楊俊慧，馬恒，馬耀宏，趙玉斌，孫慧囡，史建國*

(1.齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院)，山東省科學(xué)院生物研究所，山東省生物傳感器重點實驗室，山東 濟(jì)南 250014;2.魯洲生物科技(山東)有限公司，山東 臨沂 276000)

淀粉糖是以農(nóng)產(chǎn)品中淀粉含量較高的農(nóng)作物為原料，經(jīng)過一定的化學(xué)方法，運(yùn)用液化、糖化、轉(zhuǎn)苷、脫色以及離子交換等生物技術(shù)手段精制過程而生產(chǎn)的不同種類的糖品[1]。淀粉糖消費(fèi)領(lǐng)域廣、數(shù)量大，是淀粉深加工的支柱產(chǎn)品。我國的淀粉糖工業(yè)發(fā)展迅速，淀粉糖的產(chǎn)量、種類、質(zhì)量、規(guī)模都處于較高水平，其中產(chǎn)量僅次于美國，居世界第二位。常用DE(dextrose equivalent)值是還原糖(以葡萄糖計)占糖漿干物質(zhì)的百分比,表示淀粉水解的程度.通過改變淀粉糖的DE值來調(diào)節(jié)其甜度，根據(jù)所應(yīng)用產(chǎn)品的要求可生產(chǎn)不同黏度的淀粉糖漿，符合不同種食品應(yīng)用的要求，這是淀粉糖產(chǎn)品工業(yè)的重要特點[2-4]。但現(xiàn)階段淀粉糖化生產(chǎn)過程中，對核心生化參數(shù)的分析與控制仍以人工控制和半自動控制為主[5-6]，缺乏核心過程參數(shù)快速檢測方法，導(dǎo)致糖化過程中工藝控制的自動化程度較低，葡萄糖、DE值等關(guān)鍵參數(shù)自動控制困難，生產(chǎn)效率低。研究淀粉糖化過程中葡萄糖、還原糖含量自動檢測方法，有利于淀粉制糖過程中關(guān)鍵參數(shù)的檢測，便于淀粉制糖過程的控制[7-9]。

本研究建立了葡萄糖、還原糖、DE值等淀粉制糖過程中關(guān)鍵參數(shù)的快速分析方法，并對這些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了測定。該快速分析方法操作簡單，測試成本低[10-12]，可以實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地測定制糖液中的葡萄糖、還原糖以及DE值的變化情況[13]，為淀粉制糖過程分析與控制以及食品加工過程控制提供了新的技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

淀粉(魯州生物科技有限公司提供)；α-淀粉酶、糖化酶(南京諾唯贊生物科技有限公司)；五水合硫酸銅、次甲基藍(lán)、氫氧化鈉、亞鐵氰化鉀、酒石酸鉀鈉(國藥集團(tuán))。

1.2 儀器

SBA生物傳感分析儀(山東省科學(xué)院生物研究所)；SGD-IV全自動還原糖測定儀(山東省科學(xué)院生物研究所)；NAR-2THI型阿貝折光儀(ATAGO(愛拓)中國分公司)；Agilent 1100 高效液相色譜儀(安捷倫科技有限公司)。

1.3 實驗方法

在山東魯洲食品集團(tuán)糖化3車間6號糖化罐上，對糖化樣品按照工廠取樣時間進(jìn)行連續(xù)取樣，每次從糖化罐中取出20 mL淀粉液，經(jīng)定性濾紙簡單過濾后作為待測樣本。若樣本中待測組分濃度超過儀器檢測上限，則以去離子水對其按適當(dāng)比例進(jìn)行稀釋。結(jié)果處理時，將檢測結(jié)果數(shù)值乘以樣本對應(yīng)的稀釋倍數(shù)得到最終檢測結(jié)果。

1.3.1 葡萄糖含量測定

利用SBA生物傳感分析儀測定淀粉糖化過程中葡萄糖的含量，測定時每次取樣量為25 μL, 響應(yīng)時間20 s，測定周期小于2 min,誤差小于2 %。樣品不需脫色、分離純化就可直接測定。

1.3.2 還原糖含量測定

利用SGD-IV全自動還原糖測定儀測定淀粉糖化過程中還原糖的含量，測定時每次取樣量為500 μL，響應(yīng)時間90 s，測定周期小于3 min，誤差小于1 %。測定時間縮短至3 min以內(nèi)，測定速度更快，抗干擾能力強(qiáng)，不受樣品顏色和濁度的影響。

1.3.3 干物質(zhì)測定

使用NAR-2THI型阿貝折光儀測定。

1.3.4 DE值測定

還原糖與干物質(zhì)的比值。還原糖測定方法如1.3.2所示，干物質(zhì)測定方法如1.3.3所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 淀粉液化過程中關(guān)鍵參數(shù)變化情況

2.1.1 不同液化階段關(guān)鍵參數(shù)變化情況

淀粉液化過程就是淀粉在α-淀粉酶的作用下，由高分子狀態(tài)(淀粉顆粒)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低分子狀態(tài)(糊精)，同時淀粉的黏度降低，淀粉由半固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程。液化過程如圖1所示，隨時間的增加，淀粉水解程度增加，淀粉水解為葡萄糖、麥芽糖等產(chǎn)物，導(dǎo)致葡萄糖、還原糖含量增加。由于葡萄糖含量增加，DE值隨之增加。液化1 h之內(nèi)，還原糖含量增加速度大于葡萄糖含量增加速度，所以葡萄糖/還原糖值隨液化時間增加有所減小，液化1 h之后葡萄糖/還原糖值開始增加。

圖1 淀粉液化過程參數(shù)變化Fig.1 Variations of parameters during starch liquefaction

2.1.2 色譜法分析液化對淀粉糖種類的影響

分別對兩種未液化淀粉和液化淀粉(分別為樣品1～4)進(jìn)行色譜分析，結(jié)果如圖2所示。由于生產(chǎn)工藝導(dǎo)致麥芽三糖含量高于麥芽糖和麥芽四糖。由圖2知，液化后的淀粉葡萄糖含量明顯高于未液化淀粉，而麥芽三糖、麥芽四糖含量低于未液化淀粉，液化與未液化樣品麥芽糖含量基本相同。淀粉液化過程中，α-淀粉酶水解淀粉為葡萄糖，導(dǎo)致經(jīng)過液化過程的樣品葡萄糖含量升高，而未液化的淀粉沒有經(jīng)過水解，麥芽三糖、麥芽四糖含量較高。

圖2 色譜法對比液化結(jié)果Fig.2 Liquefaction results of chromatography

2.2 淀粉糖化過程中關(guān)鍵參數(shù)變化情況

2.2.1 葡萄糖含量變化情況

淀粉糖化酶催化淀粉、糊精等多糖的非還原性末段，使其α-1,4-糖苷鍵斷裂導(dǎo)致水解產(chǎn)生葡萄糖(圖3)。掌握淀粉糖化過程中葡萄糖含量的變化情況對其糖化過程調(diào)控具有重要意義，SBA生物傳感分析儀可以實現(xiàn)淀粉糖化過程中葡萄糖的快速、準(zhǔn)確測定。如圖4所示，淀粉糖化過程中葡萄糖含量隨糖化時間的增加逐漸增加，主要是由于糖化過程是一個淀粉水解生成葡萄糖的過程，淀粉受到淀粉酶和糖化酶的分解，形成葡萄糖、低聚糊精等可發(fā)酵性糖。

圖3 淀粉水解過程示意圖Fig.3 Starch hydrolysis process

圖4 淀粉糖化過程中葡萄糖含量變化情況Fig.4 Variations of glucose levels during starch saccharification

2.2.2 還原糖含量變化情況

還原糖是指葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、麥芽糖等具有還原性的糖類，在糖類分子中含有游離醛基或酮基的單糖和含有游離醛基的二糖都具有還原性。淀粉糖化過程中，淀粉黏度逐漸降低，流動性增高，還原糖含量逐漸增加。SGD-Ⅳ全自動還原糖測定儀操作簡單，測定快速準(zhǔn)確，測試成本低，是一種快速測定還原糖的較好方法。還原糖含量檢測結(jié)果如圖5所示，淀粉糖化過程中，由于工藝影響，還原糖含量變化存在一些波動，但總體趨勢為還原糖含量隨淀粉糖化過程逐步增加。

圖5 淀粉糖化過程中還原糖變化情況Fig.5 Variations of reducing sugar levels during starch saccharification

2.2.3 DE值變化情況

國家標(biāo)準(zhǔn)中，DE值越高，葡萄糖漿的級別越高。通過SBA生物傳感分析儀和阿貝折光儀可以測定淀粉糖化過程中DE值的變化情況。如圖6所示，淀粉糖化過程中DE值隨糖化時間的延長逐漸增加，受生產(chǎn)工藝影響，22 h時DE值略有下降，隨后逐步趨于平穩(wěn)，表示淀粉水解程度進(jìn)行到一定程度后逐步趨于平穩(wěn)。

圖6 淀粉糖化過程中DE值變化情況Fig.6 Variations of DE during starch saccharification

2.2.4w(葡萄糖)/w(還原糖)值變化情況

糖化過程是一個淀粉水解為葡萄糖的過程，但水解過程中會存在果糖、半乳糖、乳糖、麥芽糖等其他還原糖，檢測并分析w(葡萄糖)/w(還原糖)的值可以更好地掌握葡萄糖生產(chǎn)過程，為淀粉糖化生產(chǎn)葡萄糖提供依據(jù)。如圖7所示，w(葡萄糖)/w(還原糖)的值隨糖化時間增加逐漸升高，說明隨糖化時間延長，葡萄糖含量增加速度大于還原糖含量增加速度。

圖7 淀粉糖化過程中w(葡萄糖)/w(還原糖)值變化情況Fig.7 Variations of the w(glucose)/w(reducing sugar) ratio during starch saccharification

3 結(jié)論

本研究建立了葡萄糖、還原糖、DE值等淀粉制糖過程中關(guān)鍵參數(shù)的快速分析方法，并對其進(jìn)行快速測定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，液化過程可以明顯增加葡萄糖含量，降低麥芽三糖、麥芽四糖含量。淀粉液化過程中隨淀粉水解程度增加，淀粉水解為葡萄糖、麥芽糖等產(chǎn)物，導(dǎo)致葡萄糖、還原糖含量增加。糖化過程中在淀粉酶與糖化酶作用下，水解輔料中的糊化醪和麥芽中淀粉形成葡萄糖、低聚糊精等可發(fā)酵性糖，導(dǎo)致隨糖化時間延長葡萄糖含量增加，DE值升高。

本文介紹的快速分析方法操作簡單，測試成本低，可以實現(xiàn)快速而準(zhǔn)確地測定制糖液中的葡萄糖、還原糖以及DE值變化情況，為淀粉制糖過程分析與控制及食品加工過程控制提供了新的技術(shù)方法。