麦芽糖结晶综述

麦芽糖结晶综述 我国麦芽糖结晶的发展现状及面临的问题 摘要:近几年来，我国结晶麦芽糖和结晶麦芽糖醇行业得到了迅猛的发展，由于麦芽糖独特的性质，其在食品及医药行业被广泛应用，其市也越来越大，但与国外的技术相比还有很大的差距，其生产工艺等方面都需要得到进一步提高和完善。本文介绍了目前我国麦芽糖结晶现状和存在的问题，以及部分的解决办法，对我国麦芽糖结晶工业化生产进行了展望。 关键词:麦芽糖结晶 1(前言 众所周知，麦芽糖(Maltose;Malt sugar;D-Maltose monohydrate) 是由玉米淀粉经液化、糖化、提纯、结晶而生产的一种营养性双糖。麦芽糖由两个葡萄糖单位组成，两个葡萄糖单位经由α-1，4糖苷键连接成为麦芽糖。因为C羟基的位置不同，有α-和β-两种异构体，1 [1，2]在水溶液中麦芽糖两种异构体呈平衡状态存在。 长期以来，由于麦芽糖甜味温和，清香可口，食后不留后味等特点，被作为食品甜味剂和代糖品来加工生产，民间流传很广，但是因为工艺简单，用途单一，所以附加值不高，发展缓慢。近年来，随着我国工农业的发展和人们生活水平的不断提高，特别是在国外市场需求的带动下麦芽糖的生产和研究开发已取得了很大的进展。经过深加工的麦芽糖已广泛应用于食品行业的各个领域，固体食品、液体食品、冷冻食品、胶体食品，无所不及，在食品中不仅是甜味剂，而且还被当作添加剂、保鲜剂、保湿剂来使用;另外，由于麦芽糖在人体中的 独特功能还在医药领域被广泛应用。 由于生产工艺不同或工艺控制条件的不同，麦芽糖浆中的麦芽糖含量也不同。一般来讲，含量越高生产工艺越复杂，成本越高，用途越广，附加值也越高。资料显示，当前高附加值麦芽糖的利用主要向提高产品的纯度方向发展。一是提高纯度达到医药级的，配制成 [3,4]高能量营养输液，用于糖尿病、孕妇、新生儿和大面积创伤、烧伤及外科手术引起的肾上腺皮质激素增高而出现的“创伤性”糖尿病等特殊患者的治疗;二是提高麦芽糖的纯度，氢化后生产出高附价值的结晶麦芽糖醇，从而扩展了麦芽糖的用途。 1(1麦芽糖结晶生产工艺的发展及目前国内外研究现状 麦芽糖生产在中国的历史源远流长，早在春秋战国时期人们就开始使用大麦芽发酵制得麦芽糖，但长期以来，多以生产麦芽糖含量很低的液体产品为主，随着麦芽糖生产技术的发展及应用领域的不断扩展，高纯度的结晶产品，逐步成为技术开发的热点。 在我国，由于麦芽糖结晶工艺或技术受到诸多技术难题或其他因素的限制，高纯度结晶麦芽糖一直在国内没有得到较大发展，所有结晶麦芽糖产品一直依靠日本或法国进口，即使现代的全酶法生产工艺，也存在很多问题:(1)液化和糖化工艺中DE值不能准确控制，而液化DE值对麦芽糖的生产有很大的影响;(2)目前生产上使用的α-淀粉酶、糖化酶种类较多，而且功能也不尽相同。对于不用的淀粉原料如何才能选用合适的酶制剂和酶加量，如何对液化、糖化、提取纯化工艺条件及影响因素进行控制，还有很多工作要做;(3)不 同的原料，液化和糖化的工艺条件不同，而液化和糖化工艺条件、麦芽糖效率及经济效益如何才能达到一致;(4)如何更好的去除初制品产品中的色素、非溶性物质、蛋白质、氨基酸等物质和减少麦芽糖中的葡萄糖、低聚糖、糊精的含量等，提高麦芽糖的纯度。为此，突破结晶麦芽糖生产的工艺难关，形成稳定地生产规模，对日益发展的中国淀粉糖行业已成为一个迫在眉睫的研究课题。 1(2麦芽糖与结晶麦芽糖的作用及研究意义 随着人们生活水平的不断提高，麦芽糖与结晶麦芽糖的需求量越来越大，这同其在我们生活生产的巨大作用有着密不可分的关系。 麦芽糖是人类最早用作糖类的甜味剂，甜度约为蔗糖甜度的30%，但其可口性较好，由于结晶性低，有防止淀粉凝聚的作用稳定性高，耐酸稳定性强，焦化性低，受热不易产生有色物质。 结晶麦芽糖与葡萄糖比较:甜度低、吸潮性低、水溶液粘度低、热稳定性高、焦化性低，受热不易产生有色物质，熬糖温度160? ，在pH=3，120?加热90 min也不分解;与蔗糖比较:不会龋齿，甜度低，风味温柔可口，摄取多时血液中胆固醇不增加，不会影响胰岛素分泌，对血糖高的糖尿病患者或肥胖人群是良好的甜味剂。高纯度结 [5]晶麦芽糖另一种重要医药用途是配制静脉注射液，可以防止麦芽糖 [6]注射液经高温灭菌后的转化，同时其代谢较葡萄糖缓慢，只能在非消化道被吸收，其渗透压与葡萄糖相等，所以配制注射液的浓度能增加两倍，渗透压力相等时提供的能量为葡萄糖2倍，为高能量的注射液。应用于肥胖与糖尿病患者，能延长供热时间2倍，还能与蛋白质、 氨基酸、维生素、电解质和其他物料等混合配制注射液供病人营养， [7]还可用插管鼻喂法补充病人营养。含α-型麦芽糖结晶56g/100g -74g/100g的麦芽糖粉在食品工业中应用广泛，这种混合结晶体与许 [8]多物质具有亲油性，例如:大豆油、乳油、牛脂、猪油、鸡油、鱼油、硬化油、维生素A、维生素E、维生素K等，他还能在酱油、粉末油脂、食醋、粉末醋、复合调味料中添加;可用作乳酸菌饮料、乳酸饮料、清凉饮料、碳酸饮料、清凉水以及咖啡可可等快餐饮料的甜味剂;此外还可用于烟草、口红、口中清凉剂、化妆品、医药品矫味剂 [9]的生产;尤其是对淀粉质食品，可大幅度延缓淀粉老化速度，从而大大延长加工食品的商品寿命。 [10]结晶麦芽糖在食品粉末化方面也有一定的应用，食品的粉末化通常用喷雾干燥和冷冻干燥的方法。喷雾干燥往往由于热空气的作用使食品香味容易损失，特别是其中的蛋白质发生热变性，溶解、分散性也下降，质量得不到保证。冷冻干燥的方法较喷雾干燥改善了一些，但经过复杂的工艺过程不可避免要损失风味，同样只能得到缺乏风味的粉末品。同时，冷冻干燥设备庞大，运行成本非常高，而使用无水结晶麦芽糖的粉末化方法优于上述两种方法，可得到保持原有风味的粉末品。在食品中加入适量的无水结晶麦芽糖，混合均匀，在常温下放置一段时间，食品中的水与麦芽糖相溶生成汗水结晶麦芽糖，并结成团块，将团块粉碎至需要的粒度。这种粉末保持了原有风味，蛋白质也未发生变性。另外，由于变成稳定的含水结晶麦芽糖，几乎没有吸湿性。 同时结晶麦芽糖也是一种重要的工业原料，可以作为麦芽糖醇、麦芽酮糖、麦芽酮糖醇生产原料，结晶麦芽糖醇产品由于其技术含量 [8，9]高、生产难度大，目前国内还未见生产报导，但发展趋势已形成。高纯度麦芽糖生产的成功应用将会填补中国空白，为中国淀粉糖跻身世界淀粉糖行业前列具有深远的意义。 2(现使用的麦芽糖结晶的几种工艺流程 [12]2(, 该工艺所产的麦芽糖结晶质量上较之前有所提升，其中玉米淀粉液化、糖化后底物中的麦芽糖含量的高低对下游工序的收率(按淀粉计)是至关重要的。目前该工艺控制糖化后底物中麦芽糖含量可以达到94%左右。若采用分子筛方法以从糖化液中提取的96%以上含量的麦芽糖可直接喷雾干燥得成品。国际上最常流通的数量最大的是麦芽糖 含量92%的产品，所以，可以调整为糖化后物料直接喷雾得目的产品，省去繁琐的结晶工序，甚至基本上无母液产生。若采用膜技术对糖化液中麦芽糖进行截留，那么，麦芽糖含量96%以上的产品对淀粉收率可达到75-80%，甚至更高，副产物为附加值很高基本溶于水的低DE值(<10)麦芽糊精。 [13]2(2 高纯度结晶麦芽糖制备的工艺流程为:玉米淀粉?液化?糖化?葡萄糖的分离?分子量大于麦芽糖的其他糖类物质的分离?麦芽糖结晶?高纯度结晶麦芽糖。该工艺主要采用酶法工艺进行淀粉的液化，以DE值为考察指标 [14]2(3 该工艺流程较3.1的工艺流程有很大程度的优化。首先，优化液 化的工艺条件，在淀粉乳液化彻底的情况下，DE值越低，越有利于糖化Dp2的提高，引进了目前世界上液化性能最好的水热喷射液化器，几方面的有机配合达到了很好的效果，稳定的使液化DE值控制在3%以内。在糖化过程中，采用了多酶协同，糖化后进一步消除糊精的办法，最终达到了较好的糖化效果，使糖化的平均含量控制到平均92.5%作用。其过滤采用的是真空转鼓过滤机，活性炭过滤、纸板过滤得到澄清物色的麦芽糖浆，再通过离子交换，进一步净化糖浆。蒸发过程利用板式蒸发器，使糖浆干固物含量达到70-72%。进行了立式连续结晶罐的控制工艺。由此提高了总体的结晶收得率，晶型完整，易分离出高纯度结晶麦芽糖，可以达到麦芽糖含量为96%的产品，并且将麦芽糖结晶所消耗的时间在很大程度上有所缩短，提高了生产效率。对我国麦芽糖结晶生产中存在的部分问题进行了有效解决。 [13]3(影响麦芽糖结晶的因素 为得到高纯度的麦芽糖结晶，必须尽可能的提高淀粉水解液中麦芽糖的纯度，减少葡萄糖、麦芽三糖等低聚糖以及糊精的生成量。大分子糊精和低聚糖不仅会降低麦芽糖的得率，而且会增加精制操作的难度，特别是会严重影响结晶速度和晶浆的过滤。影响淀粉水解液中麦芽糖纯度的因素包括:淀粉的种类和纯度，液化液的DE值和过滤性能，糖化酶的品种和用量，糖化的条件和时间等。糖化液中的麦芽糖干基含量应在85%以上。这样才能保证麦芽糖的结晶效果。 3(1糖浆浓度对麦芽糖结晶效果的影响 1 糖浆浓度对麦芽糖结晶效果的影响 The Table 2 Effect of syrup density on maltose crystallization 由表1可以看出，糖浆浓度越大，麦芽糖纯度越低，样品得率越高。糖浆浓度大于75%时，样品得率的变化逐渐减缓。同时，糖浆浓度越大，结晶操作难度越大。因此，综合考虑，糖浆的浓度以75%为宜。 3(2料液比对麦芽糖结晶效果的影响 表 2 料液比对麦芽糖结晶效果的影响 The Table 2 Effect of solid-liquid ratio on maltose crystallization 从表2可以看出，料液比越大，麦芽糖纯度越高，样品得率越低。料液比1:1时，样品得率较1:1.5高出近8%，较1:2高出近17%，较1:2.5高出近22%。由此得麦芽糖纯度随料液比增大只有微量增加。同时，添加无水乙醇越少，糖浆的黏度越大，结晶操作难度越大。因此，综合考虑，料液比(V/V)以1:1为宜。 3(3结晶时间对麦芽糖结晶效果的影响 表 3 结晶时间对麦芽糖结晶效果的影响 The Table 3 Effect of crystallization time on maltose crystallization 从表3可以看出，结晶时间越长，麦芽糖纯度越高，样品得率也越大，结晶时间大于48h时，麦芽糖纯度及样品得率的增大逐渐减缓。同时，结晶时间越长，生产效率越低。因此，综合考虑，结晶时间以48h为宜。 3(4小结 由上可知，在制备麦芽糖结晶的工艺流程中，麦芽糖浆浓度为75%，加热至55?，按料液比(V/V)1:1添加无水乙醇，加入少量晶种，温度均为将至25?，结晶时间48h，出料，离心，干燥。经此结晶工艺，得高纯度结晶麦芽糖，麦芽糖纯度为99.22%，样品得率为 85%。 4(麦芽糖含量的测定方法 目前麦芽糖结晶过程中关键的检测设备大多为进口的高效液相色谱仪。高压液相色谱糖分组成，通常用两种色谱柱:氨基柱和糖专用柱。同一样品用不同的色谱柱测定，结果有明显的差异。氨基柱不能检测到8糖以上的组分，因而不能测出糊精含量。而糖专用柱能够检测到从糊精到葡萄糖的各种组分。两者的出峰顺序正好相反。所以日本药典规定用糖专用柱检测麦芽糖含量是有根据的。 5(我国麦芽糖结晶行业的发展对策 虽然近些年来，我国在麦芽糖结晶和结晶麦芽糖醇方面有着重大的技术突破，但与国外先进技术水平相比还有很大的差距，特别是同具有垄断地位的法国和日本，与此同时也说明我们还有很大的进步空间，有很大的市场，我们要从根本上解决上述问题，是我国的麦芽糖结晶工业早日走上健康的可持续发展之路，避免核心技术被国外所垄断，应采用引进与自主创新相结合的方法，加强自主知识产权的研究和开发，形成稳定地生产规模。 参考文献: [1]金丰秋, 金晔, 金其荣. 结晶麦芽糖生产工艺研究[J](山西食品工业,2004(1): 15~17 [2]张力田(淀粉糖(修订版)[M] (北京:中国轻工业出版社(1998, 175~176 [3]张力田(结晶麦芽糖[J](淀粉与淀粉糖(1994, l:1( [4]Schenck F W, Hebeda R E. 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