CN106086110A - 一种利用甘薯废渣制备超高麦芽糖浆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用甘薯废渣制备超高麦芽糖浆的方法，其方法包括：(1)加酶调浆：根据甘薯渣中的淀粉含量向甘薯渣加入α‑中温淀粉酶混合均匀；(2)糊化液化：步骤(1)混匀后的甘薯渣料液瞬间升温加热、保温，进行料液糊化液化；(3)糖化：将步骤(2)液化料液迅速降温，进行保温糖化；(4)糖化后经过过滤得到糖化液，糖化液通过除杂、浓缩、精制获得超高麦芽糖浆。本发明采用新鲜薯渣，利用其中自有的β‑淀粉酶进行糖化，减少了酶的使用，同时将薯渣的淀粉回收利用，生产成本低，针对性强，特别适合在甘薯淀粉生产企业推广。

Description

一种利用甘薯废渣制备超高麦芽糖浆的方法

技术领域

本发明属于淀粉糖技术领域，也属于食品加工领域，具体涉及一种以甘薯废渣为原料来制备超高麦芽糖浆的生产方法。

背景技术

麦芽糖是淀粉、糊精等大分子多糖的β-淀粉酶水解产物，麦芽糖浆是淀粉糖的一种，其主要成分为麦芽糖(麦芽糖含量≧50％)，葡萄糖含量较低(≦10％)，其具有无色透明、甜度低、熬糖温度高、吸湿性低、抗结晶性好等优点，被广泛应用于糖果、蜜饯、果蔬汁饮品中。

根据麦芽糖占总糖的质量分数不同，麦芽糖浆还可分为普通麦芽糖浆、高麦芽糖浆和超高麦芽糖浆。麦芽糖质量分数在60％以下的麦芽糖浆为普通麦芽糖浆，麦芽糖质量分数在60％～70％之间称为高麦芽糖浆，麦芽糖质量分数70％以上称为超高麦芽糖浆。麦芽糖浆因其自身的性质作为食品甜味剂被大家广泛认知，麦芽糖代谢无需胰岛素参与，不会引起血糖升高，适合糖尿病、手术患者等病人食用，除此之外高麦芽糖浆还可以作为添加剂、保湿剂、保鲜剂等。超高麦芽糖浆中葡萄糖含量低，更适合制作为淡甜味型食品；另外超高麦芽糖浆具有稳定蛋白酶活性的作用，使其在生物工程领域具有广泛的应用；同时超高麦芽糖浆还是麦芽糖衍生产品的生产原料，如麦芽糖醇、异麦芽糖和麦芽糖结晶等。

目前麦芽糖浆的生产主要是以玉米淀粉为原料采用全酶法生产工艺，经过液化、糖化、脱色过滤、精致浓缩而成，涉及的关键酶主要包括耐高温α-淀粉酶、β-淀粉酶、真菌淀粉酶、普鲁兰酶等。

甘薯(地瓜)废渣是甘薯淀粉加工的副产物，平均每生产1吨成品甘薯淀粉会产生2.5～3吨含湿薯渣，以年产1万吨甘薯淀粉为例，每年会产生大约2.5～3万吨湿甘薯渣。由于甘薯淀粉生产采用鲜甘薯(地瓜)生产，加工周期短(2-3月)，所以每天产生的薯渣数量巨大，且含水量高，易变质，运输和保存都非常困难。目前，小型加工企业直接将含水甘薯薯渣直接处理给当地农户用于牲畜饲养或直接丢弃，对环境造成极大的污染。规模较大的企业，先将薯渣集中收集再经干燥后出售。近年环保问题越来越引起人们的重视，国家也出台相应的法律法规进行约束，废水、废渣问题已成为制约甘薯淀粉企业发展的瓶颈。薯渣是生鲜地瓜经粉碎、筛分、分离后剩余的固体残渣，含水85-90％，干物中主要是纤维素、半纤维素类物质和残留淀粉，另外还有少量的脂肪和蛋白。国内外有关甘薯废渣利用的相关报道大多是以薯渣为原料制备膳食纤维或者制备饲料等。专利CN102558386A提供了一种利用甘薯废渣提取果胶的方法，首先用淀粉酶将薯渣残留淀粉去除，然后用抽提剂提取果胶；专利CN104187743 A提供了一种制备甘薯渣中膳食纤维的方法，是用水洗的方法去除薯渣中的淀粉，然后进行粉碎和发酵制取。这两种方法都是去除淀粉后对剩余的残渣进行提取利用，甘薯渣中的淀粉资源并未得到很好的利用。专利CN 103421851 A报道了一种利用甘薯废弃物制备糖和乙醇的方法，加酶液化糖化后制得葡萄糖醪液，然后接种发酵，纯化后制得乙醇，这种工艺将薯渣中淀粉经液化糖化，然后接种发酵制得酒精。上述方法均涉及甘薯渣的开发利用，但未提及是采用甘薯淀粉加工中过程中产生的新鲜薯渣为原料。发明人通过对新鲜薯渣分析发现，薯渣中含有较高的β-淀粉酶活性，现有技术也未见对此进行利用。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，针对现有甘薯淀粉加工的工艺，本发明的主要目的在于提供一种甘薯淀粉加工过程中产生的生鲜薯渣有效利用的新途径，通过对甘薯渣的特性的分析，提供一种甘薯废渣资源化利用的方式。

具体的，本发明涉及以下技术方案：

首先，一种利用甘薯渣制备超高麦芽糖浆的方法，包括如下步骤：

(1)加酶调浆：根据甘薯渣中的淀粉含量向甘薯渣加入α-中温淀粉酶混合均匀；

(2)糊化液化：步骤(1)混匀后的甘薯渣料液瞬间升温加热、保温，进行料液糊化液化；

(3)糖化：将步骤(2)液化料液迅速降温，进行保温糖化；

(4)糖化后经过过滤得到糖化液，糖化液通过除杂、浓缩、精制获得超高麦芽糖浆。

发明人对甘薯淀粉生产企业加工产生的生鲜薯渣进行了分析，薯渣含水80-90％，薯渣中的残留淀粉占薯渣干物的45-55％，蛋白含量约为3-6％；其中新鲜薯渣具有较高的β-淀粉酶活性，酶活100-200U/g(含水薯渣)。甘薯废渣中的高残余淀粉以及较高的β-淀粉酶活性，为甘薯废渣制备超高麦芽糖浆的利用方式提供依据；其次，通过试验研究发现，甘薯渣中的β-淀粉酶在底物的保护作用能够耐受80-90℃高温，能够满足甘薯渣液化过程需求，这为利用甘薯废渣酶解制备高麦芽糖提供了基础；进一步的，选用中温型α-淀粉酶进行液化预处理，一方面，降低了液化温度，较好的保存了薯渣中的β-淀粉酶的活性，另一方面，添加α-淀粉酶先对薯渣中的淀粉进行初步水解，可以大幅提高β-淀粉酶的水解效率和麦芽糖的得率。

优选的实施方案中，步骤(1)加酶调浆为：将新鲜甘薯渣输送入带有搅拌装置的储罐中，按照甘薯渣中的淀粉含量加入α-中温淀粉酶，开启搅拌混合均匀。

具体的，优选步骤(1)中所述甘薯渣为以生鲜地瓜为原料生产甘薯淀粉过程中产生的鲜甘薯渣，含水80-90％。

优选步骤(1)中鲜甘薯渣按照水分及淀粉含量进行折算干物后加入α-中温淀粉酶，加入量为每吨淀粉加0.3-0.5kg酶制剂(以诺维信BAN480L中温淀粉酶为例，其他型号的淀粉酶以此折算或按酶制剂推荐量)。

优选的实施方案中，步骤(2)糊化液化为：将加酶后的薯渣料液瞬间升温，然后物料通过维持罐或管道保温。

具体的，优选步骤(2)中加热温度为80-90℃，加热方式包括但不限于喷射器加热，保温时间为3-10min，控制液化DE值15-30％。更优选的，本发明液化控制DE值20-25％。

优选的实施方案中，步骤(3)糖化为：将加经液化后的薯渣输送入糖化罐，通过热交换迅速降温，然后保温糖化2-10h。

具体的，优选步骤(3)中迅速降温至55-65℃，保温糖化2-10h，控制DE值45-55％。

本发明步骤(4)中过滤包括但不限于板框过滤；步骤(4)中所述糖化液除杂、浓缩、精制获得超高麦芽糖浆可以通过本领域内的常规技术手段来实现，如CN102586363A中所述的膜过滤-离子交换-色谱分离-浓缩方式，具体的，本发明优选的糖化液除杂、浓缩、精制的过程为：一次浓缩—脱色—离子交换—二次浓缩，所述具体的工序包括：

一次浓缩：将过滤得到的糖化液进行三效蒸发浓缩；

脱色：将一次浓缩得到的糖液加入活性炭进行脱色；

离子交换：经脱色后的糖液经过滤去除活性炭，然后采用阴阳离子交换树脂进行除杂净化；

二次浓缩：将离子交换除杂后的糖化液经三效浓缩设备浓缩后得到超高麦芽糖浆。

优选的实施方案中，

一次浓缩工序中的浓缩方法包括但不限于三效蒸发浓缩设备，糖液浓缩至质量体积浓度20-30％。

脱色工序中的活性炭加量为固形物含量的1-1.5％，脱色温度75-85℃，脱色时间20-40min。

离子交换工序中所使用的离交工艺为阳离子树脂-阴离子树脂-阳离子树脂的顺序进行，其中阳离子交换树脂采用但不限于732型阳离子交换树脂，阴树脂采用但不限于D315型阴离子交换树脂，糖液收集控制电导率150μs/cm以下。

二次浓缩工序中二次浓缩至固形物含量75-85％。

上述优选的实施方案是发明人针对利用甘薯渣制备超高麦芽糖浆的工业化生产条件进一步优化的工艺，通过将模拟实验条件进行工艺放大和优化，提出上述优选的工艺条件。

其次，本发明对于上述制备方法剩余薯渣可以继续加工制备膳食纤维。

本发明取得了以下有益效果：

(1)本发明结合甘薯淀粉企业的加工现状提出的一种甘薯渣资源化利用的方法：生鲜甘薯中含有活性较高的β-淀粉酶，分离淀粉后甘薯渣仍有较高的β-淀粉酶活力，本发明利用薯渣自身的β-淀粉酶水解薯渣中的残留淀粉，生成麦芽糖，剩余薯渣可以进一步加工生产膳食纤维，实现了对于甘薯渣资源化利用。

(2)本发明发现甘薯渣中的β-淀粉酶在底物的保护作用下能够耐受80-90℃高温。因此，在薯渣淀粉高温糊化、液化过程中，β-淀粉酶短时间不会被灭活，β-淀粉酶会水解薯渣中的淀粉生成麦芽糖；

(3)本发明在薯渣料液中适量添加α-中温淀粉酶，可以将淀粉预先水解成糊精，进一步提高β-淀粉酶的水解效率和麦芽糖收率，制备得到的麦芽糖浆麦芽糖含量高，葡萄糖含量小于1％，可制备麦芽糖质量分数85％的超高麦芽糖浆。

(4)本发明利用甘薯渣中自身的β-淀粉酶进行糖化，无需另外添加β-淀粉酶或真菌淀粉酶，从而节约了用酶成本，有利于甘薯渣的再利用。

(5)本发明利用新鲜薯渣中β-淀粉酶将甘薯渣中残留淀粉水解成麦芽糖制备超高麦芽糖浆，同时剩余薯渣可以继续加工制备膳食纤维等，实现甘薯渣的高值化利用，即消减了排污又给企业带来巨大的经济效益。

(6)本发明所述工艺适用于工业化生产，所述工艺是在模拟实验条件基础上进行工艺放大和优化得到的，优化后的工艺更加利于甘薯淀粉生产企业进行生产规模使用。总体上，本发明采用新鲜薯渣，利用其中自有的β-淀粉酶进行糖化，减少了酶的使用，同时将薯渣的淀粉回收利用，生产成本低，针对性强，特别适合在甘薯淀粉生产企业推广。

附图说明

图1实施例1获得的麦芽糖浆HPLC图谱

图2实施例2获得的麦芽糖浆HPLC图谱

具体实施方式：

实施例1：

取新鲜薯渣10kg(甘薯淀粉加工产生，含水88％，淀粉含量52.5％(干基)，β-淀粉酶活156U/g(鲜薯渣))，加入α-淀粉酶(BAN480L)0.3g/千克淀粉，搅拌均匀后，加热至80-85℃，保温5min，测定DE值为15.0％，降温至65℃，保温糖化5小时后测定DE值达到49％，过滤，滤渣再用少量水洗涤，合并滤液共计13.8L，固形物含量4.3％，糖液减压浓缩至3L，固形物含量约为20％。浓缩糖液加活性炭6g，升温至80℃，保温脱色30min。脱色后的糖液进行离子交换，采用树脂为阳-阴-阳的顺序进行除杂，阳离子树脂选用732型阳离子交换树脂，阴离子树脂选用D315型阴离子交换树脂，控制流出糖液的电导150μs/cm以下。离子交换后的糖液减压浓缩至固形物含量约为85％，共计得到麦芽糖浆0.71L。经HPLC检测麦芽糖含量达到81.6％，葡萄糖含量0.5％(见附图图1)。

糖化后的薯渣经干燥后作为甘薯粗纤维出售或进一步深加工。

实施例2：

取新鲜薯渣15kg(甘薯淀粉加工产生，含水89％，淀粉含量48.5％，β-淀粉酶活138U/g)，加入α-淀粉酶(BAN480L)0.4g/千克淀粉，搅拌均匀后，加热至80-85℃，保温8min，测定DE值为22.0％，降温至60℃，保温糖化8小时后测定DE值达到51％，过滤，滤渣用水洗涤，共得滤液17.5L，糖液浓缩至固形物含量20％。浓缩糖液加活性炭，保温脱色。脱色后的糖液进行离子交换，控制流出糖液的电导150μs/cm以下。离子交换后的糖液减压浓缩至固形物含量为78％，共计得到麦芽糖浆1.0L。经HPLC检测麦芽糖含量达到83.2％，葡萄糖含量1.0％(见附图图2)。

糖化后的薯渣经干燥后作为甘薯粗纤维出售或进一步深加工。

实施例3：

取新鲜薯渣15kg(含水90％，淀粉含量49.5％，β-淀粉酶活181U/g)，加入α-淀粉酶(BAN480L)0.5g/千克淀粉，搅拌均匀后，加热至80-85℃，保温液化4min，测定DE值为28.3％，降温至60℃，保温糖化4小时后测定DE值达到52％，过滤得到糖化液，糖液浓缩至固形物含量为20％后加活性炭保温脱色。脱色后的糖液进行离子交换，控制流出糖液的电导150μs/cm以下。离子交换后的糖液浓缩至固形物含量为85％。经HPLC检测麦芽糖含量达到85.1％，葡萄糖含量0.8％。

糖化后的薯渣经干燥后作为甘薯粗纤维出售或进一步深加工。

实施例4：

取新鲜薯渣15kg(含水89％，淀粉含量45.8％，β-淀粉酶活128U/g)，加入淀粉酶后升温至80-85℃保温液化6min，DE值达20.0％，降温至60℃进行糖化，10小时后测定DE值达到48％，过滤得到糖化液。糖液浓缩后脱色、离子交换除杂。除杂后的糖液浓缩至固形物含量为76％。经HPLC检测麦芽糖含量达到81.8％，葡萄糖含量0.9％。

糖化后的薯渣经干燥后作为甘薯粗纤维出售或进一步深加工。

实施例5：

新鲜薯渣10吨(甘薯淀粉加工产生，含水88％，淀粉含量50.1％，β-淀粉酶活173U/g)，然后将新鲜薯渣输送入储罐中，加入α-淀粉酶(BAN480L)0.5kg/吨淀粉，搅拌均匀，采用喷射器将加酶后的薯渣料液瞬间升温(喷射温度为85℃)，然后物料通过维持罐或管道保温5min。测定DE值为23.5％，将加经糊化液化后的薯渣通过热交换迅速降温至60℃，输送入糖化罐，保温糖化3小时后测定DE值达到51.5％，经过板框过滤，加水冲洗滤渣，得滤液共计10.8m3，固形物含量5.3％，糖液经三效浓缩设备浓缩至固形物含量为25％。浓缩糖液加活性炭8kg，升温至80℃，保温脱色30min。脱色后的糖液进行离子交换，采用树脂为阳-阴-阳的顺序进行除杂，阳离子树脂选用732型阳离子交换树脂，阴离子树脂选用D315型阴离子交换树脂，控制流出糖液的电导150μs/cm以下。离子交换后的糖液经三效浓缩设备浓缩至固形物含量为80％，经HPLC检测麦芽糖含量达到82.9％，葡萄糖含量0.4％。

糖化后的薯渣经干燥后作为甘薯粗纤维出售或进一步深加工。

实施例6：

新鲜薯渣(甘薯淀粉加工产生，含水90％，淀粉含量48.9％，β-淀粉酶活131U/g)经管道输送入储罐中，加入α-中温淀粉酶0.4kg/吨淀粉后搅拌均匀，采用喷射器喷射升温(喷射温度为80℃)，然后物料通过维持罐保温，10min测定DE值为28.8％。然后降温至60℃，保温糖化10小时后测定DE值达到49％，经过板框过滤得到糖液和糖化后的薯渣，糖液经浓缩设备浓缩至固形物含量为25％后进行活性炭脱色，脱色后的糖液进行离子交换，控制电导150μs/cm以下。离交后的糖液浓缩至固形物含量为83％。经HPLC检测麦芽糖含量达到84.5％，葡萄糖含量0.5％。

糖化后的薯渣经干燥后作为甘薯粗纤维出售或进一步深加工。

案例7：

新鲜薯渣(甘薯淀粉加工产生，含水89％，淀粉含量50.2％，β-淀粉酶活149U/g)经管道输送入储罐中，加入α-中温淀粉酶0.5kg/吨淀粉搅拌均匀后喷射升温(喷射温度为85℃)，然后物料通过维持罐保温8min，测定DE值24.6％。然后降温至60℃，保温糖化8小时后测定DE值达到48.5％，经过板框过滤得到糖液和糖化后的薯渣，糖液浓缩后进行活性炭脱色、离子交换除杂。除杂的糖液浓缩至固形物含量为77％。经HPLC检测麦芽糖含量达到84.5％，葡萄糖含量0.6％。

糖化后的薯渣经干燥后作为甘薯粗纤维出售或进一步深加工。

案例8：

新鲜薯渣(甘薯淀粉加工产生，含水88％，淀粉含量46.9％，β-淀粉酶活189U/g)经管道输送入储罐中，加入α-中温淀粉酶0.4kg/吨淀粉搅拌均匀后喷射升温(喷射温度为80℃)，然后物料通过维持罐保温4min，测定DE值24.8％。然后降温至60℃，保温糖化2小时后测定DE值达到49.6％，经过板框过滤得到糖液和糖化后的薯渣，糖液浓缩后进行活性炭脱色、离子交换除杂。除杂的糖液浓缩至固形物含量为84％。经HPLC检测麦芽糖含量达到82.6％，葡萄糖含量0.8％。

糖化后的薯渣经干燥后作为甘薯粗纤维出售或进一步深加工。

上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种利用甘薯渣制备超高麦芽糖浆的方法，包括如下步骤：

(1)加酶调浆：根据甘薯渣中的淀粉含量向甘薯渣加入α-中温淀粉酶混合均匀；

(2)糊化、液化：步骤(1)混匀后的甘薯渣料液瞬间升温加热、保温，进行料液糊化、液化；

(3)糖化：将步骤(2)液化料液迅速降温，进行保温糖化；

(4)糖化后经过过滤得到糖化液，糖化液通过除杂、浓缩、精制获得超高麦芽糖浆。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中鲜甘薯渣按照水分及淀粉含量进行折算干物后加入α-中温淀粉酶，α-中温淀粉酶加入量为每千克淀粉0.3-0.5g。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中液化控制DE值15-30％。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中加热温度为80-90℃，加热方式包括但不限于喷射器加热，保温时间为3-10min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中迅速降温至55-65℃，保温糖化2-10h，控制DE值45-55％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中过滤包括但不限于板框过滤。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述糖化液除杂、浓缩、精制获得超高麦芽糖浆的过程包括：一次浓缩—脱色—离子交换—二次浓缩，其中，

一次浓缩：将过滤得到的糖化液进行浓缩；

脱色：将一次浓缩得到的糖液加入活性炭进行脱色；

离子交换：经脱色后的糖液经过滤去除活性炭，然后采用阴阳离子交换树脂进行除杂净化；

二次浓缩：将离子交换除杂后的糖化液经浓缩后得到超高麦芽糖浆。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，一次浓缩中的浓缩方法包括但不限于三效蒸发浓缩设备，糖液浓缩至质量体积浓度20-30％；

脱色中的活性炭加量为固形物含量的1-1.5％，脱色温度75-85℃，脱色时间20-40min；

离子交换中所使用的离交工艺为阳离子树脂-阴离子树脂-阳离子树脂的顺序进行，其中阳离子交换树脂采用但不限于732型阳离子交换树脂，阴树脂采用但不限于D315型阴离子交换树脂，糖液收集控制电导率150μs/cm以下；

二次浓缩中二次浓缩至固形物含量75-85％。

9.根据权利要求1-8任一项制备方法制备得到的超高麦芽糖。