淀粉糖化过程中还原糖在线检测的研究

淀粉糖化过程中还原糖在线检测的研究

山东科学第15卷　第4期Vol115　No14

2002年12月Dec12002SHANDONGSCIENCE

文章编号:100224026(2002)0420028204

史建国1,

杨　艳11刘兰浩2,杨晓丽2

1,山东济南250014;

21山东师范大学生命科学学院,山东济南250014)

摘要:本研究根据裴林试剂测定还原糖基本原理,研制出还原糖在线检测分析系统。在糖化过程中的应用表明:该技术可快速、准确、连续地检测还原糖的变化,准确度为0128%以内,精密度1131%,滞后时间不超过7min。关　键　词:还原糖;在线检测

中图分类号:Q81　　　　　文献标识码:A

淀粉的水解加工是淀粉糖生产中最基本的生产工艺,其典型的生化特征就是多聚糖向低聚糖、双糖或单糖的转化,还原性逐渐增加。测定还原糖在水解过程中的变化是水解过程控制的重要指标[1]。多年来,我国淀粉糖生产过程中pH、温度、压力、流量等控制指标的在线技术已广泛应用[2],但水解过程中最重要的工艺参数还原糖的变化仍是采用人工取样测定方法,不能连续跟踪动态变化、及时反映生化过程状态,且人为测定误差较大,给生产管理和过程控制带来很多麻烦[3],也影响了自动控制技术的广泛应用。还原糖在线检测已成为我国淀粉糖生产过程控制的关键技术之一。

本研究利用裴林试剂测定还原糖基本原理,研制出还原糖分析检测技术和设备(还原糖传感器)和与生物反应器(水解罐)相连接的装置(取样

、过滤、自动稀释和进样系统),其特点是快速、准确、性能稳定、操作简单、实用性强,为淀粉糖生产提供了一种新的还原糖在线检测技术。

1　在线分析系统

收稿日期:2002208220

作者简介:史建国(19602),男,副研究员,主要从事生物传感器的研究和开发。

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111　基本原理

还原糖是一组具有还原性的物质,包括糊精、低聚糖、麦芽糖、葡萄糖。在淀粉糖化过程中,黏度逐渐降低,流动性增高,还原糖含量逐渐增加。利用裴林氏剂滴定法可测定淀粉水解产生的还原糖含量。

次甲基蓝作为滴定终点指示剂,,原糖滴定至还原态,液体由兰色变为无色,。

在滴定过程中,溶液颜色逐渐变化:,在滴定终点时突然变化至无色透明。

,。随着,,在滴定终点,颜色的突变和电压的突变一,,,计算出被滴定样品的含量。电压变化如图1。112将还原糖测定和糖化系统连接,由自动控制系统按设定程序自动控制循环、过滤、取样、稀释、进样和测定。自动控制系统包括电源电路、控制板、显示面板打印机等,按设定时间进行样品循环、取样、经定量稀释后将样品输送到生化反应控制器;控制滴定池液体的进出、液体温度、搅拌,自动确定解过程还原糖的变化量(见图2)。113　材料和方法11311　材料

图1　滴定过程中的电压变化

滴定终点

,并将化学反应信息转化成电信号,经放大、转换成数字信息,自动计算和显示水

淀粉:土豆淀粉(济南石门淀粉有限公司生产);

糖化酶:100000u mL(市售)。11312　试剂

(1)费林甲液:硫酸铜35g,1%次

甲基兰溶液5mL,共溶后定容至1000mL。

(2)裴林试剂:氢氧化钠12614g,

图2　在线测定系统

酒石酸甲钠17g,亚铁氢化钾914g,共溶后定容至1000mL。

(3)100g L标准葡萄糖溶液。11313　操作方法(1)接通电源,按“开机”;

(2)将取样管口与用已知葡萄糖标准液连接,按定标键(定标);(3)将取样管与糖化罐连接;

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30 山　东　科　学2002年

(4)按测定键,自动进入连续测定。

2　结果与分析

211　准确度与精密度

取1010%葡萄糖标准液,连续测定5次,结果见表1表1标准液(%)测定值(%)

10101010

10101011011014

10101013

统计处理:N=5,:)340128:00131212配制不同浓度的葡萄糖标准液,每个样品连续测定三次,取平均值,计算线形相关性,结果见表2。

表2　在线系统的线形测试

标准液(%)测定值(%)

010012

015418

10109185

15101515

20101911

相关系数:r=019981,线形相关性良好。213　在线检测

将淀粉与水以1:4的比例混匀,加热到62℃,将淀粉糊化。加入糖化酶1mL,水浴60℃保温。将在线检测系统与糖化罐连接,进行连续测定,同时用手工滴定法进行离线测

定。记录糖化时间和测定结果(见表3)。

表3　淀粉糖化过程的在线检测

时间

304451587286107114

测定值(%)在线31654138418851035150517451946150

离线31724130417651105147517061026155

时间

128170184205219240282338

测定值(%)在线61746180710971217150717481068162

离线617861887113

71237153716871988159

对以上结果进t检验:

t=01996　t0105=21131(n=16)t<t0105

说明两种测定方法无显著差异。

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214　讨论

近年来,随着生物技术与计算机技术的发展和结合,生化过程的控制和最优化已从靠经验管理向用微机管理的方向发展[4]。如何实现淀粉糖及发酵生产的在线检测和自动控制已成为国内外研究的热点,

很多控制模型已在实际生产中应用[5～7]。(淀粉糖生产)或底物(发酵生产)的还原糖在线测定技术,具有速度快,结果准确,,原理和结果同现在国内外企业标准一致,统,参考文献:

[1等[J]Λ山东科学Κ1996Κ9;2ΓΠ56Λ[2]Λ一种果葡糖浆糖化控制过程的微机监控过程[J]Λ仪器仪表与传感器Κ1999Κ11Π26Λ[3]Κ等Λ食品中还原糖测定的国标法的改进[J]Λ成都大学学报Κ1997Κ16;3ΓΠ25

[4]　安居白Κ等Λ柠檬酸发酵过程多目标模糊控制模型的研究[J]Λ系统工程理论与实践Κ1999Κ12Π120Λ[5]　刘少文Λ啤酒发酵微机控制系统[J]Λ福州大学学报Κ1998Κ25;6ΓΠ11221161

[6]　梁华国Κ等Λ抗生素发酵微型机集散式测控系统[J]Λ合肥工业大学学报;自然科学版ΓΚ1995Κ18

;2ΓΠ89Λ

[7]　陆林根Κ等Λ一种新型的罐群控制微机控制系统[J]Λ中国抗生素杂志Κ1994Κ19;4ΓΠ279Λ

On-linedeterminationofreducingsugarinsaccharficationprocesses

1111

SHIJian2guo,MAYao2hong,ZHANGLi2qun,YANGYan1122

MENGQing2jun,YANGJun2hui,LIULan2hao,YANGXiao2li

(11Chinese2JapanFriandshipB

iotechnologyResearchCenterofShandongAcademyof

Sciences,Jinan250014,China;2.ShandongNormalUniversity,Jinan250014,China)

Abstract:BasedonFehling’sreaction,anon2linereducingsugarmonitoringsystemwascon2structed1Thesystemwasveryconvenientandrapidindeterminationofreducingsugarinsaccharficationprocesses1Theaccuracywas0128%1TheCVwaslessthan1131%andacy2cletimewaslessthan7min1

Keywords:reducingsugar;on2linedetermination

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