CN104404014A - 一种用于制备玉米淀粉的浸泡用复合酶及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制备玉米淀粉的浸泡用复合酶及其应用。本发明提供一种复合酶，目的在于解决现有方法中，所采用的亚硫酸溶液的浓度较高，而高浓度的亚硫酸水溶液对设备的腐蚀较大，同时高浓度的亚硫酸还可能导致地下水污染、产品中亚硫酸的微量残留，进而影响淀粉的使用效果的问题。其包括纤维素酶、木聚糖酶酶、β-甘露聚糖酶、果胶酶。本发明提供一种复合酶，其能够用于玉米的水解过程中，能够有效缩短浸泡时间，降低生产周期和能源消耗，能够有效湿法生产玉米淀粉中亚硫酸的浸泡时间，有效降低亚硫酸的含量，保证淀粉的品质。本发明成本低，效果好，具有广阔的应用前景。

Description

一种用于制备玉米淀粉的浸泡用复合酶及其应用

技术领域

本发明涉及淀粉加工领域，尤其是采用酶制剂制备玉米淀粉领域，具体为一种用于制备玉米淀粉的浸泡用复合酶及其应用。

背景技术

玉米淀粉加工业是农产品重要的后续产业，近年来，淀粉工业呈现出持续良好的发展态势。2010年淀粉产量较“十一·五”末期增长78.35％，2010年全国玉米深加工总量为5200万吨。“十二·五”头两年，淀粉产量增长的势头虽然有所放缓，但淀粉深加工却呈现出迅猛增长态势。而玉米淀粉作为淀粉行业的重要部分，越来越受到人们的关注，行业内部都将注意力转向了玉米淀粉制备过程的节能降耗和提高得率上。由于玉米淀粉产量的基数庞大，得率的一点点提高都将带来巨大的经济利益，是一个十分可观的数字。

目前，工厂中进行大规模玉米淀粉加工一般采用湿法生产工艺。湿法生产玉米淀粉是将玉米粒充分地分解成组成部分，并逐步分离，得到各种产物，从而最大限度地提取淀粉。湿法生产玉米淀粉的关键环节包括玉米浸泡、胚芽分离、淀粉与蛋白质分离等工序，每一道工序都影响淀粉的得率。而玉米浸泡作为玉米淀粉生产的第一道工序最为关键，其对淀粉产品的质量和产量影响尤为重要。

湿法生产玉米淀粉是将玉米籽粒浸泡在质量浓度为0.2％-0.3％的亚硫酸水溶液中，在48℃-55℃下浸泡48h左右，从而使淀粉颗粒溶出。亚硫酸能打破蛋白质网状结构，使玉米籽粒表皮的半透性变成通透性，同时钝化胚芽、防腐，并且有助于乳酸形成。该方法中，所采用的亚硫酸溶液的浓度较高，而高浓度的亚硫酸水溶液对设备的腐蚀较大，同时高浓度的亚硫酸还可能导致地下水污染、产品中亚硫酸的微量残留，进而影响淀粉的使用效果。如使用亚硫酸残留较高的淀粉原料酿造啤酒，所制备的啤酒在品评时，啤酒风味中很易品尝出“硫”味，影响啤酒的风味质量。

因此，目前迫切需要解决前述问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于制备玉米淀粉的浸泡用复合酶及其应用。本发明提供一种复合酶，其能够用于玉米的水解过程中，能够有效缩短浸泡时间，降低生产周期和能源消耗，能够有效湿法生产玉米淀粉中亚硫酸的浸泡时间，有效降低亚硫酸的含量，保证淀粉的品质。本发明成本低，效果好，具有广阔的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于制备玉米淀粉的浸泡用复合酶，包括如下重量份数比的组分：

包括如下重量份数比的组分：

包括如下重量份数比的组分：

前述用于制备玉米淀粉的浸泡用复合酶的应用，将复合酶用于玉米的酶解。

复合酶的添加量为玉米质量的0.005-0.5％。

复合酶的添加量为玉米质量的0.01-0.02％。

将复合酶与亚硫酸钠用于玉米的酶解，其中，亚硫酸钠的浓度为浸泡溶液质量的0.01-0.2％，复合酶的浓度为浸泡溶液质量的0.005-0.5％，酶解时间为1-40h，浸泡温度为30-70℃。

将复合酶与亚硫酸钠用于玉米的酶解，其中，亚硫酸钠的浓度为浸泡溶液质量的0.1％，复合酶的浓度为浸泡溶液质量的0.02-0.03％，酶解时间为12h，浸泡温度为50℃。

玉米的主要成分是淀粉约占70％，水分14％，胚芽8％-10％，蛋白粉4.5％-6％，非淀粉多糖8％。非淀粉多糖中又主要由木聚糖5.2％，纤维素(木质素)2.5％，β-葡聚糖0.2％以及及少量的β-葡聚糖和果胶组成。又因玉米中的非淀粉多糖类物质大都具有较大的粘度，影响淀粉溶出或者需要较长的时间浸泡，不但设备使用效率低下，费事、费时、费力，而且淀粉的收得率的还不理想。因此，针对前述问题，本发明提供一种用于制备玉米淀粉的浸泡用复合酶及其应用。

在施法生产玉米淀粉的过程中，浸泡时间在整个生产工艺流程中比其它各步使用的时间均长，这就限制了玉米淀粉生产的效率，生产时间长、消耗的能源多。玉米籽粒的皮层主要是由纤维素构成的，由于半透性皮层的存在，阻碍了水分的进入和玉米粒内部可溶性物质向外的渗透。

申请人发现，玉米组成中有约8％的非淀粉多糖，这些非淀粉多糖又有5.2％的木聚糖、2.5％的纤维素、0.2％的β-甘露聚糖和不到0.1％的β-葡聚糖和果胶，这些非淀粉多糖合计占玉米总量的8％。针对非淀粉多糖的组成组分，本发明的复合酶由木聚糖酶、纤维素酶、甘露聚糖等组成，虽然果胶质含量不大，几乎不到0.1％，可以忽略不计，但是果胶质对粉浆粘度影响很大，故复合酶组分中再加上适量的果胶酶。

本发明中，复合酶包括纤维素酶、木聚糖酶酶、β-甘露聚糖酶、果胶酶。其中，纤维素酶是能将纤维素水解成葡萄糖的一组酶的总称，它不是单酶种，主要由3个组分组成：1)、内切葡聚糖酶，简称C1酶；2)、外切葡聚糖酶，也称纤维二糖酶，简称CX酶；3)、β-葡萄糖苷酶。在适当的条件下，他们协同作用将天然纤维素水解成葡萄糖。作用方式：首先由内切葡聚糖酶作用于纤维素的非结晶区，使其露出许多末端供外切酶作用。纤维二糖酶从非还原性末端依次分解产生纤维二糖，然后部分降解的纤维素进一步由内切酶和外切酶协同作用，分解成纤维二糖、三糖，最后再由β-葡萄糖苷酶作用分解成葡萄糖。木聚糖由β-1,4或β-1,3糖苷键连接的一种杂合多聚分子。木聚糖降解时，起主要作用的酶是β-D-1,4内切木聚糖酶和β-D-1,4外切木聚糖酶。β-D-1,4内切木聚糖酶以内切方式作用于木聚糖主链内部的β-1,4木糖苷键，其主要水解产物为低聚木糖、木寡糖、木二糖等；β-D-1,4外切木聚糖通过水解低聚木糖、木寡糖等的非还原性末端来催化释放木聚糖残基。β-甘露聚糖酶可降解甘露聚糖为甘露低聚糖，降低粘度，破坏植物细胞壁，释放胞内物质。果胶是植物细胞壁的以及胞间层的主要成分之一，由半乳糖醛酸聚合而成，虽然在玉米组分中不足0.1％，但相当重要，影响玉米粉浆的粘度和淀粉提取得率。果胶酶能将果胶质降解成粘度较低的半乳糖醛酸。

申请人针对玉米籽粒的结构特点、特性以及组成成分，特别是非淀粉多糖组分，对症下药设计生产专门用于玉米淀粉加工的一种高效复配酶制剂——高效玉米淀粉加工专用复合酶。本发明通过在玉米淀粉生产的关键环节——浸泡工序中，添加具有协同作用的高效复合酶——玉米淀粉加工专用复合酶，不但大大缩短了玉米浸泡时间，降低了亚硫酸的浓度，而且提高了淀粉与蛋白质的分离效果，从而提高了产品得率降低亚硫酸对设备的危害程度及浸泡设备的利用率。

通过实验证明，本发明应用于玉米淀粉加工生产中，能够有效降低亚硫酸的使用量，减少亚硫酸对设备和产品的损害；同时，缩短原料的的浸泡时间，降低粉浆粘度，提高淀粉和蛋白粉的收得率，提高设备利用率，降低能耗，具有较好的经济价值和社会效益。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

按如下配比，称取各组分：纤维素酶12kg、木聚糖酶酶25kg、β-甘露聚糖酶8kg、果胶酶3份。

实施例2

按如下配比，称取各组分：纤维素酶10kg、木聚糖酶酶20kg、β-甘露聚糖酶6kg、果胶酶4份。

在浸泡液50℃，亚硫酸浓度0.1％，复合酶浓度为0.03％的条件下，对玉米浸泡12h，淀粉得率为80.7。

实施例3

按如下配比，称取各组分：纤维素酶11kg、木聚糖酶酶25kg、β-甘露聚糖酶5kg、果胶酶4份。

在浸泡液50℃，亚硫酸浓度0.1％，复合酶浓度为0.03％的条件下，对玉米浸泡12h，淀粉得率为80.1。

实施例4

按如下配比，称取各组分：纤维素酶15kg、木聚糖酶酶28kg、β-甘露聚糖酶7kg、果胶酶5份。

在浸泡液50℃，亚硫酸浓度0.1％，复合酶浓度为0.03％的条件下，对玉米浸泡12h，淀粉得率为80.3。

实施例5

按如下配比，称取各组分：纤维素酶10kg、木聚糖酶酶28kg、β-甘露聚糖酶6kg、果胶酶5份。

在浸泡液50℃，亚硫酸浓度0.1％(wt)，复合酶浓度为0.03％(wt)的条件下，对玉米浸泡12h，淀粉得率为81.2。

实验测定

1本实验采用的本发明实施例1制备的复合酶。其中，木聚糖酶的酶活为25万u/g，纤维素酶的酶活为3万u/g，甘露聚糖酶的酶活为5万u/g，果胶酶的酶活为80万u/g。

2方案设计

在温度50℃，亚硫酸浓度0.1％、0.2％，复合酶浓度0.01％、0.02％、0.03％、0.04％条件下，分别检测玉米浸泡6h、9h、12h、15h的淀粉及副产物的得率。由于本实验中添加了上述复合酶，通过这些酶的协同作用，可以使玉米植物细胞壁很快分解、崩溃。复合酶能够使玉米籽粒皮层的半透性变成通透性，以此最佳酶解时间以及复合酶的最佳添加量，最终得到验证在湿法玉米淀粉生产过程浸泡环节添加玉米复合酶可以达到缩短玉米浸泡时间、提高淀粉得率、提高设备利用率、节能降耗的目的。

2.1最佳酶解时间的确定

分别取4份100g玉米，分别置于50℃，0.1％亚硫酸，添加0.1％浓度的复合酶的浸泡液中，浸泡6h、9h、12h、15h，观察浸泡效果。结果如表1所示。

表1 酶解时间与玉米淀粉含水量及浸泡液葡萄糖含量的影响

酶解时间h	6	9	12	15
					玉米含水量％	40	41	44	45
浸泡液葡萄糖含量％	0.13	0.25	0.33	0.33

由上表得出，随着酶解时间的增长，玉米含水量不断增加，但增加幅度不大；浸泡液中葡萄糖的含量随酶解时间的增长而不断增长，当酶解时间达12h时，浸泡液中葡萄糖含量达到最大0.33％，继续增加浸泡时间，测葡萄糖含量变化不大。浸泡时间12h较为合理。

2.2复合酶酶解浸泡与0.2％浓度亚硫酸浸泡效果对比

将0.1％浓度亚硫酸+0.1％复合酶作为第一组，将0.2％亚硫酸不加复合酶作为第二组，比较两组的浸泡效果对比，四眼结果如表2所示。

表2 复合酶酶解时间对浸泡效果的影响

由表2可以看出，在酶解的前12h，玉米淀粉得率随酶解时间的增加而增加，当酶解时间12h时达到最大值80.0％。不加酶制剂0.2％亚硫酸浓度浸泡48h，淀粉得率为77.3％，与酶解12h差异2.7个百分点。随酶解时间的增加，纤维渣含量不断降低。酶解浸泡12h与0.2％亚硫酸浸泡相比，纤维渣含量略高。

2.3最佳酶解浓度的确定

在浸泡液50℃，亚硫酸浓度0.1％，复合酶浓度为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％的条件下，测定酶解浓度对浸泡效果的影响，结果如表3所示。

表3 复合酶浓度对浸泡效果的影响

由表3可以看出，玉米淀粉得率随复合酶浓度增加而增加，当酶液浓度达到0.03％时，达到最大值为81.6％，继续增加酶液浓度，玉米淀粉得率变化不大。

综合以上实验结果得出：玉米淀粉生产过程的浸泡工序添加0.01％-0.03％的复合酶酶制剂，亚硫酸的添加量由0.2％-0.3％降低至0.1％，缩短玉米的浸泡时间，提高浸泡设备利用率，同时提高了淀粉得率2个百分点。

综上，酶解浸泡最佳工艺条件为：0.1％亚硫酸，0.02％-0.03％的玉米淀粉复合酶，12h浸泡时间，50℃浸泡温度。

实施方式为在调配罐(有温度控制、有搅拌)，加入定量的工艺水，升温至50℃，加入玉米质量0.02％-0.03％数量的复合酶，配制成10％浓度的酶制剂乳液，用计量泵均匀流加与浸泡罐中。

可见，本发明能够显著缩短浸泡时间，对于缩短玉米淀粉的生产周期，具有显著的进步意义，值得大规模推广和应用。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种用于制备玉米淀粉的浸泡用复合酶，其特征在于，包括如下重量份数比的组分：

纤维素酶          10-15份；

木聚糖酶酶        20-30份；

β-甘露聚糖酶      5-10份；

果胶酶             2-5份。

2.根据权利要求1所述用于制备玉米淀粉的浸泡用复合酶，其特征在于，包括如下重量份数比的组分：

纤维素酶          12份；

木聚糖酶酶        25份；

β-甘露聚糖酶      8份；

果胶酶             3份。

3.根据权利要求1所述用于制备玉米淀粉的浸泡用复合酶，其特征在于，包括如下重量份数比的组分：

纤维素酶          10份；

木聚糖酶酶        28份；

β-甘露聚糖酶      6份；

果胶酶             5份。

4.根据权利要求1-3任一项所述用于制备玉米淀粉的浸泡用复合酶的应用，其特征在于，将复合酶用于玉米的酶解。

5.根据权利要求4所述用于制备玉米淀粉的浸泡用复合酶的应用，其特征在于，复合酶的添加量为玉米质量的0.005-0.5%。

6.根据权利要求5所述用于制备玉米淀粉的浸泡用复合酶的应用，其特征在于，复合酶的添加量为玉米质量的0.01-0.02%。

7.根据权利要求5所述用于制备玉米淀粉的浸泡用复合酶的应用，其特征在于，将复合酶与亚硫酸钠用于玉米的酶解，其中，亚硫酸钠的浓度为浸泡溶液质量的0.01-0.2%，复合酶的浓度为浸泡溶液质量的0.005-0.5%，酶解时间为1-40h，浸泡温度为30-70℃。

8.根据权利要求5所述用于制备玉米淀粉的浸泡用复合酶的应用，其特征在于，将复合酶与亚硫酸钠用于玉米的酶解，其中，亚硫酸钠的浓度为浸泡溶液质量的0.1%，复合酶的浓度为浸泡溶液质量的0.02-0.03%，酶解时间为12h，浸泡温度为50℃。