CN101353681A

CN101353681A - 脱皮脱胚玉米粉多酶法制取发酵用含氮淀粉糖浆的方法

Info

Publication number: CN101353681A
Application number: CNA2008100289317A
Authority: CN
Inventors: 黄立新; 徐正康; 赵谋明; 周彦斌; 罗建勇; 许世枫
Original assignee: GUANGZHOU SHUANGQIAO CO Ltd; South China University of Technology SCUT
Current assignee: GUANGZHOU SHUANGQIAO CO Ltd; South China University of Technology SCUT
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2028-06-20
Also published as: CN101353681B

Abstract

本发明公开了一种脱皮脱胚玉米粉多酶法制取发酵用含氮淀粉糖浆的方法，包括以下步骤：(1)脱脂；(2)调浆；(3)液化；(4)糖化；(5)蛋白转化；(6)加入助滤剂、活性炭进行过滤，浓缩，最后得到含氮淀粉糖浆。本发明方法制备的含氮淀粉糖浆含有丰富的水解蛋白和α－氨基氮等微生物发酵所需的营养元素，加上适宜且丰富的碳源，能够简化发酵应用的工艺流程，适于高浓流加的发酵工艺，提高发酵性能和单位产能，降低生产成本，特别适于以玉米粉为原料开发生产的糖浆产品。本发明的糖化罐经过小的改动，可以在现有的酶法淀粉糖浆生产线直接采用实施。

Description

脱皮脱胚玉米粉多酶法制取发酵用含氮淀粉糖浆的方法

技术领域

本发明涉及一种脱皮脱胚玉米粉多酶法制取发酵用含氮淀粉糖浆的方法。

背景技术

玉米是我国主要粮食作物之一，产量高，生长期短，能和多种作物套种，在我国种植广泛，无论北方的平原、南方的丘陵地区，还是南方湛江热带亚热带地区，或者云贵高寒山区都能栽培。玉米在我国粮食产量中所占的比例仅次于稻谷和小麦，居第三位，是最重要的饲料原料。

玉米籽粒有皮层、胚、胚乳和根冠等部分组成。玉米胚芽位于籽粒的基部，其体积约为整个籽粒的四分之一，重量约占8％～12％，玉米皮的重量约占籽粒的6％，根帽约占1％，其余81％～84％为玉米胚乳。

玉米的蛋白质含量为7％～13％，分布在籽粒的胚芽(含量17％～20％)、胚乳(含量6.5％～10.5％)，皮层蛋白质含量较低，玉米籽粒是重要的食品和饲料蛋白质来源。玉米的粗脂肪含量为4.5％～6.0％，其中的80％～85％集中在胚芽，玉米胚芽是一种重要的食用油资源，其脂肪含量高达33％～37％。

玉米籽粒含有68％～74％的淀粉，主要集中于胚乳内(含量87％～89％)，我国淀粉行业以玉米为原料，采用湿磨法生产了约90％总淀粉产量的玉米淀粉。胚乳还含有0.7％～1.0％的脂肪、6.5％～10.5％的蛋白质、0.2％～0.5％的灰分、0.5％～0.8％的糖类和其他组分。

根据玉米籽粒的组织和组分结构分布，现代的玉米湿磨工艺除进行玉米的脱皮脱胚外，更是粉碎胚乳对其进行蛋白质、淀粉的湿法分离，生产高纯度的玉米淀粉产品和蛋白质含量60％以上的玉米蛋白粉，前者主要用于食品用途、变性淀粉和水解制淀粉糖，后者主要用于饲料用途、提取玉米黄色素和玉米朊。

玉米除湿磨加工方法外，国内外还有干法的加工方法，全干法玉米粉生产工艺由于脱皮不去胚，玉米粉产品含有丰富的脂肪，易酸败，难保管，且浪费油资源，基本被淘汰。目前的玉米干法工艺采用先进的设备，按照玉米籽粒的有效成分合理加工，主要经过清理、水汽调节、脱皮、(破糁与)脱胚、(提糁与)提胚、磨粉与磨粉等流程步骤，同时提取玉米皮、胚芽、玉米糁和/或多种(细度的)玉米粉。

现代湿磨法生产的玉米淀粉，干固物中的杂质一般为：蛋白质含量小于0.5％(优级品小于0.35％，干基，以下同)，灰分、脂肪含量小于0.15％(优级品小于0.10％)，余下基本为淀粉组分，淀粉纯度高，蛋白质、灰分、脂肪含量低，适于做食品原辅料、生产淀粉糖浆、变性淀粉等用途，用于食品、纺织、造纸都很普遍。以玉米淀粉为原料，用酸法或者酶法经过精制生产的淀粉糖浆产品，由于淀粉原料纯度高，淀粉糖浆产品主要组分为单糖、低聚糖的碳水化合物成分，其他的灰分、蛋白质、脂肪杂质组分含量低，作为发酵用的原辅料，需要有足够的碳源和氮源，该类淀粉糖浆只能是非常好的碳源原料。与湿磨法玉米加工方法相比，玉米干法加工生产设备投资少，操作简便、成本较低，但是生产出来的(脱皮脱胚的)玉米粉，一般还含有约8％的蛋白质、0.7％～1.0％的脂肪，适于挤压膨化、糕点等食品用途。玉米粉具有淀粉含量高、蛋白质含量较高和脂肪含量低的组分特点，如果以其为原料酶解生产发酵用的糖浆，其中的淀粉水解成可发酵的糖源碳源，蛋白质水解成α-氨基态氮、多肽等水溶性的可被发酵利用的氮源，非常合适，价格也便宜。

发明内容

本发明的目的是提供一种玉米粉多酶法制取发酵用含氮淀粉糖浆的方法，该方法科学可行，容易实施操作，采用淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等多种酶，高效酶解玉米粉原料内的淀粉、蛋白质、脂肪等组分，制取发酵用含氮淀粉糖浆。

本发明可以通过以下技术方案予以实现，一种脱皮脱胚玉米粉多酶法制取发酵用含氮淀粉糖浆的方法，包括以下步骤：

(1)脱脂：在玉米干法加工过程中，如果脱皮脱胚不干净，玉米粉中的皮胚含量较高，普通玉米粉的皮胚含量(干基)小于5.0％(GB 10463-89)，其脂肪含量(干基)常超高1.5％。脂肪含量过高，可采用环己烷或丙酮溶剂进行脱脂萃取预处理，很容易提取出脂肪和玉米黄色素，使玉米粉的脂肪含量小于0.1％，不用在糖化时再进行脂肪分离和水解，按照图1的流程制备发酵用含氮淀粉糖浆。

如果脱皮脱胚干净，玉米粉的脂肪含量小于1.5％或者更小，则可以不进行脱脂萃取预处理，按图2的流程制备发酵用含氮淀粉糖浆，在糖化后段进行脂肪分离和水解，去除脂肪。

(2)调浆：在调浆罐加入适量的水，开动搅拌，加入玉米粉，控制粉浆液干固物的浓度为25～45％；加入氯化钙，控制浆液Ca²⁺的含量为20～45mg/kg，调节粉浆液的pH值为5.6～6.4，再加入0.2～1.2kg/t的高温α-淀粉酶，搅拌混合均匀；

(3)液化：在108～110℃下连续喷射液化操作进行液化和在95～100℃下保温处理45～140min；

(4)糖化：液化液经闪蒸或热交换器，调节降温至50～65℃，pH值为4.1～6.0；加入0.005～1.50kg/t的糖化酶进行协同水解，糖化约10小时后分离出上浮凝聚的玉米油；再加入0.001～0.02kg/t的脂肪酶进一步水解残余的脂肪，水解总时间25～70小时；

如果玉米粉已经经过了萃取脱脂的过程，其脂肪含量很低，如图1流程，液化液经闪蒸或热交换器降温至50～65℃，调节pH值为4.1～6.0，加入0.005～1.50kg/t的各种糖化酶进行协同水解，水解总时间25～70小时，可以免除脂肪收集、脂肪酶水解残余的脂肪等步骤。

(5)蛋白转化：糖化或脂肪水解结束后，控制物料温度为45～65℃，pH值为5.0～8.0，加入0.005～0.5kg/t的植物蛋白酶和/或微生物蛋白酶，不断搅拌反应，时间控制为2～10小时，得到几乎无固体絮凝物或颗粒的较清澈的液体；

(6)加入助滤剂或活性炭进行过滤，浓缩，最后得到浓度为60～80％(w/w)的含氮淀粉糖浆。

在上述方法中，步骤(2)所述高温α-淀粉酶为Termamyl，Liquozyme或Suhong AA Plus高温α-淀粉酶；步骤(4)所述糖化酶是葡萄糖淀粉酶、普鲁兰酶、β-淀粉酶、真菌淀粉酶中的一种或多种；步骤(4)所述糖化酶是Dextrozyme复合糖化酶、AMG葡萄糖淀粉酶、Promozyme普鲁兰酶、Fungamyl真菌淀粉酶或Optimalt BBA β-淀粉酶；步骤(4)所述脂肪酶是微生物脂肪酶Lipolase、Lipopan、Palatase；步骤(5)所述植物蛋白酶是木瓜蛋白酶和/或菠萝蛋白酶；所述的微生物蛋白酶是中性或碱性的微生物蛋白酶；步骤(5)所述微生物蛋白酶是Neutrase、Alcalase或Flavourzyme。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

(一)本发明在糖化阶段，采用多种糖化酶的协同水解作用，能够得到葡萄糖含量高(可超过96.0％)，或者麦芽糖含量较高(可超过55.0％)的不同类型和糖分组成的淀粉糖浆，可以适于不同发酵产品对底物糖组分的不同要求。脂肪酶水解其中的脂肪，增加水溶性，产生的少量甘油、脂肪酸不影响糖浆产品的发酵用途，可减少后续操作泡沫的形成及数量，对精制和提高回收率有利。

(二)本发明在蛋白质转化阶段，加入的蛋白酶不仅用于水解玉米粉中原有的蛋白质(主要目的)，又可以水解先前加入的各种糖化酶、脂肪酶的蛋白质(次要作用)，控制蛋白酶解的反应条件，能够得到高含量的α-氨基氮营养元素的产物。

(三)在本发明的方法中，玉米粉中的几大组分--淀粉、蛋白质和脂肪逐一被分离或酶水解后，除形成渣滓的少量的较高熔点的高级脂肪酸、未被水解作用完全的蛋白质和加入的蛋白酶外，它们的水解产物，连同加入的各种淀粉酶、脂肪酶的蛋白质水解产物，几乎都留于含氮淀粉糖浆之中，使产品的收得率很高，几乎可达100％。

(四)本发明方法制备的含氮淀粉糖浆含有丰富的水解蛋白和α-氨基氮等微生物发酵所需的营养元素，加上适宜且丰富的碳源，能够简化发酵应用的工艺流程，适于高浓流加的发酵工艺，提高发酵性能和单位产能，降低生产成本，该类含氮淀粉糖浆用于食品发酵、生化制药等不同的领域具有很好的应用效益，是非常适于以玉米粉为原料开发生产的糖浆产品。

(五)本发明糖化罐经过小的改动，可以在现有的酶法淀粉糖浆生产线直接采用实施，具有实用操作性。

附图说明

图1是本发明前处理脱脂的玉米粉多酶法制备含氮糖浆的流程图；

图2是本发明糖化过程脱脂分离的玉米粉多酶法制备含氮糖浆的流程图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明的制备方法如下：

(1)脱脂：在玉米干法加工过程中，如果脱皮脱胚不干净，玉米粉中的皮胚含量较高，象普通玉米粉的皮胚含量(干基)小于5.0％(GB 10463-89)，其脂肪含量(干基)常超高1.5％。脂肪含量过高，将加大酶解玉米粉的难度和处理量，对玉米粉的最终酶解不利，可采用环己烷溶剂进行脱脂萃取预处理，很容易提取出脂肪和玉米黄色素，使玉米粉的脂肪含量小于0.1％，不用再进行脂肪分离和水解；如果脱皮脱胚干净，玉米粉的脂肪含量小于1.5％或者更小，则可以不进行脱脂萃取预处理，在糖化后段进行脂肪分离和水解，去除脂肪。

(2)调浆：在调浆罐加入适量的水，开动搅拌，加入玉米粉，控制粉浆液干固物的浓度为25～45％。粉浆浓度太低，后面浓缩耗能高；浓度太高，对液化、糖化和过滤精制不利，收得率降低，生产成本同样提高。根据现有的条件和设备，粉浆液干固物的浓度为30～40％比较合适。加入氯化钙，控制浆液Ca²⁺的含量20～45mg/kg，调节粉浆液的pH值为5.6～6.4(或者根据出产的高温α-淀粉酶酶制剂商品的特性、规格和使用指导说明进行操作)，最后加入0.2～1.2kg/t(对淀粉干基，以下同)的高温α-淀粉酶，搅拌混合均匀，准备液化；

(4)糖化：液化液经闪蒸或热交换器降温至50～65℃，先从中部放入一个细高的底部连通糖化罐的分离罐，调节pH值为4.1～6.0，加入0.005～1.50kg/t的各种糖化酶进行协同水解。从糖化开始到10小时后，物料中的脂肪微粒将不断上浮凝聚在液面之上，这些玉米油被不时地吸析分离出液面。加工1吨玉米粉可回收约8公斤的玉米油，这些玉米油含有玉米黄色素，可作为调味油或者用于提取色素原料。不含“油脂”的糖化液通过分离罐底部的连通管、阀门或泵到其它的糖化罐，继续进行糖化，在此，加入0.001～0.02kg/t的脂肪酶，开始水解体系内的残余的脂肪，水解总时间25～70小时；如果玉米粉已经经过了萃取脱脂的过程，其脂肪含量很低，液化液经闪蒸或热交换器降温至50～65℃，调节pH值为4.1～6.0，加入0.005～1.50kg/t的各种糖化酶进行协同水解，水解总时间25～70小时。

(6)加入助滤剂、活性炭进行过滤，浓缩，最后得到浓度为60～80％(w/w)的含氮淀粉糖浆。

实施例1

(1)调浆：在调浆罐加入适量的水，开动搅拌，加入玉米粉，控制粉浆液干固物的浓度为25％，加入氯化钙，控制浆液Ca²⁺的含量20mg/kg，调节粉浆液的pH值为5.6～5.9，最后加入0.2kg/t的Liquozyme Supra高温α-淀粉酶，搅拌混合均匀。

(2)液化：在108～110℃下进行连续喷射液化，液化液在98～100℃的保温处理，时间140min。

(3)糖化：液化液降温至55～60℃，pH值为4.1～4.3，加入0.6kg/tDextrozyme DX糖化酶作用45小时后，分离出上浮的玉米油。再加入0.02kg/t脂肪酶进行水解，总共水解时间70小时，产物DE值为97.8。

(4)蛋白转化：糖化结束后，控制物料温度为45～50℃，pH值为6.5～6.8，加入0.005kg/t的木瓜蛋白酶或Alcalase微生物蛋白酶，搅拌反应10小时。

(5)加入活性炭，在80℃搅拌脱色反应30min，静置后用压滤机过滤，浓缩，得到浓度为80％(w/w)的含氮淀粉糖浆。

实施例2

(1)脱脂：按逆流的方式以环己烷溶剂按一定的流速萃取玉米粉中的脂肪，当玉米粉的脂肪含量降至小于0.15％时，通过真空闪蒸除去玉米粉内的溶剂，得到玉米粉生产原料。

(2)调浆：在调浆罐加入适量的水，开动搅拌，加入玉米粉，控制粉浆液干固物的浓度为45％，加入氯化钙，控制浆液Ca²⁺的含量45mg/kg，调节粉浆液的pH值为6.4，最后加入1.2kg/t的Termamyl 120L高温α-淀粉酶，搅拌混合均匀。

(3)液化：在108～110℃下进行连续喷射液化，液化液在98～100℃的保温处理，时间60min。

(4)糖化：液化液降温至50～55℃，pH值为5.6～5.9，加入1.5kg/t β-淀粉酶，水解10小时，再添加0.05kg/t的Promozyme D2普鲁兰脱支酶协同糖化，时间15小时，产物DE值为54.8。

(5)蛋白转化：物料升温到60～65℃，pH值为5.0～5.5，加入0.15kg/t的木瓜蛋白酶，反应10小时。

(6)物料加入硅藻土助滤剂，真空过滤，浓缩，得到浓度60％(w/w)的含氮淀粉糖浆。

实施例3

(1)调浆：在调浆罐加入适量的水，开动搅拌，加入玉米粉，控制粉浆液干固物的浓度约35％，加入氯化钙，控制浆液Ca²⁺的含量40mg/kg，调节粉浆液的pH值为6.0～6.2，最后加入0.8kg/t的Suhong AA Plus高温α-淀粉酶，搅拌混合均匀。

(2)液化：在108～110℃下进行连续喷射液化，液化液在95～98℃的保温处理，时间140min。

(3)糖化：液化液降温至54～58℃，pH值为4.1～4.4，加入1.0kg/t SuhongGA II或Dextrozyme GA葡萄糖糖化酶进行糖化50小时，分离出玉米油，再加入0.01kg/t的Finizym W溶血磷脂酶进行水解，又水解15小时，产物DE值为98.2。

(4)蛋白转化：物料温度为56～50℃，pH值为6.5～7.0，加入0.005kg/t木瓜蛋白酶和0.15kg/t的Neutrase微生物中性蛋白酶，反应8小时。

(5)物料加入硅藻土助滤剂，真空过滤，浓缩，得到浓度78％(w/w)的含氮淀粉糖浆。

实施例4

(1)调浆：在调浆罐加入适量的水，开动搅拌，加入玉米粉，控制粉浆液干固物的浓度约38％，加入氯化钙，控制浆液Ca²⁺的含量35mg/kg，调节粉浆液的pH值为5.8～6.0，最后加入0.6kg/t的Liquozyme Supra 2.2X高温α-淀粉酶，搅拌混合均匀。

(2)液化：在108～110℃下进行连续喷射液化，液化液在95～98℃的保温处理，时间100min。

(3)糖化：液化液降温至55℃，pH值为5.0～5.4，加入0.15kg/t NovozymWBA小麦β-淀粉酶，0.05kg/t的Promozyme D2普鲁兰脱支酶糖化25小时，分离出上浮的玉米油，再加入0.001kg/t脂肪酶，又水解时间20小时，产物DE值为56.7。

(4)蛋白转化：物料温度为50℃，pH值为7.8～8.0，加入0.03kg/t菠萝蛋白酶和0.12kg/t Alcalase微生物碱性蛋白酶，反应10小时。

(5)物料加入硅藻土助滤剂，真空过滤，浓缩，得到浓度65％(w/w)的含氮淀粉糖浆。

实施例5

(2)调浆：在调浆罐加入适量的水，开动搅拌，加入玉米粉，控制粉浆液干固物的浓度约30％，加入氯化钙，控制浆液Ca²⁺的含量35mg/kg，调节粉浆液的pH值为5.8～6.0，最后加入0.6kg/t的Liquozyme Supra 2.2X高温α-淀粉酶，搅拌混合均匀。

(3)液化：在108～110℃下进行连续喷射液化，液化液在95～98℃的保温处理，时间80min。

(4)糖化：液化液降温至58℃，pH值为5.4～5.6，加入1.5kg/t β-淀粉酶、0.02kg/t的Promozyme D2普鲁兰脱支酶、0.005kg/t的Dextrozyme GA葡萄糖淀粉酶，水解时间30小时，产物DE值为56.9。

(5)蛋白转化：物料温度为60℃，pH值为6.8～7.0，加入0.2kg/t Neutrase微生物中性蛋白酶，反应10小时。

(6)物料加入硅藻土助滤剂，真空过滤，浓缩，得到浓度65％(w/w)的含氮淀粉糖浆。

实施例6

(1)调浆：在调浆罐加入适量的水，开动搅拌，加入玉米粉，控制粉浆液干固物的浓度为40％，加入氯化钙，控制浆液Ca²⁺的含量45mg/kg，调节粉浆液的pH值为6.4，最后加入0.8.kg/t的Termamyl 120L高温α-淀粉酶，搅拌混合均匀。

(2)液化：在108～110℃下进行连续喷射液化，液化液在98～100℃的保温处理，时间120min。

(3)糖化：液化液降温至56℃，pH值为5.8～6.0，加入0.2kg/t Fungamyl800L，0.005kg/t的Promozyme D2普鲁兰脱支酶，水解20小时，分离出玉米油。再加入0.001kg/t脂肪酶进行水解，水解时间22小时，产物DE值为58.3。

(4)蛋白转化：物料温度为60℃，pH值为6.8，加入0.005kg/t菠萝蛋白酶和0.5kg/t的Neutrase微生物中性蛋白酶，反应2小时。

(5)物料经过滤、精制，浓缩得到浓度70％(w/w)的含氮淀粉糖浆。

Claims

1、一种脱皮脱胚玉米粉多酶法制取发酵用含氮淀粉糖浆的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)脱脂：对脂肪含量大于1.5％质量的玉米粉在调浆前采用环己烷或丙酮进行脱脂萃取预处理，提取出脂肪和玉米黄色素，使玉米粉的脂肪含量小于0.1％质量；对脂肪含量小于或等于1.5％质量的玉米粉则在糖化后段，进行脂肪分离和水解，去掉脂肪；

(2)调浆：在调浆罐加入水，开动搅拌，加入玉米粉，控制粉浆液干固物的浓度为25～45％质量；加入氯化钙，控制浆液Ca²⁺的含量为20～45mg/kg，调节粉浆液的pH值为5.6～6.4，再加入0.2～1.2kg/t的高温α-淀粉酶，搅拌混合均匀；

(3)液化：在108～110℃下进行连续喷射液化操作，然后在95～100℃下保温处理45～140min；

(4)糖化：液化液经闪蒸或热交换器，调节降温至50～65℃，pH值为4.1～6.0；加入0.005～1.50kg/t的糖化酶进行协同水解，分离出上浮凝聚的玉米油；再加入0.001～0.02kg/t的脂肪酶进一步水解残余的脂肪，水解总时间25～70小时；

(5)蛋白转化：糖化或脂肪水解结束后，控制物料温度为45～65℃，pH值为5.0～8.0，加入0.005～0.5kg/t的植物蛋白酶和/或微生物蛋白酶，不断搅拌反应，时间控制为2～10小时，得到液体；

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)所述高温α-淀粉酶为Termamyl，Liquozyme或Suhong AA Plus。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤(4)所述糖化酶是葡萄糖淀粉酶、普鲁兰酶、β-淀粉酶、真菌淀粉酶中的一种或多种。

4、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤(4)所述糖化酶是Dextrozyme复合糖化酶、AMG葡萄糖淀粉酶、Promozyme普鲁兰酶、Fungamyl真菌淀粉酶或Optimalt BBA β-淀粉酶。

5、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤(4)所述脂肪酶是微生物脂肪酶Lipolase、Lipopan、Palatase。

6、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤(5)所述植物蛋白酶是木瓜蛋白酶和/或菠萝蛋白酶；所述的微生物蛋白酶是中性或碱性的微生物蛋白酶。

7、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤(5)所述微生物蛋白酶是Neutrase、Alcalase或Flavourzyme。