CN102260725A - 一种淀粉质原料的预处理方法 - Google Patents

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陈影
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Abstract

本发明提供了一种淀粉质原料的预处理方法，该方法包括：将淀粉质原料粉碎，将粉碎后的产物进行酶解，得到酶解产物，其中，所述酶解在抑制剂存在下进行，所述抑制剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠和连二亚硫酸钠中的一种或几种。本发明提供的预处理方法能够在源头上抑制美拉德反应的发生，达到降低产品色泽的目的，从而无需对产品进行额外的脱色，减少了工艺流程降低了成本，更重要的是，这种预处理方法在加入抑制剂来抑制美拉德反应的同时并没有对后续的发酵产生影响，甚至发酵效率还能够略有提高。此外，出人意料的是，当同时使用亚硫酸钠和亚硫酸氢钠时，能够更有效地抑制美拉德反应的发生，能够使产品的色泽更浅，淀粉的利用率更高。

Description

一种淀粉质原料的预处理方法
技术领域
本发明涉及一种淀粉质原料的预处理方法。
背景技术
目前，我国有机酸及其盐类的生产绝大部分是以淀粉质原料为主。淀粉质原料在生产过程中会发生美拉德反应，从而使最终产品的而色泽加深，降低产品的品质。
为了消除这种影响，人们通过需要对产物进行脱色，以降低最终产品的色泽，从而提高最终产品的品质。例如，CN1291449A中公开了一种无色酱油的制备方法，CN1397192A中公开了一种白色或浅色蚕蛹蛋白粉的制造工艺。此外，人们还通常在最终产物中加入抑制剂，以抑制美拉德反应，这两种方法的缺点是需要增加工艺步骤，增加生产成本，并且淀粉质原料的利用率较低。
因此，迫切需要开发出一种能够提高淀粉质原料的利用率同时还能够抑制淀粉质原料在生产过程中易发生美拉德反应的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的利用淀粉质原料生产有机酸的过程中淀粉质原料的利用率低且易发生美拉德反应的缺点，提供一种淀粉质原料的预处理方法。
本发明提供了一种淀粉质原料的预处理方法，该方法包括：将淀粉质原料粉碎，将粉碎后的产物进行酶解，得到酶解产物，其中，所述酶解在抑制剂存在下进行，所述抑制剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠和连二亚硫酸钠中的一种或几种。
本发明提供的预处理方法能够在源头上抑制美拉德反应的发生，达到降低产品色泽的目的，从而无需对产品进行额外的脱色，减少了工艺流程降低了成本，更重要的是，这种预处理方法在抑制美拉德反应的同时还能够提高淀粉的利用率，及降低糖渣色泽加深的问题。此外，出人意料的是，当同时使用亚硫酸钠和亚硫酸氢钠时，能够更有效地抑制美拉德反应的发生，能够使产品的色泽更浅，淀粉的利用率更高。
附图说明
图1显示了实施例1中得到的淀粉质原料酶解液化清液A1与对比例1得到的参比淀粉质原料酶解液化清液CA1的色泽；
图2显示了实施例1中得到的淀粉质原料酶解液化残渣与对比例1得到的参比淀粉质原料酶解液化残渣的色泽；
图3显示了实施例2-4中得到的淀粉质原料酶解液化清液A2-A4的色泽。
具体实施方式
本发明提供了一种淀粉质原料的预处理方法，该方法包括：将淀粉质原料粉碎，将粉碎后的产物进行酶解，得到酶解产物，其中，所述酶解在抑制剂存在下进行，所述抑制剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠和连二亚硫酸钠中的一种或几种。
根据本发明，所述抑制剂的加入量能够在很大范围内改变，优选情况下，相对于100重量份的粉碎后的产物，所述抑制剂的加入量为0.005-0.1重量份，更优选为0.05-0.07重量份。
本发明的发明人意外地发现，当同时使用亚硫酸钠和亚硫酸氢钠时，能够更有效地抑制美拉德反应的发生，能够使产品的色泽更浅，淀粉的利用率更高，因此，优选同时使用亚硫酸钠和亚硫酸氢钠作为抑制剂，亚硫酸钠和亚硫酸氢钠之间的比例可以在很大范围内改变，优选情况下，以所述抑制剂的总重量为基准，所述亚硫酸钠的含量为20-80重量％，所述亚硫酸氢钠的含量为80-20重量％。
本发明中，所述粉碎的方法和条件为本领域技术人员所公知，优选情况下，所述粉碎的条件使粉碎后产物的平均粒子直径为300-1000微米。
所述酶解步骤可以通过本领域常用的方法完成，比如向粉碎产物中添加产酶微生物和/或酶，在产酶微生物的生长温度和/或酶有活力的温度下保温完成。所述产酶微生物为能够分泌淀粉酶的产酶微生物。所述酶包括淀粉酶。
由于微生物生长会产生副产物，因此优选直接加入酶。所述酶的用量越多越好，出于成本考虑，优选以每克粉碎后的产物的干重计，所述淀粉酶的用量为30-50酶活力单位，更优选以每克粉碎后的产物的干重计，所述淀粉酶的用量为35-40酶活力单位。
本发明所述酶的酶活力单位的定义为：在pH值为6.0、温度为70℃的条件下，1分钟液化1毫克可溶性淀粉成为糊精所需的酶量即为一个酶活力单位。
所述酶解的温度可以为淀粉酶的任何最适作用温度，一般为80-95℃，更优选85-90℃。所述酶解的时间理论上越长越好，考虑到设备利用率，优选所述酶解的时间为1-5小时，更优选为2-3小时。所述酶解的pH值可以为5.0-6.5，更优选pH值为5.5-6.0。
淀粉酶是指能够分解淀粉糖苷键的一类酶的总称，所述淀粉酶一般包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶和异淀粉酶。本发明所述酶包括淀粉酶。
α-淀粉酶又称淀粉1，4-糊精酶，它能够任意地、不规则地切开淀粉链内部的α-1，4-糖苷键，将淀粉水解为麦芽糖、含有6个葡萄糖单位的寡糖和带有支链的寡糖。生产此酶的微生物主要有枯草杆菌、黑曲霉、米曲霉和根霉。
β-淀粉酶又称淀粉1，4-麦芽糖苷酶，能够从淀粉分子非还原性末端切开1，4-糖苷键，生成麦芽糖。此酶作用于淀粉的产物是麦芽糖与极限糊精。此酶主要由曲霉、根霉和内孢霉产生。
糖化酶又称淀粉α-1，4-葡萄糖苷酶，此酶作用于淀粉分子的非还原性末端，以葡萄糖为单位，依次作用于淀粉分子中的α-1，4-糖苷键，生成葡萄糖。糖化酶作用于支链淀粉后的产物有葡萄糖和带有α-1，6-糖苷键的寡糖；作用于直链淀粉后的产物几乎全部是葡萄糖。此酶产生菌主要是黑曲霉(左美曲霉、泡盛曲霉)、根霉(雪白根酶、德氏根霉)、拟内孢霉、红曲霉。
异淀粉酶又称淀粉α-1，6-葡萄糖苷酶、分枝酶，此酶作用于枝链淀粉分子分枝点处的α-1，6-糖苷键，将枝链淀粉的整个侧链切下变成直链淀粉。此酶产生菌主要是嫌气杆菌、芽孢杆菌及某些假单孢杆菌等细菌。
根据本发明，所述淀粉质原料的种类为本领域技术人员所公知，例如，所述淀粉质原料可以为玉米、小麦、木薯、高梁、大豆和大米中的一种或几种。
根据本发明，所述预处理的方法还可以包括：将酶解产物固液分离，得到淀粉质原料酶解残渣和淀粉质原料酶解液化清液，所述固液分离的方法和条件为本领域技术人员所公知，优选情况下，所述固液分离的条件使所述淀粉质原料酶解残渣的固含量为5-50重量％，更优选为20-40重量％。
通过以下实施例对本发明进行更加详细的说明。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的淀粉质原料的预处理方法。
(1)将收获的100重量份玉米进行粉碎，得到平均粒子直径为400微米的粉碎后产物；将粉碎后的产物加水按25重量％的浓度调浆，相对于每克粉碎后的产物，加入20个酶活力单位的淀粉酶(诺维信公司，a-淀粉酶)，相对于100重量份的粉碎后的产物，加入0.005重量份的亚硫酸钠，并加入进入喷射器，在85℃、pH为5.9的条件下酶解100分钟，得到酶解产物A1。
(2)将酶解产物A1通过用液压式板框压滤机进行压滤，分离出酶解液化清液(如图1中的A所示)和酶解滤渣(图2A)，其中，酶解残渣的含水量为50％。
对比例1
根据与实施例1相同的方法，制备参比淀粉质原料酶解液化清液CA1，不同在于没有加入亚硫酸钠，并将酶解产物CA1通过用液压式板框压滤机进行压滤，分离出参比酶解液化清液(如图1中的B所示)和酶解滤渣(图2中的B)，其中，酶解残渣的含水量为50％。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的淀粉质原料的预处理方法。
(1)将收获的100重量份玉米进行粉碎，得到平均粒子直径为800微米的粉碎后产物；将粉碎后的产物加水按20重量％的浓度调浆，相对于每克粉碎后的产物，加入40个酶活力单位的淀粉酶(诺维信公司，a-淀粉酶)，相对于100重量份的粉碎后的产物，加入0.08重量份的焦亚硫酸钠，并加入进入喷射器，在90℃、pH为6.0的条件下酶解120分钟，得到酶解产物A2。
(2)将酶解产物A2通过用液压式板框压滤机进行压滤，分离出酶解液化清液(如图3中的C所示)和酶解滤渣，其中，酶解残渣的含水量为30％。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的淀粉质原料的预处理方法。
(1)将收获的100重量份玉米进行粉碎，得到平均粒子直径为400微米的粉碎后产物；将粉碎后的产物加水按30重量％的浓度调浆，相对于每克粉碎后的产物，加入35个酶活力单位的淀粉酶(诺维信公司，a-淀粉酶)，相对于100重量份的粉碎后的产物，加入0.008重量份的亚硫酸钠和0.002重量份的亚硫酸氢钠，并加入进入喷射器，在82℃、pH为6.0的条件下酶解180分钟，得到酶解产物A3。
(2)将酶解产物A3通过用液压式板框压滤机进行压滤，分离出酶解液化清液(如图3中的D所示)和酶解滤渣，其中，酶解残渣的含水量为20％。
实施例4
本实施例用于说明本发明提供的淀粉质原料的预处理方法。
(1)将收获的100重量份玉米进行粉碎，得到平均粒子直径为400微米的粉碎后产物；将粉碎后的产物加水按25重量％的浓度调浆，相对于每克粉碎后的产物，加入40个酶活力单位的淀粉酶(诺维信公司，a-淀粉酶)，相对于100重量份的粉碎后的产物，加入0.06重量份的亚硫酸钠和0.006重量份的亚硫酸氢钠，并加入进入喷射器，在85℃、pH为6.0的条件下酶解100分钟，得到酶解产物A4。
(2)将酶解产物A4通过用液压式板框压滤机进行压滤，分离出酶解液化清液(如图3中的E所示)和酶解滤渣，其中，酶解残渣的含水量为10％。
实施例5-8
分别检测实施例1-4中得到酶解液化清夜的色度，具体方法如下：将液化清液用0.22μm的滤膜过滤且浓度稀释成19％，于420nm、720nm的波长下用分光光度计(厂家：上海精密科学仪器有限公司型号：7230)分别测其吸光度。色度＝A420-A720，结果如表1所示。
对比例2
根据与实施例5-8相同的方法检测对比例1中得到的酶解液化清夜的色度，结果如表1所示。
表1
  编号   实施例5   实施例6   实施例7   实施例8   对比例1
  色度   0.097   0.059   0.094   0.061   0.135
从上表1中的数据可以看出，与不加入抑制剂的对比例1中得到酶解液化清液相比，本发明实施例1中得到的酶解清液的色度明显降低，并且令人意外的是，与只加入一种抑制剂的实施例2和3中得到的酶解液化清液的色度相比，同时使用亚硫酸钠和亚硫酸氢钠作为抑制剂时(实施例3和4)，得到的酶解液化清夜的色度的降低更加明显。
此外，从本发明的附图中也能够看出这样的趋势。在图1中，与不加入抑制剂的对比例1中得到酶解液化清液(如图B所示)相比，本发明实施例1中得到的酶解清液的色泽明显降低，并且如图2所示，与加入抑制剂的对比例1中得到酶解残渣(如图2中的B所示)相比，本发明实施例1中得到的酶解残渣的色泽也明显降低。此外，从图3还可以看出，与只加入焦亚硫酸钠一种抑制剂的实施例2中得到的酶解液化清液(如图3中C所示)相比，同时使用亚硫酸钠和亚硫酸氢钠作为抑制剂时(实施例3和4)，得到的酶解液化清夜的色泽更加理想。
实施例9
本实施例用于说明本发明提供的发酵方法。
(1)使用实施例1中得到的酶解产物A1配置发酵液，具体组成为80重量份的酶解液化清液、10重量份的酶解残渣(固含量为50重量％)和10重量份的水灭菌后加入到发酵罐中，得到发酵液B1。
(2)将实施例1中得到的酶解液化清液，加水稀释至总糖15％投入种子罐，加入尿素，尿素的加入量为种子罐培养液总重量的0.35％，加热到120℃消毒，维持30分钟后快速降温至36℃，接入黑曲霉菌种(黑曲霉T01，天津工业微生物所，接种量为：每克酶解液化清液105个菌落形成单位)，在36℃、0.4体积：体积·分钟的通气条件下进行菌种培养；通过取样显微镜镜检、酸度测定和pH测定对黑曲霉的生长进行观察，当pH在2.0、酸度1％、菌球大小均匀、菌丝粗壮伸出时，停止培养。
(3)将步骤(2)培养黑曲霉菌种加入到步骤(1)中的发酵罐中进行发酵，接种量为：每克酶解液化清液2×105个菌落形成单位，在37℃、0.4体积：体积·分钟的通气的条件下培养96小时，发酵结束。
对比例3
根据与实施例5相同的方法进行发酵，不同在于使用对比例1中得到的参比酶解产物CA1配置发酵液。
实施例10-12
根据与实施例9相同的方法进行发酵，不同在于分别使用实施例2-4中得到的酶解产物A2-A4配置发酵液。
实施例13-16
根据GB 1987-2007标准检测实施例9-12中发酵后发酵液的浓度(简称酸度)，并计算柠檬酸的转化率，转化率(％)＝发酵液的浓度(简称酸度)×发酵液的体积/总糖的重量×100％，结果如表2所示。
对比例4
根据与实施例13-16相同的方法，检测对比例2发酵后的发酵效率(酸度和转化率)，结果如表2所示。
表2
  编号   实施例9   实施例10   实施例11   实施例12   对比例3
  浓度(酸度) 15.0％ 15.6％ 15.1％ 15.5％ 14.7％
  转化率(％)   94.9％   95.9％   95.0.2％   95.8％   94.3％
此外，从上表1的数据还可以看出，本发明提供的预处理方法在加入抑制剂来抑制美拉德反应的发生的同时，并没有对后续的发酵产生影响，甚至发酵效果还能够略有提高。由此，可以看出，本发明提供的预处理方法在保持发酵效率的同时，能够在源头上抑制美拉德反应的发生，达到降低产品色泽的目的，从而无需对产品进行额外的脱色，减少了工艺流程降低了成本。

Claims (8)

1.一种淀粉质原料的预处理方法，其中，该方法包括：将淀粉质原料粉碎，将粉碎后的产物进行酶解，得到酶解产物，其特征在于，所述酶解在抑制剂存在下进行，所述抑制剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠和连二亚硫酸钠中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的预处理方法，其中，相对于100重量份的粉碎后的产物，所述抑制剂的加入量为0.005-0.1重量份。
3.根据权利要求2所述的预处理方法，其中，相对于100重量份的粉碎后的产物，所述抑制剂的加入量为0.05-0.07重量份。
4.根据权利要求1所述的预处理方法，其中，所述抑制剂为亚硫酸钠和亚硫酸氢钠，以所述抑制剂的总重量为基准，所述亚硫酸钠的含量为20-80重量％，所述亚硫酸氢钠的含量为80-20重量％。
5.根据权利要求1所述的预处理方法，其中，所述粉碎后的产物的平均粒子直径为300-1000微米。
6.根据权利要求1所述的预处理方法，其中，所述酶解使用的酶包括淀粉酶，以每克粉碎后的产物的干重计，所述淀粉酶的用量为30-50酶活力单位；所述酶解的温度为80-95℃，所述酶解的时间为1-5小时，所述酶解的pH值为5.0-6.5。
7.根据权利要求1所述的预处理方法，其中，所述淀粉质原料为玉米、小麦、木薯、高梁、大豆和大米中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的预处理方法，其中，该方法还包括将酶解产物固液分离，得到淀粉质酶解残渣和淀粉质酶解液化清液，所述固液分离的条件使所述淀粉质酶解残渣的固含量为5-50重量％。
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