淀粉中的α－1，6糖苷鍵，添加普魯蘭酶能夠使液化液充分酶解，提高麥芽糖產量，圖3中結果顯示在一定范圍內隨著普魯蘭酶1#添加量的增加，麥芽糖含量增加，當添加量大于1 kg/tds時，麥芽糖含量增加不明顯，甚至有下降的趨勢，從生產角度考慮，選擇添加量為1 kg/tds比較合適。

圖3 普魯蘭酶1#添加量對麥芽糖含量的影響Fig.3 Effect of adding amount of pullulanase 1#on maltose content

2.2.3 酶解液pH值對麥芽糖含量的影響

糖化酶是由優良菌種深層發酵而成的一種酶，需要在一定的pH值范圍內才能保持活力，從圖4可以看出，當pH值在4～5.5時，麥芽糖含量逐漸增高，到達pH值6時，麥芽糖含量突然下降，說明糖化酶在pH值5.5時，酶活力最強。

圖4 pH值對麥芽糖含量的影響Fig.4 Effect of ph on maltose content

2.2.4 酶解溫度對麥芽糖含量的影響

糖化酶需要在一定的溫度范圍內才具有活力，從圖5可以看出，當溫度在60℃時，麥芽糖含量最高。

圖5 溫度對麥芽糖含量的影響Fig.5 Effect of temperature on maltose content

2.3 正交實驗結果

根據上述單因素實驗，正交實驗設計與結果如表4所示。

由表4的正交實驗結果分析可知，各因素的影響情況為:pH值影響最大，β－淀粉酶添加量次之，溫度和普魯蘭酶添加量影響小一些;影響麥芽糖含量的因素最優組合為A3B3C2D2。由此可以看出，酶解條件pH越溫和，溫度適中，越有利于麥芽糖的生成，為了實現麥芽糖含量的最大化，選用β－淀粉酶添加量在1.0～1.5 kg/tds之間，實驗選用優化的工藝條件為pH值5.5、溫度60℃、β － 淀粉酶添加量 1.3kg/tds、普魯蘭酶 1#添加量1.0 kg/tds，在此條件下，對10 kg液化液進行酶解，得到的酶解液麥芽糖含量為78.768%。

表4 液化液酶解正交設計實驗表Table4 Experiment table of orthogonal design for enzymatic hydrolysis of liquefied liquid

3 結論

利用普魯蘭酶1#對液化液進行酶解，能夠得到麥芽糖含量較高的酶解液，其優化的工藝條件為:pH值5.5、溫度60℃、β－淀粉酶添加量1.3 kg/tds、普魯蘭酶添加量1.0 kg/tds，在此條件下，酶解淀粉液化液，能夠得到麥芽糖含量為78.768%的酶解液。