CN101090640A - 使用中性酶预蒸煮连续生产用于点心和玉米粉圆饼的速食玉米粉 - Google Patents

使用中性酶预蒸煮连续生产用于点心和玉米粉圆饼的速食玉米粉 Download PDF

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Abstract

使用木聚糖酶、内淀粉酶和内蛋白酶作为加工助剂通过酶预蒸煮来连续生产预蒸煮和部分脱麸玉米粉。使用内酶溶液的低温和中性－pH预蒸煮实现了部分麸皮水解，同时避免了过度的预糊化，降低了洗涤和废水中的玉米固体损耗。然后稳定含水量，接着研磨和在高温和短时干燥来产生磨碎的核仁中受控的糊化和变性，冷却并进一步干燥干燥－磨碎的颗粒。从较粗的颗粒分离和回收细粒子尺寸或细粉，还将粗颗粒隔离来分离部分水解的麸皮部分，用于完整的粉或动物饲料膳食，再次研磨并过筛较粗的颗粒来产生用于点心的速食玉米粉，并将细颗粒与石灰混合来获得用于玉米粉圆饼和其他玉米食品的湿润粉糊粉。

Description

使用中性酶预蒸煮连续生产用于点心和玉米粉圆饼的速食玉米粉
本申请是2003年8月28日提交的申请系列No.10/653,361的部分继续申请，该申请系列进而是2002年8月30日提交的以U.S.专利no.6,638,554颁布的申请系列No.10/231,291的部分继续申请。
发明背景
1.发明领域
本发明涉及低温和中性pH预蒸煮来生产玉米粉的方法，更特别地，涉及在用于精心制作点心(snack)和玉米粉圆饼食品的速食玉米粉的生产过程中使用木聚糖酶、内淀粉酶和内蛋白酶混合物作为加工助剂来实现连续部分水解不溶性杂木聚糖(heteroxylan)、含淀粉的和蛋白质的麸皮细胞壁，同时避免过多预糊化的方法。
2.相关技术的描述
只有当食品级的马齿种玉米具有以下特征时，可以通过常规技术来生产高质量湿润粉糊(masa)粉的生产：核仁大小和硬度均匀、少量的应力裂纹和核仁破损以及石灰水蒸煮过程中的果皮易于去除。成熟的核仁具有四个可分开的部分，基于干重：尖端(0.8-1.1％)、果皮或麸皮(5.1-5.7％)、内胚乳(81.1-83.5％)和胚(10.2-11.9％)。在干或湿的研磨过程中，麸皮包括果皮、尖端、糊粉层(与麸皮分离)以及糊粉/含淀粉内胚乳的粘附碎片。天然玉米麸皮含有由内胚乳组织以及糖蛋白果皮产生的淀粉(4-22％)和蛋白质(5-8％)(Saulnier等，1995和Hromadkova等，1995)。通过玉米的碱性蒸煮、洗涤、研磨nixtamal并干燥来获得玉米湿润粉糊粉的步骤来生产nixtamalized玉米粉(NCF)。将这种玉米粉过筛并混合，用于不同的产品应用，通常在包装用于商业餐桌或包装的玉米粉圆饼和点心生产之前补充添加剂。尽管在碱性蒸煮和洗涤过程阶段中部分除去了果皮或麸皮，仍然存在残留的来自玉米仁的纤维(Montemayor和Rubio，1983，U.S.专利No.4,513,018)。完整的Nixtamalized玉米粉或湿润粉糊粉可以含有7-9％的总膳食纤维或麸皮，6-8％主要由不溶性纤维构成，基于干重(Sustain，1997，U.S.专利No.6,764,699)。
细胞壁或非淀粉多糖(NSP)是主要的玉米膳食纤维成分并包含半纤维素(杂木聚糖或戊聚糖和β-葡聚糖：4.4-6.2％)、纤维素(2.5-3.3％)和一些木质素(0.2％)。根据Watson(1987：表IV和VII)，玉米果皮/尖端构成约5-6％的核仁干重，而糊粉内胚乳具有约2％的核仁干重。该果皮还含有90％不溶性纤维(67％半纤维素和23％纤维素)和仅0.6％可溶性纤维(可溶性-阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖)。估计果皮或麸皮(4.9％)和内胚乳(2.6％)中的膳食纤维构成80％的总膳食纤维。主要在果皮和内胚乳(糊粉和含淀粉的)中发现玉米不溶性纤维，这构成68％的总膳食纤维(基于干重9.5％)。玉米麸皮层包括外层(细麸或外壳)、内层(横细胞和管细胞)、核层和内胚乳(糊粉和含淀粉的)细胞壁。最里面的管细胞层是一排靠着糊粉层紧密压缩的纵向管。接着是非常松散和开放的区域，称为横细胞层，其具有大量的胞间空间。这些区域提供了所有细胞之间的毛细管相互连接，这有助于水的吸收。果皮延伸至核仁的基部，和尖端组合。在尖端内部存在海绵状分支细胞，与横细胞开放地连接。
和可溶性纤维占总纤维12％(4.1％)的玉米内胚乳不一样，全麦中，可溶性纤维表示总纤维的22％(约20％吸收的面粉水结合可溶性戊聚糖部分)。阿拉伯木聚糖是复杂的聚合物(20,000-170,000道尔顿)，具有(1，4)-β-xylopiranosyl单元的线性主链，其中通过xylosil残基(主要是α-L-阿拉伯呋喃糖基)的O2和O3原子向该单元连接取代基。该聚合物通过阿魏酸和二阿魏酸的酯键交联明显地连接玉米细胞壁中的纤维素骨架(Watson，1987)。然而，玉米麸皮中的杂木聚糖不溶性可能是由于蛋白质-多糖连接(果皮糖蛋白或伸展蛋白)和高度分支的结构(23％木聚糖主链不带有侧链)引起的，与小麦麸皮相反(Saulnier等，1995)。
在碱蒸煮和/或浸泡过程中，存在化学和物理改变，如随着部分果皮或麸皮去除的营养流失、随着预蒸煮玉米仁中淀粉糊化/膨胀和蛋白变性的内胚乳周围的降解。最重要的营养改变是：钙水平的提高和Ca对P比例的提高、不溶性膳食纤维和玉米蛋白的降低、硫胺素和核黄素的降低、亮氨酸对异亮氨酸比例的提高降低了对烟酸的需要，并将黄曲霉素沥滤至废水中(Sustain，1997)。
已经提出将已知的蒸煮方法(分批或连续)作为临界变量(Sahai等，2001)，这测定了用于厌氧生物降解的石灰水残余物中的可溶性固体损耗(1％至1.6％COD)(Alvarez和Ramirez，1995)。干固体物质(1.5％-2.5％)包括平均50-60％的膳食纤维、15-20％的灰分、15％的淀粉、5-10％的蛋白质和5％的脂肪。Bryant等(1997)表明了淀粉行为的最佳改变在相似于玉米湿润粉糊工业的石灰水平，其中通过0％至0.4％的石灰添加，淀粉糊化指示剂(酶消化、保水能力、淀粉可溶性和DSC-峰值温度＝69°至75℃)得以提高，峰值在0.2％。他们还发现添加石灰达0.5％时峰值-粘度温度降低，表示越快的颗粒膨胀需要越少的热能。玉米果皮nixtamalization(Martinez等，2001)具有与热水可溶性部分如淀粉和果胶以及碱可溶性脂肪快速分解相关的一级阶段。第二阶段是由于半纤维素-纤维素-木质素结构的缓慢碱性水解，具有较高的与碱-pH浓度成比例的半纤维素损耗。
阿拉伯木聚糖降解酶包括木聚糖酶(1，4-β-D-木聚糖木聚糖水解酶(xylanohydrolase)，EC 3.2.1.8)和β-木糖苷酶(1，4-β-D-木聚糖xylohydrolase，EC 3.2.1.37)。前一种内酶随机地水解不溶性和可溶性木聚糖主链(EC 3.2.1.8)，而后一种外酶水解木糖聚合物非还原端的木糖(EC 3.2.1.37)。木糖通常不是主要的产物，且通常在木二糖和木三糖(最小的寡聚物)后产生。实际上所有的木聚糖酶是内作用的，如通过色谱法或它们的动力学特征(底物和产物形成)、分子量和pH(碱性或酸性)或其DNA序列(晶体结构)所测定的。它们可以在结构上归类成两个主要的糖基水解酶的家族或同功酶(F或10和G或11)(Jeffries，1996)。F10木聚糖酶较大，具有一定的纤维素酶活性并产生低DP寡糖(较低的特异性)；F11对于木聚糖特异性更大并具有较低的分子量(即，环状芽胞杆菌(B.Circulans)和哈茨木霉(T.harzianum)。
此外，酶技术协会(ETA，1999；FDA，1998)将以下的半纤维素酶(俗名)归类为糖酶：a)内酶(EC 3.2.1.32＝1，3-β-木聚糖水解酶，78＝甘露聚糖水解酶和99＝阿拉伯水解酶)和b)外酶，只攻击木聚糖-聚合物(戊聚糖)上的支链，产生木-寡聚物(EC 3.2.1.55＝α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶)或产生酸(葡糖醛酸糖基化酶(glycosilase)和阿魏酸酯酶)。目前所认识的产自黑曲霉(A.niger)(EC 3.2.1.8和37，55)、米曲霉(A.oryzae)(EC 3.2.1.8或32)、枯草芽胞杆菌(B.subtilis)(EC3.2.1.99)和里氏木霉(Trichoderma longibrachiatum(之前的reseei：EC 3.2.1.8)的内酶(木聚糖酶)和外酶通常认为是安全的(GRAS；21 CFR 182、184和186)且不再需要U.S.食品和药品管理局批准或认定是安全的(欧洲的RAS：Mathewson，1998)。然而，在21 CFR 172以及174-178中规定了直接和间接的食品添加剂(即，包装材料)。第二级直接添加剂，直接添加剂的亚类，主要是加工助剂，其用于在食品加工过程中实现技术效果但不意图用作成品中的技术或作为功能添加剂。在21 CFR 173中也对它们进行了规定(食品中使用的酶制剂的部分列表)。最后，在1958年之前广泛消费的通过重组DNA产生的并且在1958年之后已经被改性并在商业上引入的所有GRAS物质，必须遵守21 CFR 170.3中提出的规定要求(GRAS公告)。
在谷物粉中使用商业木聚糖酶(内酶)替代非特异性半纤维素酶(外和内酶)制剂的益处是副活性(纤维素酶、β-葡聚糖酶、蛋白酶和淀粉酶)的降低和面团粘性的降低。具有明确的内作用和外作用活性的阿拉伯木聚糖降解酶已经是可购得的，用于食品和饲料，来自以下公司：Amano、Danisco-Cultor、EDC/EB、Genencor、Gist-Brocades-DSM、logen、Novozymes、Primalco、Quest、Rhodia和Rolm。文献中提及的商业木聚糖酶(内戊聚糖酶)和半纤维素酶(木聚糖酶)的建议应用包括：1)提高废弃谷物的浸润和谷物干燥过程中的能量降低；2)用较少的水促进面团配制、降低面条和面糊生产中的粘性；3)当配制谷物用于剥片、膨胀或挤压时，降低含水量；4)延迟面包的走味或硬化；5)使用于小甜饼和脆饼生产的面团松弛和在新的产品配方中使用粘性谷物粉；6)当加入调节水中时，提高麸皮去除；和7)降低玉米湿研磨中的浸泡时间和含淀粉纤维。
一系列复杂的条件决定了焙烤产品的货架期，因此食品配方设计师对面包瓤柔软性具有三种基本的方法：防止水分转移；防止淀粉再结晶；和水解淀粉。通过许多物理化学改变来标志面包瓤走味，这些变化按照以下次序发生：面包瓤变硬和变韧(淀粉回生)；破碎性的外观；和水分通过蒸发的损耗。商业淀粉酶通过在焙烤过程中破坏糊化的淀粉来作为抗走味剂。通过名称和来源列出的一些商业微生物淀粉酶(ETA，1999；FDA，1998)是：a)内淀粉酶(米曲霉/黑曲霉，和米根霉/雪根霉：EC 3.2.1.1)；b)外-葡糖淀粉酶/外-淀粉葡萄糖苷酶(米根霉/雪根霉和米曲霉/黑曲霉：EC 3.2.1.3)；和c)内-支链淀粉酶和内-淀粉酶(枯草芽胞杆菌、巨大芽胞杆菌、嗜热脂肪芽胞杆菌和芽胞杆菌种：EC 3.2.1.33，41/60和EC 3.2.1，133)。遗传工程技术已经用来发展具有内作用或外作用(麦芽糖)活性和中等热稳定性(＜65℃)的淀粉酶，嗜热脂肪芽胞杆菌属于该类别。这些新的淀粉酶在焙烤过程中全部失活，而甚至在较高的剂量产生没有胶粘性的软面包瓤。Lopez-Mungia等(MX专利952,200)描述了酶处理(使用内淀粉酶)(从nixtamal或nixtamalized玉米粉)获得玉米粉圆饼，其在冷藏储存过程中延迟了走味。此外，商业酶制品通常含有一种或多种酶活性，如：糖酶(淀粉酶、木聚糖酶)、蛋白酶和酯酶。这些水解酶是催化各种键水解的酶：EC 3.2糖基化酶是作用于O-糖基键的糖酶(EC 3.2.1)和EC 3.4肽酶是作用于肽键的蛋白酶。将蛋白酶进一步分成只在多肽链(氨基酸聚合物/蛋白质)末端附近起作用的“外肽酶”和在多肽链内部起作用的“内肽酶”。“肽酶”的用法是“蛋白酶”的同义词，因为最初使用了蛋白酶。认识了两组亚类，那些内蛋白酶(EC3.4.21-24/99)和那些外蛋白酶(EC 3.4.11-19)。主要根据催化机理和特异性来区分内蛋白酶：丝氨酸蛋白酶(EC 3.4.21，在碱性-pH起作用)，半胱氨酸/金属蛋白酶(EC 3.4.22/24，在中性-pH起作用)和天冬氨酸蛋白酶(EC 3.4.23，在酸性-pH起作用)。微生物蛋白酶属于三个宽的组：a)酸性蛋白酶，在pH2至4具有最大活性，b)在pH7-8的中性蛋白酶，通过金属螯合剂来抑制和c)在pH9-11的碱性蛋白酶，分裂多种肽以及酯键。将芽胞杆菌内蛋白酶分成两类：A-组(枯草芽胞杆菌、藓样芽胞杆菌/短小芽胞杆菌：＜50℃)不产生中性蛋白酶或淀粉酶，B-组(枯草芽胞杆菌NRRLB3411、解淀粉芽胞杆菌和枯草芽胞杆菌变种amylosacchariticus)产生中性(巨大芽胞杆菌/嗜热脂肪芽胞杆菌：～70℃)以及内/外淀粉酶(Keay等，1970a，b)。
适度的半纤维素酶添加降低了小麦面团中的水吸收，而使用木聚糖酶对于高水分面包制品提高了水结合和可溶性木聚糖。相反，如果将淀粉糊化最小化，较高的内酶或木聚糖酶添加是理想的，且可溶性部分的水解释放了用于低水分小甜饼或脆饼产品的水(EPA专利0/338787)。因此，合适水平的木聚糖酶导致理想的面团软化而没有引起粘性，因此提高了成型和焙烤操作过程中的可加工性。Haarasilta等(U.S.专利No.4,990,343)和Tanaka等(U.S.专利No.5,698,245)已经提出半纤维素酶或戊聚糖酶和纤维素酶的制剂(Cultor/Amano)引起用于面包体积增大的小麦不溶性纤维的分解。Rubio等(U.S.专利No.6,764,699)已经通过加入木聚糖酶和纤维素酶的真菌混合物(＞100ppm)至全nixtamalized玉米粉在环境储存7天后提高了包装的玉米粉圆饼的柔软性和弹性。
Antrim等(CA专利2,015,149)公开了制备切碎的、谷粉制产品的方法，该方法通过蒸煮整谷粒(小麦)、用微生物异淀粉酶处理、调节(即，保持)和成型，以便烘焙或烘烤切碎的小麦产品。Tobey等(U.S.专利No.5,662,901)使用酶制剂(＞200ppm)并调节湿的或浸泡过的谷物(高粱)至少30分钟。微生物酶包括半纤维素酶、淀粉酶、果胶酶、纤维素酶和蛋白酶来提高动物重量增加和饲料使用效率。Van DerWouw等(U.S.专利No.6,066,356)还报道了重组-DNA内-阿拉伯木聚糖酶(Gist Brocades)的使用分解了来自去胚玉米的水不溶性固体(～1.5％)并对于动物饲料提高了它们的体外消化(13-19％)或在小麦粉中用于提高面包体积(～9％)。
用于制备改良的湿润粉糊食品的中试工艺(WO专利00/45647)在nixtamalization之前使用了作为加工助剂的还原剂(偏亚硫酸氢盐)或酶(二硫化物异构酶或硫醇-蛋白酶/Danisco)和湿润粉糊或玉米，使得天然蛋白得到改性。Jackson等(U.S.专利No.6,428,828)公开了相似的过程，其中将完整的玉米仁浸泡并用食品级的商业碱性蛋白酶消化(＜1000ppm；50℃-60℃；pH＞9)，其改变了玉米蛋白结构，与碱蒸煮相似，具有部分糊化(～20％-40％)。
在玉米(高蛋白)中克隆新的转基因热稳定性还原酶主要来提高剥片研磨生产和湿润粉糊生产中重要的淀粉和蛋白质的可提取性以及回收。在45℃至95℃浸泡玉米颗粒替代使用亚硫酸盐时，蛋白质二硫化物键的还原改变了玉米粉的性质(作为来自高蛋白玉米的小麦替代品)。需要关键的浸泡来软化核仁，然后从构成玉米内胚乳的蛋白质和细胞壁物质的复杂基质解散出淀粉颗粒(WO专利01/98509)。
玉米粉圆饼是北美洲和中美洲的主要可食玉米制品。它是平的、圆的、未发酵的和焙烤的薄煎饼(平的玉米面包)，由新鲜湿润粉糊(研磨的nixtamal)制得的或由nixtamalized玉米粉(湿润粉糊粉)制得的玉米面团制得。在人工或机械精心制作且没有任何类型的添加剂时，可能提及玉米粉圆饼在室温具有12至15小时的最大货架期。此后，它们受到微生物的发酵或分解且由于存储或重新加热的玉米粉圆饼的淀粉组成中的物理化学改变而变硬/走味(淀粉-蛋白质聚集)。已知在没有水分损耗条件下保存(塑料包装)玉米粉圆饼时，仍然随着时间变成硬的且当弯曲时容易破裂或破碎。在南美洲北部，特别是在哥伦比亚和委内瑞拉，用干磨技术加工硬的内胚乳玉米而没有废水，并将其进一步转化成预蒸煮的、去胚的和脱麸玉米粉，用于传统食品。主要以“arepa”的形式来食用，这是一种平的或卵形的、未发酵的并焙烤的厚煎饼，由速食面粉制得。在其他南美国家，玉米面(玉米糊)和玉米粉用于肉馅卷饼、薄煎饼和点心食品(FAO，1993)。
食品发酵过程依赖于内源和微生物酶活性，用于降解纤维、淀粉、蛋白质、抗营养素和毒性因子。在一些情况中，微生物工艺与呈现了独特特征的固有发酵过程相关。微生物通常是工业酶的主要来源：50％源自真菌和酵母；35％来自细菌，而剩余的15％是植物或动物来源。微生物酶是通过浸没发酵或固体-底物发酵技术商业生产的。生物催化剂或酶的使用在许多新兴国家农业-工业的加工操作中具有提高生产力、效率和质量输出的潜力。这些生物化学工艺比其他的食品加工单元操作通常具有简单的制造基础、低资本投资和较低的能量消耗要求。各种豆(大豆和角豆)、种子和叶子的碱性和中性-pH发酵给主要在非洲和亚洲的数百万人民提供了富含蛋白质/脂质、有滋味的、低成本的食品调味品(尼日利亚dawadawa/ogiri、塞拉利昂ogiri-saro、日本natto、印度kenima、印度尼西亚cabuk/semayi)。基于芽胞杆菌种(枯草芽胞杆菌、地衣芽胞杆菌、短小芽胞杆菌)的使用，发酵主要是水解蛋白的，主要在种子中产生富含氨基酸/肽的混合物，而没有微生物淀粉酶和酯酶活性(Steinkraus，1996)。Pozol在S.E.墨西哥是土著和混血儿人群作为饮料/粥产生和食用的发酵玉米面团球(来自nixtamal或石灰处理的玉米)。益生菌发酵涉及至少五个相互作用的组，这包括来自新鲜制得的面团或nixtamalized玉米粉的天然微生物菌丛(抗热性杆菌种和放线菌种)。嗜氮土壤杆菌(Agrobacterium azotophilum)(重新归类为枯草芽胞杆菌：NRRL B21974)和肺炎克雷伯氏菌(产气肠杆菌)，两者都生长于无氮培养基中并在这种固体底物发酵过程中提高了氨基酸氮和可能的总氮。其他组包括乳酸细菌(分解淀粉的乳酸菌种)，其提高了风味(0.7％乳酸)而降低了碱性pH(在24-48小时从8至～5)；热带念珠菌引起了醇/水果香味，念珠地丝菌产生香味和海绵状质地(Ramirez和Steinkraus，1986；Steinkraus，2004)。另一方面，用于淀粉生产的玉米湿研磨过程涉及逆流浸渍或浸泡完整玉米仁过程中的酸(pH＜5)发酵(45-50℃24-48小时)。目的是软化内胚乳和破坏将蛋白质基质保持在一起的二硫键。浸泡是扩散受限的单元操作，其中需要两种浸泡水化学和生物化学辅助剂(使用～0.10-0.25％二氧化硫和～0.5-2.0％通常由乳酸菌种产生的乳酸)。它们可以通过尖端的基础端扩散至玉米仁中，通过果皮的横细胞和管细胞移动至核仁顶并进入内胚乳(Watson，1987)。乳酸发酵的主要结果是内胚乳蛋白/玉米蛋白的分散和随后的研磨过程中淀粉释放的提高，用于酸发酵的玉米稀粥/粥，如加纳kenkey、尼日利亚ogi(工业)、肯尼亚uji和南美发酵玉米粥(Steinkraus，1996和2004)。
适当加工的工业玉米或湿润粉糊粉简化了玉米粉圆饼和点心产品的生产，因为用户消除了废水处理、定位、操作和将玉米加工成新鲜的用于玉米粉圆饼和点心的湿润粉糊需要的管理技术。然而，速食玉米粉可能具有以下性质和成本缺陷：高成本、在湿润粉糊和第三代(3G)玉米食品中缺乏风味和质地差。这些可以包括挤压蒸煮、接着冷却、保持(老化)和干燥来形成“点心球”，通过油炸膨胀将其制成最终的点心产品。另一个实例是早餐谷物，通过蒸煮整谷粒(小麦、大米或玉米)、接着冷却、调和(调理)、切碎、形成“饼干”并焙烤来制得。
玉米加工者可以以三种方法之一从他们的工业操作产生增加的价值：从新的杂种产生新的产品，提高玉米传统产品的产量和以较低的单元成本提高加工效率。在过去，这已经通过方法和使用装置来进行，其中在石灰水溶液中蒸煮和/或浸渍谷粒，如U.S.专利No2,584,893、2,704,257、3,194,664和4,513,018中公开的那些。这些用于玉米面团或湿润粉糊粉工业生产的现有技术的方法涉及加速的蒸煮和浸渍时间，液体废水中大量的固体流失(～1.5-2.5％)。此外，根据蒸煮、洗涤和干燥操作的严重程度，必需营养素如维生素和一些氨基酸流失。
已经开发了生产用于食品的速食玉米粉的许多和改变的方法，这些方法涉及降低水含量，使用低温蒸煮和短时加工，而获得高产量的终产品，如通过以下U.S.专利No.4,594,260、5,176,931、5,532,013和6,387,437所反映的。在这点上，参考以下U.S.专利No.4,594,260、5,176,931、5,532,013和6,265,013，还需要低温干燥。相反，U.S.专利No.4,513,018、5,447,742、5,558,898、6,068,873、6,322,836、6,344,228和6,516,710使用高温脱水或蒸煮来替代低温蒸煮。
考虑到现有技术方法的缺陷，若干研究不仅使用了废水最少的低温预蒸煮，而且分离了玉米部分，如以下U.S.专利No.4,594,260、5,532,013、6,025,011、6,068,873、6,265,013、6,326,045和6,516,710所反映的。
还测试了一些用于酶浸泡的应用来将具有减少的废水的传统湿润粉糊加工转化成新的生化工艺(WO专利00/45647和U.S.专利No.6,428,828)。尽管上述现有技术方法能够酸性或碱性酶预蒸煮或浸渍整粒玉米，用于改进的湿润粉糊或湿润粉糊粉加工，但是在本发明时在市场上仍然不可获得在中性-pH使用替代的木聚糖酶、内淀粉酶和内蛋白酶的混合物作为加工助剂的连续工业应用。
发明概述和目的
因此，本发明的目的是提供与现有技术热、机械、化学和酶或生物加工整粒玉米的加速预蒸煮方法的完全脱离，以便在用于点心和玉米粉圆饼食物的速食玉米粉生产过程中不仅控制含淀粉的内胚乳糊化而且控制蛋白质变性而没有使用化学物质。
本发明的另一个目的是在预蒸煮玉米粉的连续生产过程中使用低温蒸煮，使用微生物木聚糖酶、内淀粉酶和内蛋白酶溶液用于部分水解麸皮杂木聚糖、含淀粉和蛋白质的细胞壁。优选商业木聚糖酶、内淀粉酶和内蛋白酶的组合使用。
另一个目的是使用涉及低温、中性-pH预蒸煮的工业方法和装置，这不仅溶解了玉米细胞壁并减缓了水扩散，实现了受控的淀粉颗粒膨胀，而且导致降低的玉米固体损耗。
通过应用于用于点心和玉米粉圆饼的预蒸煮玉米粉或速食玉米粉生产的新连续工艺，获得了本发明以上和其他的目的和优势，这些实施方案包括短时玉米预蒸煮，接着低温和中性-pH预蒸煮，使用木聚糖酶、内淀粉酶和内蛋白酶作为加工助剂，使得实现不溶性麸皮层的部分水解，而具有降低的糊化和变性，降低的洗涤和预蒸煮核仁的玉米固体损耗、含水量稳定至所需的最佳水平，用于研磨和干燥预调理的核仁来产生均匀的部分糊化、冷却和干燥干磨的颗粒、分离并回收从较粗磨料如此产生的细磨料，而将粗磨料进一步抽吸来除去部分水解的麸皮部分，用于完整的玉米粉或动物饲料膳食、再次研磨分离的较粗磨料，并进一步过筛来获得用于点心的速食玉米粉，并且只将细粉和石灰混合来产生用于玉米粉圆饼及其衍生物的湿润粉糊粉。
附图简述
从以下遵照且来自附图的描述来更全面地理解本发明，其中该单个附图描绘了本发明的实施方案，以块型流程图说明了连续的工业生物工艺，使用低温和中性-pH预蒸煮，使用木聚糖酶、内淀粉酶和内蛋白酶溶液作为加工助剂。
优选实施方案的详述
首先参照图1，以流程图的形式描绘了本发明的实施方案。其包括预蒸煮器1；洗涤器2；具有加料器的预调理器3；初级研磨机4；炉子5；具有风扇的干燥器6；第一旋风分离器7；具有相连风扇的冷却器8；第二旋风分离器9；筛分器10；抽吸系统11；和次级研磨机12。
预蒸煮器1，它的设计本身是已知的，喂入干净的玉米，蒸汽加热的浸泡水(70℃至85℃)从洗涤器2循环来形成含水悬浮液(玉米与水的比例约为1∶1至1∶2.0)。将玉米仁煮成半熟，以便松散它们的麸皮细胞壁，并从9％-12％部分水合至24％-32％，持续约20至约40分钟。接着，将微生物木聚糖酶、内淀粉酶和内蛋白酶溶液作为加工助剂连续加入约50℃至70℃低温范围的预蒸煮器中，持续另外的10至75分钟的时间段。这使得待产生的酶预蒸煮核仁含水量为32％至37％，同时将pH维持在约6.0至约8.0的中性pH，加入10％的木聚糖酶、内淀粉酶和内蛋白酶的溶液。以代表0.025％至0.25％玉米仁(以重量计)的含量来提供溶液。优选地，以代表0.025％至0.180％玉米仁(以重量计)的含量来提供溶液。通过控制蒸汽加热和核仁停留时间，可以在约50℃至85℃的温度部分预蒸煮玉米，持续30至约115分钟的总时间，以便软化它们的麸皮层。可以进行中性-pH蒸煮，使得只有玉米仁、浸泡水和微生物溶液的混合物进行预蒸煮。可能的是微生物溶液可以只包括载体和木聚糖酶、内淀粉酶和内蛋白酶中的一种或多种。
预蒸煮器中的废水损耗由来自洗涤器2的再循环蒸汽加热的浸泡水替代，将其调节来维持约1.0％至约1.5％的溶液固体含量。工业预蒸煮器进行玉米麸皮和含淀粉/蛋白质细胞壁的部分水解，促进了通过果皮和尖端层的快速水扩散，之后通过内胚乳和胚细胞壁缓慢渗透，提高了淀粉颗粒膨胀。该低温预蒸煮(＜70℃)还进一步控制不溶性纤维和淀粉/蛋白质溶解(从约0.5％至约1.5％的水可提取固体，基于玉米仁)，因此与传统分批和连续碱蒸煮相比(1.5-3.0％，U.S.专利No6,516,710和4,513,018)允许可溶性固体浓度降低至少35％。然后将部分预蒸煮的玉米悬浮液通过洗涤器2，其中在30至60秒的过程中用约75℃至90℃温度的热水喷雾，这还用来提高水吸收并作为废水洗掉带有变性内酶的玉米固体。
此后将洗过的玉米通过预调理器3，其中在55℃至约75℃平衡中性预蒸煮的核仁来获得约34％至约39％的残余含水量，持续约15至约60分钟。
此后，将预调理过的玉米通过加料器加料至初级研磨机4，加料器的设计本身是已知的，使得预研磨过的玉米和来自炉子5的热空气混合，并通过工业干燥器6部分蒸煮，干燥器的设计本身是已知的。因此，将预研磨过的核仁在190℃至约230℃的高温快速干燥，持续5秒至约30秒的短时间。其含淀粉内胚乳得到部分糊化或预蒸煮，根据待产生的粒化在60℃至75℃产生16％至约20％的含水量。
用第一旋风分离器7提取载有水分的热空气(110℃至120℃，和11％至13％的水分)，使得可以通过将较干的物质推动通过带有相连风扇的冷却器8来发生进一步的水分提取，因此进一步将含水量从16-20％降低至约9-12％(与进料的玉米相似)。
在使用第二旋风分离器9进一步提取载有水分的温热空气后(95℃至100℃)，将预蒸煮的干颗粒引向筛分器10，其中分离出细的部分(在20至100目下)作为速食玉米粉，并进一步分离较粗的部分。
之后在抽吸系统11中进一步分离粗的部分，其中获得两个部分，轻的麸皮部分，其被分离为饲料或用于具有9％至12％含水量的完整粉(表示进料干净玉米总重的约3％至约6％)，和重的较粗部分，其在次级研磨机12中再次研磨。将次级研磨机12的研磨产物再循环至筛分器10来进一步过筛并产生用于点心的均匀玉米粉。如果需要，可以将速食玉米粉与石灰混合(从0.05％至约0.25％，基于预蒸煮的玉米粉)来产生用于制备玉米粉圆饼或基于玉米的食品的湿润粉糊粉。
为了用于点心制造中，优选通过将速食玉米粉与温水以1∶0.8至约1∶1.0重量比混合来再水合以形成用于点心精心制作(从15％至约30％全部的油)的玉米面团(45％至50％最终水分)。
为了用于玉米粉圆饼制造中，可以将本发明的方法制得的湿润粉糊粉用1∶1.1至约1∶1.3重量比的水进行再水合，来用作玉米粉圆饼和基于玉米的食品(45％至50％水分)中的湿润粉糊面团(50％至60％最终水分)。
在这个方法中，与工业方法相比较(1.5％-3.0％)，新的中性酶预蒸煮导致废水中玉米固体35％至40％的降低，因此减少了污物和能量成本。此外，如果生产速食湿润粉糊粉来提高作为第三代点心的基于玉米食品的新风味，本发明的酶预蒸煮使得石灰使用降低了50％。在中性-pH(6-8)使用木聚糖酶、内淀粉酶和内蛋白酶溶液(0.025％-0.25％)的低温预蒸煮(50℃-70℃)不仅有助于不溶性细胞壁生物聚合物的解聚而且提高了麸皮去除和作为粉的糊粉层的回收。内酶部分水解果皮、糊粉和含淀粉细胞壁，实现了同时的水扩散，具有减低的糊化和变性，而没有使用低石灰(U.S.专利No.6,516,710、6,428,828、6,387,437和6,344,228)或低亚硫酸盐添加(U.S.专利No.6,322,836)。
与产生了88％产量的商业碱性蒸煮过程相比较，进一步存在酶预蒸煮玉米总重94％至97％玉米粉产量的可能。通过新方法生产的速食玉米粉可以因此包括每公斤玉米高于95％玉米粉的平均产量，通过传统arepa方法生产的脱麸和去胚粉只获得65％至70％的产量，或对于完整的arepa粉80％至85％的产量(U.S.专利No.6,326,045)。
更进一步，与传统方法相比较，通过本发明方法生产的低温和酶预蒸煮的玉米粉具有较高的营养价值，比商业玉米粉具有更多的膳食纤维和脂肪含量(INCAP，1961，Cuevas等，1985和FAO，1993)。流行病学研究已经表明水果、蔬菜和整谷粒的经常食用与降低的慢性病如癌症、冠心病和糖尿病的风险相关。肥胖症导致心脏疾病和癌症。在美国大约35％由于癌症引起的死亡与膳食相关。USDA已经推荐食用3-5份/天(＞5.1g纤维)整谷粒(小麦、大米和玉米)，其构成食品指导金字塔的基础。AACC-食品健康要求是基于51％整谷粒(以成品重量计，作为完整粉或nixtamalized玉米粉，具有7-9％总纤维；US.专利No.6,764,699)。
根据上述，清楚的是可以使用新的酶方法制造预蒸煮和部分脱麸玉米粉，用于点心和湿润粉糊粉，该方法是有效的，因为细胞壁的部分水解或内胚乳周围的溶解，伴随预蒸煮玉米仁中的淀粉预糊化和蛋白质变性，其中一些营养流失(若没有本发明特征的话，其就会存在)得以防止。
可以理解在此详细说明和描述的本发明的实施方案，是举例说明而非限制。其他改变和改进是可能的并将它们自身呈现于本领域技术人员并依照所附权利要求的精神。

Claims (27)

1.一种生物催化方法，用于连续生产预蒸煮的和部分脱麸的用于点心和玉米粉圆饼食品的玉米粉，该方法包括步骤：
用热水预蒸煮干净的玉米仁来形成玉米和水的悬浮液，玉米和水的比例为1∶1至1∶2.0之间，
使用包含至少一种选自木聚糖酶、内淀粉酶和内蛋白酶的内酶的溶液在中性-pH进一步预蒸煮玉米仁，来实现不溶性杂木聚糖以及含淀粉和蛋白质的麸皮细胞壁的部分水解，
洗涤所述预蒸煮过的核仁来除去可溶性固体和变性的所述至少一种内酶，稳定所述洗涤过的预蒸煮过的核仁的含水量，
研磨所述洗涤过的预蒸煮过的玉米仁并干燥所述研磨过的玉米仁来用于进一步的预糊化，
使用环境空气来冷却和进一步干燥所述研磨过的和干燥过的玉米仁，
将所述研磨过的玉米在20至100目下过筛来获得细的部分以产生具有细粒子尺寸的玉米粉，和粗的部分，并且
抽吸所述过筛过的粗部分来除去水解的玉米麸皮，用于完整的粉或饲料膳食。
2.权利要求1的方法，其中所述进一步预蒸煮步骤中的所述溶液包括木聚糖酶、内淀粉酶和内蛋白酶的混合物。
3.根据权利要求1的方法，其中所述水解的玉米麸皮是轻的部分，代表玉米仁总重2％至约4％的最小产量。
4.权利要求1的方法，其中通过中性酶预蒸煮和洗涤步骤产生的废水包括35％至约40％的玉米固体减少量。
5.根据权利要求1的方法，进一步包括将所述的玉米粉与温水以1∶0.8至约1∶1.0的重量比混合来对玉米粉再水合以形成玉米面团。
6.根据权利要求1的方法，进一步包括用0.05％至0.25％重量的石灰处理所述的玉米粉来产生湿润粉糊粉的步骤。
7.根据权利要求6的方法，进一步包括用1∶1至约1∶1.3重量比的水再水合所述湿润粉糊粉，以形成湿润粉糊面团的步骤。
8.权利要求5的方法，其中玉米面团具有45％至50％之间的最终水分含量，用于点心的精心制作中。
9.权利要求7的方法，其中湿润粉糊面团具有50％至55％水分，用于玉米粉圆饼和基于玉米的食品中。
10.权利要求1的方法，其中预蒸煮步骤中所用的热水从下游洗涤器再循环。
11.权利要求1的方法，其中至少一种内酶选自微生物产生的识别至少一种GRAS物质并用作加工助剂的酶。
12.权利要求1的方法，其中进行进一步的预蒸煮步骤直到所述木聚糖酶、内淀粉酶和内蛋白酶之一的变性温度。
13.权利要求1的方法，其中在研磨和干燥步骤中，用高温短时干燥器进行干燥。
14.权利要求1的方法，进一步包括再研磨抽吸出的粗部分。
15.权利要求14的方法，其中将再次研磨过的粗部分再循环至过筛步骤。
16.权利要求2的方法，其中以代表玉米仁重量0.025％至约0.25％的量来提供溶液。
17.权利要求1的方法，其中在低于之前预蒸煮步骤的温度进行进一步的预蒸煮步骤。
18.权利要求17的方法，其中在约50℃至70℃的温度范围进行进一步的预蒸煮步骤。
19.权利要求2的方法，其中进一步预蒸煮步骤的中性pH在约6.0至约8.0的范围内。
20.权利要求1的方法，其中进一步预蒸煮步骤中的溶液包括内蛋白酶和木聚糖酶。
21.权利要求1的方法，其中进一步预蒸煮步骤中的溶液包括内蛋白酶和内淀粉酶。
22.权利要求1的方法，其中进一步预蒸煮步骤只加热基本上由玉米仁、浸泡水和溶液组成的混合物。
23.权利要求22的方法，其中溶液基本上由至少一种内酶和内酶载体组成。
24.权利要求2的方法，其中进一步的预蒸煮步骤只加热基本上由玉米仁、浸泡水和溶液组成的混合物。
25.权利要求24的方法，其中溶液基本上由内酶和内酶载体组成。
26.权利要求19的方法，其中进一步预蒸煮步骤的中性pH在7.0至8.0的范围内。
27.权利要求16的方法，其中以代表玉米仁重量0.025％至约0.180％的量来提供溶液。
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