本发明涉及化工食品领域，尤其涉及一种木薯淀粉以超声辅助制备麦芽糊精的方法。
背景技术：
木薯是世界三大薯类之一，在我国南方亚热带地区，木薯是仅次于水稻、甘薯、甘蔗和玉米的第五大作物。近年来，我国木薯产业发展很快，全国木薯生产量的90％集中在广东和广西，已初步形成了产业的优势布局。木薯具有良好的综合利用价值，用途广泛，产业链长，经济效益较高，具有较强的竞争优势。木薯中的鲜薯淀粉含量高于甘薯和马铃薯，因此广泛用于发酵制乙醇、制淀粉等领域。
麦芽糊精又称酶法糊精或水溶性糊精，是一种低甜度、低热量、高营养食品原料，以淀粉或玉米、薯类等淀粉质农产品为原料，经酸法或酶法低程度水解，得到的葡萄糖值(简称de值)在20％以下的产品，其主要组成是聚合度在10以上的糊精和聚合度在10以下的低聚糖。麦芽糊精理化性质独特、成本低、来源广泛，是高附加值的淀粉深加工产品，具有广阔的应用前景，例如，麦芽糊精可作为脂肪替代物，麦芽糊精能在冰淇淋中起增稠稳定的作用。
当前淀粉的酶解法，容易存在反应效率不高、蛋白酶的利用率低等不足，从而导致反应时间长、酶的消耗量大、产物活性低等问题。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种以木薯淀粉为原料，用球磨预处理后，使用超声辅助制备麦芽糊精的方法，通过机械化学的处理，提高酶法反应的效率。
技术实现要素：
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是采用机械化学技术，包括球磨和超声波处理，提高麦芽糊精的酶法反应效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种超声辅助制备麦芽糊精的方法，包括以下步骤：
(1)取木薯淀粉，烘干后称重，用球磨机研磨，磨球与木薯淀粉质量比为3:1，转速控制在400-600r/min，研磨时间为20-40min；
(2)研磨后的粉体称重，加入蒸馏水调配固液比为1:3～1:6，搅拌调浆10-15min；
(3)经步骤(2)调好的淀粉浆液，调节ph至6.0，ph值可以通过0.1mol/l氢氧化钠溶液配合0.1mol/l盐酸来调节实现；
(4)经步骤(3)调好的料液中加入相当于原料重量0.1％的cacl2溶液，加热到90℃，使用超声处理40min；
(5)在90℃恒温水浴中加入10-40u/g的中温α-淀粉酶，保温水解20-30min；
(6)水解后的液化液中加入盐酸调节ph值至1.6-2进行灭酶，时间为2-3min；
(7)灭酶后的液化液加入氢氧化钠溶液调节ph值至中性，液化液冷却后，用离心机分离20min，取上清液，测de值。
进一步地，球磨机的转速为450r/min，研磨时间为20min。
进一步地，球磨机为行星球磨机。
进一步地，超声的频率为60-80khz，超声功率为1kw。
进一步地，步骤(6)还包括灭酶处理后再将液化液升温至80-100℃保持5-10min。
进一步地，离心机的转速为3000-4000r/min。
本发明还提供了根据上述的木薯淀粉以超声辅助制备麦芽糊精的方法制得的麦芽糊精。
本发明还披露了上述麦芽糊精应用于食品填充剂和增稠剂。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的预处理采用球磨机研磨，结果是打破粉体颗粒中的细胞壁，提高有效成分的提取率，使淀粉酶的扩散阻力下降，易于扩散到淀粉分子中使淀粉水解，从而提高了淀粉酶解效率，酶解时间较传统方法大大缩短；
(2)使用超声波处理为利用功率超声波调制体系中的物理或化学反应作用，因其可以在液态体系中产生空化、剪切、剧烈搅拌等作用而具有突出的分散效应，超声波具有波动与能量的双重属性，产生的强大冲击波与微射流可以提高化学反应速度，促进大分子降解，从而进一步缩短酶解时间；
(3)以上两点结合，大大提高木薯淀粉制备麦芽糊精的效率，也能够减少淀粉酶的使用量，通过物理方式替代部分化学处理过程，对环境更为友好。
以下将结合实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
具体实施方式
实施例1
(1)取木薯淀粉，称重后用行星球磨机研磨，磨球与木薯淀粉质量比为3:1，转速控制在400r/min，研磨时间为40min；
(2)研磨后的粉体称重，加入蒸馏水调配固液比为1:3，搅拌调浆15min；
(3)调好的淀粉浆液中，通过0.1mol/l氢氧化钠溶液配合0.1mol/l盐酸调节ph至6.0；
(4)经步骤(3)调好的料液中加入相当于原料重量0.1％的cacl2溶液，加热到90℃，使用超声处理40min，超声的频率为60khz，超声功率为1kw；
(5)在90℃恒温水浴中加入10u/g的中温α-淀粉酶，保温水解30min；
(6)水解后的液化液中加入盐酸调节ph值至1.6进行灭酶，时间为3min；
(7)灭酶后的液化液加入氢氧化钠溶液调节ph值至中性，液化液冷却后，用离心机分离20min，离心机的转速为3000r/min，离心后取上清液，测de值为7.65％。
实施例2
(1)取木薯淀粉，称重后用行星球磨机研磨，磨球与木薯淀粉质量比为3:1，转速控制在600r/min，研磨时间为20min；
(2)研磨后的粉体称重，加入蒸馏水调配固液比为1:6，搅拌调浆10min；
(3)往调好的淀粉浆液中，通过0.1mol/l氢氧化钠溶液配合0.1mol/l盐酸调节ph至6.0；
(4)经步骤(3)调好的料液中加入相当于原料重量0.1％的cacl2溶液，加热到90℃，使用超声处理40min，超声的频率为80khz，超声功率为1kw；
(5)在90℃恒温水浴中加入40u/g的中温α-淀粉酶，保温水解20min；
(6)水解后的液化液中加入盐酸调节ph值至2进行灭酶，时间为2min；
(7)灭酶后的液化液加入氢氧化钠溶液调节ph值至中性，液化液冷却后，用离心机分离20min，离心机的转速为4000r/min，离心后取上清液，测de值为8.61％。
实施例3
(1)取木薯淀粉，称重后用行星球磨机研磨，磨球与木薯淀粉质量比为3:1，转速控制在500r/min，研磨时间为30min；
(2)研磨后的粉体称重，加入蒸馏水调配固液比为1:4，搅拌调浆12min；
(3)往调好的淀粉浆液中，通过0.1mol/l氢氧化钠溶液配合0.1mol/l盐酸调节ph至6.0；
(4)经步骤(3)调好的料液中加入相当于原料重量0.1％的cacl2溶液，加热到90℃，使用超声处理40min，超声的频率为70khz，超声功率为1kw；
(5)在90℃恒温水浴中加入30u/g的中温α-淀粉酶，保温水解25min；
(6)水解后的液化液中加入盐酸调节ph值至1.8进行灭酶，时间为2min；
(7)灭酶后的液化液加入氢氧化钠溶液调节ph值至中性，液化液冷却后，用离心机分离20min，离心机的转速为3500r/min，离心后取上清液，测de值为8.07％。
实施例4
(1)取木薯淀粉，称重后用行星球磨机研磨，磨球与木薯淀粉质量比为3:1，转速控制在550r/min，研磨时间为20min；
(2)研磨后的粉体称重，加入蒸馏水调配固液比为1:4，搅拌调浆15min；
(3)往调好的淀粉浆液中，通过0.1mol/l氢氧化钠溶液配合0.1mol/l盐酸调节ph至6.0；
(4)经步骤(3)调好的料液中加入相当于原料重量0.1％的cacl2溶液，加热到90℃，使用超声处理40min，超声的频率为60khz，超声功率为1kw；
(5)在90℃恒温水浴中加入10u/g的中温α-淀粉酶，保温水解20min；
(6)水解后的液化液中加入盐酸调节ph值至2进行灭酶，时间为2min，灭酶处理后再将液化液升温至80℃保持10min；
(7)灭酶后的液化液加入氢氧化钠溶液调节ph值至中性，液化液冷却后，用离心机分离20min，离心机的转速为3000r/min，离心后取上清液，测de值为8.23％。
实施例5
(1)取木薯淀粉，称重后用行星球磨机研磨，磨球与木薯淀粉质量比为3:1，转速控制在550r/min，研磨时间为40min；
(2)研磨后的粉体称重，加入蒸馏水调配固液比为1:4，搅拌调浆15min；
(3)往调好的淀粉浆液中，通过0.1mol/l氢氧化钠溶液配合0.1mol/l盐酸调节ph至6.0；
(4)经步骤(3)调好的料液中加入相当于原料重量0.1％的cacl2溶液，加热到90℃，使用超声处理40min，超声的频率为70khz，超声功率为1kw；
(5)在90℃恒温水浴中加入10u/g的中温α-淀粉酶，保温水解30min；
(6)水解后的液化液中加入盐酸调节ph值至2进行灭酶，时间为2min；
(7)灭酶后的液化液加入氢氧化钠溶液调节ph值至中性，液化液冷却后，用离心机分离20min，离心机的转速为3000r/min，离心后取上清液，测de值为7.89％。
实施例6
(1)取木薯淀粉，称重后用行星球磨机研磨，磨球与木薯淀粉质量比为3:1，转速控制在550r/min，研磨时间为20min；
(2)研磨后的粉体称重，加入蒸馏水调配固液比为1:4，搅拌调浆15min；
(3)往调好的淀粉浆液中，通过0.1mol/l氢氧化钠溶液配合0.1mol/l盐酸调节ph至6.0；
(4)经步骤(3)调好的料液中加入相当于原料重量0.1％的cacl2溶液，加热到90℃，使用超声处理40min，超声的频率为80khz，超声功率为1kw；
(5)在90℃恒温水浴中加入25u/g的中温α-淀粉酶，保温水解30min；
(6)水解后的液化液中加入盐酸调节ph值至2进行灭酶，时间为2min；
(7)灭酶后的液化液加入氢氧化钠溶液调节ph值至中性，液化液冷却后，用离心机分离20min，离心机的转速为3000r/min，离心后取上清液，测de值为8.82％。
实施例7
(1)取木薯淀粉，称重后用行星球磨机研磨，磨球与木薯淀粉质量比为3:1，转速控制在550r/min，研磨时间为20min；
(2)研磨后的粉体称重，加入蒸馏水调配固液比为1:4，搅拌调浆15min；
(3)往调好的淀粉浆液中，通过0.1mol/l氢氧化钠溶液配合0.1mol/l盐酸调节ph至6.0；
(4)经步骤(3)调好的料液中加入相当于原料重量0.1％的cacl2溶液，加热到90℃，使用超声处理40min，超声的频率为80khz，超声功率为1kw；
(5)在90℃恒温水浴中加入25u/g的中温α-淀粉酶，保温水解30min；
(6)水解后的液化液中加入盐酸调节ph值至2进行灭酶，时间为2min，灭酶处理后再将液化液升温至100℃保持5min；
(7)灭酶后的液化液加入氢氧化钠溶液调节ph值至中性，液化液冷却后，用离心机分离20min，离心机的转速为3000r/min，离心后取上清液，测de值为8.78％。
实施例结果分析
a.球磨转速因素：
单一对球磨机转速对木薯淀粉的颗粒形态的影响进行观察，结果为：
通过球磨机对木薯粉进行预处理，可以使粉体更加细腻，颗粒更小，转速从400到550r/min逐渐提升，可见这一细化趋势逐步提高，由于球磨的结果是打破细胞壁，提高有效成分的提取率，使淀粉酶的扩散阻力下降，易于扩散到淀粉分子中，使淀粉水解，从而提高了淀粉酶解效率，酶解时间较传统方法大大缩短；
球磨机转速提高到550r/min之后，发现粉体中开始逐渐出现颗粒团聚，这与球磨速度过快，在给定研磨时间内足够提供能量使粉体细小化后表面能提高重新组合，团聚后，淀粉酶解效率受影响；
综上，在本发明的实验条件下，最佳球磨速度以550r/min为参考。
b.研磨时间、超声频率、酶解条件对获得最终de值的影响：
本发明综合机械化学处理和酶处理，在550r/min球磨机转速、超声功率1kw的固定条件下，通过正交试验，确定了制备理想麦芽糊精的适宜工艺条件，如下表所示。
根据上述结果，可以得出a1b3c2d3为最佳组合，因此实施例6和实施例7在给定球磨机转速、超声功率等条件下，采用了最佳变量，得到的产品最终de值最为理想。
实施例7为保证灭酶的彻底，继续将液化液升温灭酶处理，而最终de值也与实施例6非常接近，可以认为，也是一个较佳实施例。
本发明提供的超声波辅助制备麦芽糊精的方法，其有益效果为：(1)本发明的预处理采用球磨机研磨，结果是打破粉体颗粒中的细胞壁，提高有效成分的提取率，使淀粉酶的扩散阻力下降，易于扩散到淀粉分子中使淀粉水解，从而提高了淀粉酶解效率，酶解时间较传统方法大大缩短；(2)超声波处理中，产生的强大冲击波与微射流可以提高化学反应速度，促进大分子降解，从而进一步缩短酶解时间；(3)以上两点结合，大大提高木薯淀粉制备麦芽糊精的效率，也能够减少淀粉酶的使用量，通过物理方式替代部分化学处理过程，对环境更为友好。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。