淀粉酶在生产麦芽糖浆上的作用机制

随着食品工业中甜味剂的升级换代，麦芽糖浆的需求越来越大，沿海地带及一些发达地区的糖果企业已逐步用麦芽糖浆代替传统的饴糖和葡萄糖。传统的麦芽糖浆生产工艺是以大米或其他粮食为原料，蒸熟后添加发芽的大麦作为糖化剂，淋出糖液，经熬糖制得麦芽饴糖，但该工艺已逐渐被纯酶法取代。

    淀粉糖工业中一般使用大麦β- 淀粉酶或真菌α- 淀粉酶与普鲁兰酶联用生产麦芽糖浆，有文献介绍新型淀粉酶小麦β- 淀粉酶和大豆β- 淀粉酶亦可用于麦芽糖浆的生产。本文就麦芽糖浆生产中使用的主要酶制剂的作用机理及适用条件作讨论，得出大豆β- 淀粉酶在生产高麦芽糖浆上的优势。

    1· 酶种来源

    β- 淀粉酶广泛存在于大麦、小麦、玉米、大豆、麸皮、甘薯等高等植物和一些微生物中，主要包括大豆β- 淀粉酶、大麦β- 淀粉酶、小麦β-淀粉酶；α- 淀粉酶普遍存在于植物、微生物、动物中，工业中使用的α- 淀粉酶主要来源于细菌和曲霉， 真菌α- 淀粉酶便是通过米曲霉（Aspergillusoryzae var） 发酵生产出来的。

    2 ·作用机理

    β- 淀粉酶是一种外切型糖化酶，从糊精的非还原尾端开始水解，只能有序地水解相隔的α-1,4葡萄糖苷键，而不能水解α-1,6 葡萄糖苷键，并且不能越过此键继续水解，当遇到此键时，水解停止，同时此酶亦不能水解麦芽三糖，所以其最终的水解产物是大量的麦芽二糖和少量的极限糊精，主要应用于麦芽糖或超高麦芽糖浆的生产。

    真菌α- 淀粉酶则是一种内切型淀粉酶，可以迅速地水解凝胶淀粉、直链淀粉和直链淀粉水溶液内部相隔的α-1,4 葡萄糖苷键，与β- 淀粉酶一样，其不能作用于α-1,6 葡萄糖苷键，但能越过此键继续水解，并且可以水解麦芽三糖，所以其最终的产物是大量的麦芽二糖及少量的葡萄糖。此酶亦可用于麦芽糖浆的生产，有时也作为中温淀粉酶使用于淀粉的液化过程中。

    3· 适用条件

    一般而言，酶制剂的适用条件主要与温度、pH、底物浓度、金属离子种类等因素有关，而在相同的液化条件下，糖化液的温度、pH 对酶制剂的反应效果影响较大。

    3.1 温度

    以酶制剂相对活性的80%~100%衡量酶制剂的反应温度条件，酶制剂的最佳反应温度见表1。

    3.2 pH 值

    酶制剂的最佳反应pH 见表2。

    由表1，表2 可知，酶制剂的最佳反应温度是大豆β- 淀粉酶＞小麦β- 淀粉酶＞大麦β 淀粉酶＞真菌α- 淀粉酶，而最佳反应pH 是大豆β-淀粉酶＜真菌α- 淀粉酶＜大麦β- 淀粉酶= 小麦β- 淀粉酶。在麦芽糖浆的糖化过程中，使用大麦β- 淀粉酶糖化的条件一般控制在温度58℃~60℃，pH 值5.3~5.6，这便给乳酸杆菌提供了一个丰富的“培养基”，使乳酸杆菌快速繁殖，继而整个糖化pH 值迅速下降，最终导致成品麦芽糖含量偏低，副产物增多，亦会增加过滤及离子交换工序的负担。大豆β- 淀粉酶可在温度60 ℃~65 ℃，pH 值4.3~4.8 范围内糖化，大大地抑制了杂菌的生长，减少有色物质生成，提高了糖化效率且在此范围内亦能很好地协同普鲁兰酶一起生产麦芽糖浆。

    4· 失活条件

    以酶制剂相对活性的20%衡量酶制剂的失活温度、pH 条件，酶制剂的失活条件见表3。

    由表3 可知，酶制剂的失活由难至易是大豆β- 淀粉酶＞普鲁兰酶= 小麦β- 淀粉酶＞真菌α- 淀粉酶= 大麦β 淀粉酶，即在糖化时，大麦β- 淀粉酶及真菌α- 淀粉酶易受温度影响导致失活，不利于高麦芽糖浆的生产。

    5· 小结

    大豆β- 淀粉酶可在温度60 ℃~65 ℃，pH 值4.3~4.8 条件下生产麦芽糖浆，对比其他用于生产麦芽糖浆的β- 淀粉酶或真菌α- 淀粉酶拥有更低pH 值及更高的糖化温度等优势，一定程度上解决了糖化过程中杂菌导致pH 值降低的难题，同时低pH 值条件下糖化可减少有色副产物的产生，从而减少离子交换工序的负担。而高麦芽糖浆的糖化一般需经历6 h~40 h，在此过程中糖化pH 值及温度都会有所下降，采用大豆β- 淀粉酶可避免在糖化过程中返调pH 值及补加酶的现象，从而减少染菌及后续工序的负担。