全 文 ：182
籼米淀粉酶法
制备低聚异麦芽糖糖化转苷工艺研究
刘 晶1，2，蔡勇建1，梁 盈1，林亲录1，吴 伟1，*
(1.中南林业科技大学食品科学与工程学院，湖南长沙 410004;
2.湘南学院化学与生命科学系，湖南郴州 423000)
摘 要:为提高碎米的综合利用程度和低聚异麦芽糖中异麦芽糖、潘糖和异麦芽三糖的含量，采用碎籼米淀粉酶法制
备低聚异麦芽糖。以低聚异麦芽糖中异麦芽糖、潘糖和异麦芽三糖含量为考察指标，采用单因素实验和正交实验对糖
化转苷工艺进行优化，确定最佳工艺参数为籼米淀粉液化液 DE值为 12，α－葡萄糖转苷酶用量为 1.0U /(g淀粉)，糖化
转苷 pH5.0、糖化转苷温度 55℃、糖化转苷时间 36h，在此条件下，低聚异麦芽糖中异麦芽糖、潘糖和异麦芽三糖的含量
为(37.86 ± 0.31)%，达到了中国发酵工业协会拟定的低聚异麦芽糖质量标准。
关键词:低聚异麦芽糖，籼米淀粉，糖化，转苷
Study on saccharification and transglycosylation technics of
isomalto－oligosaccharide from indica rice starch by enzyme method
LIU Jing1，2，CAI Yong－jian1，LIANG Ying1，LIN Qin－ lu1，WU Wei1，*
(1.School of Food Science and Engineering，Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，China;
2.Department of Chemistry and Life Sciences，Xiangnan University，Chenzhou 423000，China)
Abstract:In order to enhance the comprehensive utilization of broken rice and increase the content of isomaltose，
panose，and isomaltotriose of isomalto－oligosaccharide，starch which prepared from broken indica rice were used
as material to prepare isomalto － oligosaccharide. DE value of indica rice starch liquefied solution，addition of
α－ transglucosidase，pH，temperature，and time of saccharification and transglycosylation were main factors with
content of isomaltose，panose，and isomaltotriose of isomalto － oligosaccharide as response value. Single factor
experiment and orthogonal experiment were employed to optimize the parameters of saccharification and
transglycosylation.The optimal condition of saccharification and transglycosylation was obtained:DE value of indica
rice starch liquefied solution was 12，addition of α－ transglucosidase was 1.0U/(g starch)，pH was 5.0，temperature
was 55℃，time was 36h.The content of isomaltose，panose，and isomaltotriose of isomalto－ oligosaccharide were
(37.86 ± 0.31)%，which reached the quality standard of isomalto－oligosaccharide of China Fermentation Industry
Association.
Key words:isomalto－oligosaccharide;indica rice starch;saccharification;transglycosylation
中图分类号:TS210. 9 文献标识码:B 文 章 编 号:1002－0306(2014)23－0182－04
doi:10． 13386 / j． issn1002 － 0306． 2014． 23． 029
收稿日期:2014－03－04
作者简介:刘晶(1981－)，女，硕士，研究方向:食品生物技术。
* 通讯作者:吴伟(1981－)，男，博士，副教授，研究方向:粮油工程。
基金项目:公益性行业(农业)科研专项(201303071);湖南省科技计
划项目(2012WK3004)。
低聚异麦芽糖是指葡萄糖基以 α－1，6 糖苷键结
合而成的单糖数在 2～6 之间的一类低聚糖，主要成
分为异麦芽糖(Isomaltose，IG2)、潘糖(Panose，P)和
异麦芽三糖(Isomaltotriose，IG3)。研究发现低聚异
麦芽糖具有广泛的加工适用性和独特的生理功能，
近年来低聚异麦芽糖市场需求日益增长，国内产量
迅猛增长［1－2］。
目前国内外主要以玉米淀粉为原料生产低聚异
麦芽糖，近年来玉米价格的快速上涨使得我国以玉
米淀粉为原料生产低聚异麦芽糖已不具备价格优
势，导致国内生产的低聚异麦芽糖国际竞争力下
降［3］。积极探索适合我国国情的相对低成本原料制
备低聚异麦芽糖已成为研究热点，目前已有以小麦
淀粉［4］、木薯淀粉［3］、大米［5］和碎米［6］为原料制备低
聚异麦芽糖的报道。目前碎米制备低聚异麦芽糖存
在生产周期较长、(IG2 + P + IG3)含量低等问题［6］，
因此以碎米原料制备低聚异麦芽糖的工艺需要进一
步优化。
我国稻谷年产量在 2 亿 t左右，稻谷在加工成稻
米的过程中会产生 10% ～15%的碎米，碎米化学组成
183
与整米相近，但口感不如整米，国内主要将碎米用作
饲料或制作米粉，其价格仅为整米的 1 /3～1 /2。若以
碎米为原料生产低聚异麦芽糖，不仅可缓解我国玉
米有效供给不足的问题，而且还能大幅提高碎米的
价值。工业化生产低聚异麦芽糖一般采用 α－葡萄
糖转苷酶为代表的多酶法工艺［3］。多酶法工艺涉及
液化、糖化和转苷三个重要阶段，其中淀粉液化液
DE值以及糖化转苷工艺参数直接决定低聚异麦芽
糖的生产周期和质量标准。为了提高我国碎米综合
利用程度、降低低聚异麦芽糖生产周期、增加低聚异
麦芽糖中(IG2 + P + IG3)含量，本文以碎籼米制备的
淀粉为原料，研究籼米淀粉液化液 DE 值和糖化转苷
工艺参数对低聚异麦芽糖中(IG2 + P + IG3)含量的
影响，制备符合中国发酵工业协会拟定质量标准的
低聚异麦芽糖。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
碎籼米 湖南粮食集团有限责任公司;异麦芽
糖(IG2)、潘糖(P)、异麦芽三糖(IG3)标准品 美国
Sigma－Aldrich公司;耐高温 α－淀粉酶、真菌 α－淀粉
酶、β－淀粉酶、普鲁兰酶和 α－葡萄糖转苷酶 丹麦
Novozymes公司;乙腈和甲醇为色谱纯，其它试剂均
为分析纯。
U－3310 紫外－可见分光光度计 日立公司;
LC－20AT型高效液相色谱仪 岛津公司;HH－6 数显
恒温水浴锅 金坛市精达仪器制造厂;FE20 型 pH
计 梅特勒－托利多公司。
1.2 实验方法
1.2.1 籼米淀粉的制备 碎籼米在 5 倍体积蒸馏水
中浸泡 18h，磨浆后 4000r /min离心 20min收集沉淀，
将沉淀与 0.2%的 NaOH 溶液以 1 ∶5 的料液比混匀，
在恒温摇床(37℃)反应 48h，每隔 6h 更换 NaOH 溶
液，反应结束后 4000r /min 离心 20min 收集沉淀，用
蒸馏水多次洗涤沉淀直至洗液 pH 为中性，随后将淀
粉湿块在 45℃条件下干燥 48h，过 200 目筛后即为籼
米淀粉(淀粉含量 92.95%)，置于干燥器中备用［7］。
1.2.2 籼米淀粉制备低聚异麦芽糖工艺流程 籼米
淀粉→液化→灭酶、调 pH→糖化转苷→灭酶→过滤→低聚异
麦芽糖糖液
1.2.3 低聚异麦芽糖糖液的制备 籼米淀粉加水调
成 30% 淀粉乳，调 pH 至 6.0，95℃水浴锅中预热
10min后加入 15U /(g 淀粉)耐高温 α－淀粉酶，95℃
条件下液化不同时间得到不同 DE 值的籼米淀粉液
化液，灭酶后调节温度和 pH，随后同时加入 0.2U /(g
淀粉)真菌 α－淀粉酶、0.1U /(g 淀粉)β－淀粉酶和
0.1U /(g淀粉)普鲁兰酶反应 4h，最后加入一定量的
α－葡萄糖转苷酶反应一定时间，灭酶过滤后采用高
效液相色谱法测定糖液中(IG2 + P + IG3)的含量。
1.2.4 籼米淀粉液化液 DE 值对(IG2 + P + IG3)含
量的影响 按照 1.2.3 中的方法，调节液化时间分别
得到 DE值为 8、10、12、14 和 16 的籼米淀粉液化液，
灭酶后调节籼米淀粉液化液温度至 55℃、pH 至 5.5
进行糖化转苷处理，α －葡萄糖转苷酶添加量为
0.75U /(g淀粉)，糖化转苷时间为 36h，测定不同 DE
值籼米淀粉液化液生产低聚异麦芽糖中(IG2 + P +
IG3)的含量。
1.2.5 籼米淀粉液化液糖化转苷单因素实验
1.2.5.1 α－葡萄糖转苷酶添加量对(IG2 + P + IG3)
含量的影响 将 DE值为 12 的籼米淀粉液化液灭酶
后调节温度至 55℃、pH 至 5.5 进行糖化转苷处理，
α－葡萄糖转苷酶添加量分别为 0.50、0.75、1.00、1.25
和 1.50U /(g淀粉)，糖化转苷时间为 40h，测定不同
α－葡萄糖转苷酶添加量生产低聚异麦芽糖中(IG2 +
P + IG3)的含量。
1.2.5.2 糖化转苷时间对(IG2 + P + IG3)含量的影
响 将 DE值为 12 的籼米淀粉液化液灭酶后调节温
度至 55℃、pH 至 5.5 进行糖化转苷处理，α－葡萄糖
转苷酶添加量分别为 0.75U /(g 淀粉)，调节糖化转
苷时间分别为 28、32、36、40 和 44h，测定不同糖化转
苷时间生产低聚异麦芽糖中(IG2 + P + IG3)的含量。
1.2.5.3 糖化转苷 pH对(IG2 + P + IG3)含量的影响
将 DE值为 12 的籼米淀粉液化液灭酶后温度调节
至 55℃、pH分别调节至 4.5、5.0、5.5 和 6.0 进行糖化
转苷处理，α－葡萄糖转苷酶添加量为 0.75U /(g 淀
粉)，糖化转苷时间为 40h，测定不同糖化转苷 pH 生
产低聚异麦芽糖中(IG2 + P + IG3)的含量。
1.2.5.4 糖化转苷温度对(IG2 + P + IG3)含量的影
响 将 DE值为 12 的籼米淀粉液化液灭酶后温度分
别调节至 45、50、55、60 和 65℃、pH 调节至 5.5 进行
糖化转苷处理，α－葡萄糖转苷酶添加量为 0.75U /(g
淀粉)，糖化转苷时间为 40h，测定不同糖化转苷温度
生产低聚异麦芽糖中(IG2 + P + IG3)的含量。
1.2.6 籼米淀粉液化液糖化转苷正交实验 在单因
素实验的基础上，采用正交实验法确定籼米淀粉酶
法制备低聚异麦芽糖糖化转苷的最佳工艺条件。正
交因素水平见表 1。
表 1 正交因素水平表
Table 1 Factors and levels of the orthogonal experiment
水平
因素
A pH
B温度
(℃)
C α－葡萄糖转苷酶
添加量(U/g淀粉)
D时间
(h)
1 4.5 50 0.50 32
2 5.0 55 0.75 36
3 5.5 60 1.00 40
1.2.7 籼米淀粉液化液 DE值的测定 DE 值指糖液
中还原糖(以葡萄糖计)占干物质的百分率，参考李
桂杰等人［8］的方法采用 3，5－二硝基水杨酸比色法测
定还原糖含量，糖液中干物质含量采用阿贝折光仪
测定，DE值计算公式如下:
DE(%)=糖液中还原糖含量
糖液中干物质含量
× 100
1.2.8 低聚异麦芽糖中(IG2 + P + IG3)含量的测
定 参考李黎等人［9］的方法采用高效液相色谱法测定
低聚异麦芽糖中(IG2 + P + IG3)含量，岛津 LC－20AT
高效液相色谱仪，配备 Hpersil NH2 氨基色谱柱(4.6
× 250mm)和 ＲID－10A 示差折光检测器。高效液相
184
色谱测定条件:采用乙睛∶水 = 67∶33(v /v)作为流动
相，流速为 1.0mL /min，柱温 20℃，检测器池温 40℃，
进样量为 20μL。以标准样品保留时间定性，以峰面
积归一化定量。
1.3 数据处理与统计分析
采用 Microsoft Excel 2003 和 Origin7.5 进行数据
分析。
2 结果与分析
2.1 籼米淀粉液化液 DE值对低聚异麦芽糖中(IG2
+P + IG3)含量的影响
籼米淀粉液化液 DE 值对糖液中(IG2 + P +
IG3)含量的影响如图 1 所示，随着籼米淀粉液化液
DE值的增加，糖液中(IG2 + P + IG3)含量呈现先基
本保持不变后持续下降的变化趋势。这是由于籼米
淀粉液化液 DE值过高，会使得后续糖化转苷阶段产
生过多的葡萄糖和过少的麦芽糖［5］，α－葡萄糖转苷
酶催化的转苷反应遵从分子内反应机理，即首先催
化断裂麦芽糖分子中的 α－1，4 糖苷键，再重组为
α－1，6－糖苷键连接的异麦芽糖分子，糖化转苷阶段
生成的游离态葡萄糖不能参与转苷反应［10］，使得
(IG2 + P + IG3)含量下降。较低 DE 值的淀粉液化
液有利于生成较多的低聚异麦芽糖和较少的葡萄
糖［3］，但 DE值过低的淀粉液化液粘度较大甚至凝胶
成块，严重影响后续过滤等操作［11］。糖液中(IG2 + P
+ IG3)含量在 DE 值超过 12 后下降迅速增加，因此
本文将籼米淀粉液化液 DE值控制在 12 左右。
图 1 籼米淀粉液化液 DE值对(IG2 + P + IG3)含量的影响
Fig.1 Effect of DE value of indica rice starch liquefied solution
on the content of(IG2 + P + IG3)
2.2 α－葡萄糖转苷酶用量对低聚异麦芽糖中(IG2
+P + IG3)含量的影响
α－葡萄糖转苷酶用量对糖液中(IG2 + P + IG3)
含量的影响如图 2 所示，随着 α－葡萄糖转苷酶用量
的增加，糖液中(IG2 + P + IG3)含量先上升后下降，
并且当 α－葡萄糖转苷酶用量为 0.75 U /(g淀粉)时，
(IG2 + P + IG3)含量达到最大值。这是因为随着
α－葡萄糖转苷酶用量的增加，更多的麦芽糖和麦芽
三糖会被催化形成 IG2、P、IG3 等低聚异麦芽糖。
α－葡萄糖转苷酶对底物专一性较为广泛，低聚异麦芽
糖中的 IG2、P、IG3 均可作为 α－葡萄糖转苷酶的底
物［12］，当 α－葡萄糖转苷酶过量时，之前催化形成的
IG2、P、IG3会被 α－葡萄糖转苷酶再次催化反应，使得
低聚异麦芽糖中(IG2 + P + IG3)含量下降。因此本文
选取 α－葡萄糖转苷酶用量为 0.5～1.0U /(g淀粉)。
图 2 α－葡萄糖转苷酶用量对(IG2 + P + IG3)含量的影响
Fig.2 Effect of α－transglucosidase dosage
on the content of(IG2 + P + IG3)
2.3 糖化转苷时间对低聚异麦芽糖中(IG2 + P +
IG3)含量的影响
糖化转苷时间对糖液中(IG2 + P + IG3)含量的
影响如图 3 所示，随着糖化转苷时间的增加，糖液中
(IG2 + P + IG3)含量先迅速增加后缓慢减小，当糖化
转苷时间为 36h时，糖液中的(IG2 + P + IG3)含量达
到最大值。这可能是由于随着糖化转苷时间的延
长，反应糖液中葡萄糖含量增多，麦芽糖含量下
降［13］，使得 α－葡萄糖转苷酶最适作用底物含量下
降，过长的糖化转苷时间使得残留的 α－葡萄糖转苷
酶催化 IG2、P、IG3，造成(IG2 + P + IG3)含量下降。
因此选取糖化转苷时间为 32～40h。
图 3 糖化转苷时间对(IG2 + P + IG3)含量的影响
Fig.3 Effect of time of saccharification and transglycosylation
on the content of(IG2 + P + IG3)
2.4 糖化转苷 pH 对低聚异麦芽糖中(IG2 + P +
IG3)含量的影响
糖化转苷 pH对糖液中(IG2 + P + IG3)含量的影
响如图 4 所示，随着糖化转苷 pH 的增加，糖液中
(IG2 + P + IG3)含量呈现先上升后下降的变化趋势，
并且(IG2 + P + IG3)含量在糖化转苷 pH 为 5.0 时达
到最大值。这可能是由于 α－葡萄糖转苷酶最适 pH
在 5.0 左右，糖化过程中的真菌 α－淀粉酶、β－淀粉酶
和普鲁兰酶最适 pH 也在 5.0 附近［13］，因此 pH5.0 附
近的弱酸环境有利于形成 IG2、P、IG3 等低聚异麦芽
糖，因此选取糖化转苷 pH为 4.5～5.5。
2.5 糖化转苷温度对低聚异麦芽糖中(IG2 + P +
IG3)含量的影响
糖化转苷温度对糖液中(IG2 + P + IG3)含量的
185
图 4 糖化转苷 pH对(IG2 + P + IG3)含量的影响
Fig.4 Effect of pH value of saccharification and
transglycosylation on the content of(IG2 + P + IG3)
影响如图 5 所示，随着糖化转苷温度的升高，糖液中
(IG2 + P + IG3)含量先上升后下降，并且当糖化转苷
温度为 55℃时，糖液中(IG2 + P + IG3)含量达到最
大值。这可能是由于 α－葡萄糖转苷酶最适作用温
度范围在 50～55℃，糖化工艺中添加的真菌 α－淀粉
酶、β－淀粉酶以及普鲁兰酶最适温度也在 50℃左
右［13］，因此选取糖化转苷温度为 50～60℃。
图 5 糖化转苷温度对(IG2 + P + IG3)含量的影响
Fig.5 Effect of temperature of saccharification and
transglycosylation on the content of(IG2 + P + IG3)
2.6 正交实验
为了进一步优化籼米淀粉酶法制备低聚异麦芽
糖的糖化转苷工艺参数，选取糖化转苷 pH、温度、
α－葡萄糖转苷酶用量以及糖化转苷时间做四因素三
水平正交实验，实验设计与结果如表 2 所示。极差
分析结果表明影响糖化转苷效果的因素排序为:
C(α－葡萄糖转苷酶用量)＞ D(糖化转苷时间)＞ A
(糖化转苷 pH)＞ B(糖化转苷温度)，最优因素水平
搭配方案为 A2B2C3D2。在该优化糖化转苷条件下进
行验证实验，三次平行实验得到低聚异麦芽糖中
(IG2 + P + IG3)含量为(37.86 ± 0.31)%，均达到了中
国发酵工业协会低聚异麦芽糖的质量标准(IG2 + P
+ IG3≥35%)。
3 结论
采用碎籼米淀粉制备低聚异麦芽糖，籼米淀粉
液化液 DE值为 12，α－葡萄糖转苷酶用量为 1.0U /(g
淀粉)，糖化转苷 pH5.0、糖化转苷温度 55℃、糖化转
苷时间 36h，制备的低聚异麦芽糖中异麦芽糖、潘糖
表 2 正交实验设计与结果
Table 2 Design and results of orthogonal experiment test
实验号 A B C D
(IG2 + P + IG3)
含量(%)
1 1 1 1 1 14.7
2 1 2 2 2 32.4
3 1 3 3 3 33.2
4 2 1 2 3 33.6
5 2 2 3 1 34.5
6 2 3 1 2 25.8
7 3 1 3 2 36.9
8 3 2 1 3 26.2
9 3 3 2 1 30.2
k1 26.77 28.40 22.23 26.47
k2 31.30 31.03 32.07 31.70
k3 31.10 29.73 34.87 31.00
Ｒ 4.53 2.63 12.63 5.23
和异麦芽三糖的含量达到最高值，为(37.86 ±
0.31)%，达到了中国发酵工业协会拟定的质量标准。
低聚异麦芽糖的纯化工艺需在后续实验中进一步
研究。
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