CN110862460B - 一种多酶协同浸泡提取玉米淀粉的方法 - Google Patents

一种多酶协同浸泡提取玉米淀粉的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多酶协同浸泡提取玉米淀粉的方法，包括以下步骤：(1)玉米预处理：将玉米置于水中浸泡，得到玉米浸泡混合物；(2)复合酶液酶解处理：向步骤(1)中得到玉米浸泡混合物中添加复合酶液，得到复合酶液处理后的玉米；(3)提取玉米淀粉：经过破碎、胚芽/纤维分离、细磨、离心分离、洗涤和干燥得到玉米淀粉。本发明利用多酶协同浸泡取代传统工艺中的亚硫酸浸泡，达到与传统浸泡工艺相当的浸泡效果，且获得的所有产品无亚硫酸残留，可明显改善淀粉延伸产品品质，并为后续玉米浆等副产物的综合利用和附加值提高创造便利，整个生产工艺绿色环保、安全高效。

Description

一种多酶协同浸泡提取玉米淀粉的方法
技术领域
本发明涉及一种多酶协同浸泡提取玉米淀粉的方法，属于玉米淀粉提取技术领域。
背景技术
目前玉米淀粉的加工工艺主要有干法及湿法两种工艺，但由于干法加工所得的淀粉纯度较低，因此湿法加工工艺是生产玉米淀粉的主要工艺。其中浸泡过程是玉米湿法生产工艺中的关键环节，目前的浸泡工艺是把玉米籽浸泡在含有0.2％～0.3％的亚硫酸溶液中，在48～55℃下保持40～70h，达到软化玉米颗粒，降低其机械强度的目的。
亚硫酸溶液的作用有两个，一是防止腐败微生物的生长；二是亚硫酸离子作用于二硫键，把蛋白质从淀粉颗粒里分离出来，从而减少蛋白质的分子质量，增加蛋白质的溶解度。浸泡过程便于将淀粉从蛋白质的基质里释放出来从而增加淀粉的收率。然而，对于亚硫酸溶液的使用是存在较大的安全隐患的，当吸入或摄入过量的亚硫酸后，会对血液产生明显的毒副作用，并且对肺、肝脏及免疫系统都有一定程度的伤害，对人类的健康造成严重影响。针对亚硫酸作业工人的流行病的研究表明，长期接触低浓度二氧化硫可能引起慢性损害，比如慢性鼻炎、咽炎、气管炎、支气管炎、肺气肿、肺间质纤维化等病理改变。同时，残留在玉米淀粉和玉米浸泡水中的亚硫酸盐会对后续淀粉糖产品及玉米浆等副产品质量造成影响，特别是对玉米浆的销售及综合利用产生较大不利影响。不仅如此，较高浓度的亚硫酸溶液还会在一定程度上造成设备腐蚀、地下水污染等问题。因此找到能代替亚硫酸的环保、安全的玉米湿法加工工艺显得非常重要。
中国专利文献CN 103936870A公开了一种利用间歇脉冲加压和复合酶联合浸泡从而缩短玉米淀粉生产过程中玉米浸泡时间的方法。在压力1.5～5Mpa、蛋白酶加入量400～1200IU/g玉米、纤维素酶加入量20～40IU/g、浸泡温度40～50℃、浸泡时间10～12h条件下，浸泡后玉米含水量42.3％～46.7％，玉米淀粉得率73.9％～75.1％，浸泡液中干物质含量4.5％～5.0％，蛋白质含量0.030～0.038mg/mL。
中国专利文献CN 105801712A公开了一种糯玉米淀粉生产中的玉米浸泡方法，包括如下步骤：1)一次浸泡：以糯玉米为原料，加入水、乳酸和复合酶，浸泡；2)糯玉米脱胚：对浸泡后的糯玉米进行破碎脱胚；3)二次浸泡：向破碎脱胚后的糯玉米中加入水、复合蛋白酶，静置浸泡，浸泡结束后进入淀粉生产工序。
中国专利文献CN 103665171A公开了一种玉米淀粉生产过程中玉米浸泡的方法，包括：1)以玉米(硬粒型、马齿型、半马齿型)为原料，按与玉米质量比为1～2：1的比例加水，40～60℃条件下进行初次吸水浸泡；2)经粗破碎后，加入适量的酸性蛋白酶和细胞渗透剂顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠，加速酶的浸入；3)筛网分离，去除胚芽；4)胶体磨混合细磨，经100目筛，去皮得浆，得到淀粉与蛋白的混合物；5)离心分离，分别收集蛋白和淀粉，并在50℃下干燥即可。
中国专利文献CN 106749691A公开了一种玉米淀粉生产过程中的玉米浸泡方法，包括以下几个步骤，步骤1：筛选，选择颗粒饱满的玉米粒；步骤2：初次浸泡，将玉米置于30～50℃的恒温水浴锅中；步骤3：破碎，将浸泡过的玉米经过筛网滤去水分，并晾干20～30分钟，玉米经过破碎机粉粹；步骤4：放入酶浸泡，将步骤3中破碎的玉米按10000～20000U/L添加酶；步骤5：调节PH值，加入16％的氢氧化钠溶液调节浸泡液PH值，将PH值控制在4.5～5.5范围内；步骤6：高压浸泡，将玉米与浸泡液放入高压恒温装置内完成浸泡。
中国专利文献CN 106519045A公开了一种乳酸与过氧化氢协同浸泡提取玉米淀粉的方法:将玉米粒打入浸泡罐，然后向浸泡罐中添加乳酸浸泡；将浸泡过的玉米粗破碎，使玉米颗粒破碎成6～8瓣，然后加入过氧化氢溶液浸泡，然后经过胚分离、细磨、分浆、离心分离和干燥得到淀粉。
但是，上述专利中CN 103936870 A和CN 106749691 A对浸泡设备的耐压性和密封性要求较高，工业化存在困难；CN 103665171 A中所用细胞渗透剂顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠为化工助剂，主要应用于印染工业，食品安全性存疑；CN 105801712 A使用乳酸能够促进玉米蛋白质软化和膨胀，但不能有效破坏玉米种皮的细胞壁结构，蛋白酶无法通过玉米种皮，从而降低酶作用效果；CN 106519045 A需要先粗磨再加过氧化氢二次浸泡，之后再细磨，工艺较复杂。
因此，现在急需寻求一种更加绿色环保、安全高效的浸泡提取玉米淀粉的方法。
发明内容
针对现有技术的不足，尽可能降解玉米种皮细胞壁中的果胶和纤维素，促使淀粉、蛋白质等释放出来，得到更高的玉米淀粉收率，本发明提供了一种多酶协同浸泡提取玉米淀粉的方法。
本发明的技术方案如下：
一种多酶协同浸泡提取玉米淀粉的方法，包括以下步骤：
(1)玉米预处理：将玉米置于50～60℃水中浸泡1～2h，经搅拌后得到玉米浸泡混合物，其中液体部分为玉米浸泡液；
(2)复合酶液酶解处理：向步骤(1)中得到玉米浸泡混合物中添加复合酶液，搅拌后在50～60℃下浸泡32h～40h，得到复合酶液处理后的玉米；
(3)提取玉米淀粉：将步骤(2)得到的复合酶液处理后的玉米粗破碎，然后经过胚芽/纤维分离、细磨、离心分离、洗涤和干燥得到玉米淀粉。
根据本发明优选的，步骤(1)中所述的玉米与水的质量比为1:(1.2～2.0)；进一步优选的，所述的玉米与水的质量比为1:1.5。
根据本发明优选的，步骤(1)中所述的玉米浸泡温度为50℃，浸泡时间为1h。
根据本发明优选的，步骤(2)中所述的复合酶液的添加量为述玉米浸泡液质量分数的1％～3％。
根据本发明优选的，步骤(2)中所述的复合酶液的添加量为玉米浸泡液质量分数的2％，浸泡温度为50℃，浸泡时间为36h，控制pH为4.4～4.6。
根据本发明优选的，步骤(2)中所述的复合酶液包括果胶聚半乳糖醛酸酶、果胶甲酯水解酶、半纤维素酶和纤维素酶。
根据本发明优选的，步骤(2)中所述的复合酶液配制方法为：先以果胶聚半乳糖醛酸酶：果胶甲酯水解酶的酶活力比为(1～3):1配制成果胶酶原液，再以半纤维素酶与纤维素酶的酶活力比为(2～5):1配成纤维素酶原液，然后以果胶酶原液与纤维素酶原液的酶活力比为(2～4):1配制成复合酶原液，再调节复合酶原液的pH值至3～6，搅拌均匀，得复合酶液，于4℃冷藏备用。
根据本发明优选的，步骤(2)中所述的复合酶液的配制方法为：先以果胶聚半乳糖醛酸酶：果胶甲酯水解酶的酶活力比为1.8:1配制成果胶酶原液，再以半纤维素酶与纤维素酶的酶活力比为3.5:1配成纤维素酶原液，然后以果胶酶原液与纤维素酶原液的酶活力比为3:1配制成复合酶原液，再调节复合酶原液的pH值至4～5，搅拌均匀，得复合酶液，于4℃冷藏备用。
根据本发明优选的，步骤(3)中所述的玉米粗破碎的程度为4～8瓣。
根据本发明优选的，步骤(3)中所述的洗涤为9级旋流洗涤。
本发明的技术特点为：
本发明中的玉米温水浸泡预处理，目的是在复合酶液的最佳酶解温度对玉米实施浸润，缩短酶解时间，预处理水量以浸没全部玉米并利于后续磨浆为宜；复合酶液配制过程中按照酶活力比进行复配，有利于酶液的高效利用，降低生产成本；复合酶液的配比是根据前期测定玉米种皮中主要化学组成及其组成成分的化学结构而确定。淀粉洗涤，综合考虑洗涤效果和生产节水、节能等，以9级旋流洗涤效果最佳。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过将果胶聚半乳糖醛酸酶、果胶甲酯水解酶、半纤维素酶和纤维素酶按比例混合得到复合酶液，该复合酶液能加快玉米籽粒细胞壁的破壁速率并且使得玉米籽粒破碎的更加彻底，从而使玉米浸泡得更加充分，提高了浸泡效率、促进玉米蛋白质软化和膨胀，增强了浸泡效果，缩短浸泡时间，综合玉米淀粉的提取率与传统亚硫酸浸泡工艺相比提高了2％以上。
(2)本发明在提取玉米淀粉的过程中仅进行了一次浸泡，并且将浸泡时间由常规的48～60小时缩短至32～40小时，浸泡结束后立即玉米破碎，生产工艺简便、高效，极大地缩短了生产周期。
(3)本发明提取玉米淀粉的过程中取消了对亚硫酸的使用，减少了环境污染，既降低了对设备的腐蚀性，又极大的改善了车间的生产环境；同时，提高了玉米淀粉延伸产品及副产品品质，玉米浆、蛋白粉等副产物中由于没有了亚硫酸盐可以放心的大量使用于饲料生产中，而无需担心对动物造成不良影响，生产工艺绿色环保、安全高效，副产品综合利用程度及附加值将大大提高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步阐述，以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例中果胶聚半乳糖醛酸酶(PG，EC3.2.1.15。酶活3万U/mL)为SERVAFeinbiochemica GmbH&CO.生产；果胶甲酯水解酶(PME，EC3.1.1.11。酶活25000PE/g)为德国AB Enzymes生产；纤维素酶(酶活10万U/mL)为山东隆大生物工程有限公司生产酸性纤维素酶；半纤维素酶(EC3.2.1.78，酶活20万U/mL)为山东苏柯汉生物工程股份有限公司生产。
实施例中的“％”如无特殊说明，均为质量百分含量。
实施例1
一种多酶协同浸泡提取玉米淀粉的方法，包括以下步骤：
(1)玉米预处理：选颗粒饱满，无虫蛀，无霉变的玉米整粒100kg，除去杂质，将玉米置于150kg、50℃水中浸泡1h，并充分搅拌，得到玉米浸泡混合物，其中液体部分为玉米浸泡液；
(2)复合酶液酶解处理：向步骤(1)中得到玉米浸泡混合物中添加3kg复合酶液，充分搅拌后在50℃恒温下浸泡36h，期间控制浸泡液的pH在4.4～4.6；
(3)提取玉米淀粉：将浸泡过的玉米粗破碎至6～8瓣，然后经过胚芽/纤维分离、细磨、离心分离、洗涤和干燥得到玉米淀粉。
所述复合酶液配制方法为：先以果胶聚半乳糖醛酸酶：果胶甲酯水解酶的酶活力比为1.8:1配制成果胶酶原液，再以半纤维素酶与纤维素酶的酶活力比为3.5:1配成纤维素酶原液，然后以果胶酶原液与纤维素酶原液的酶活力比为3:1配制成复合酶原液，再调节复合酶原液的pH值至4.5，搅拌均匀，得复合酶液。
本实施例测得浸泡后玉米水分含量为42.6％，浸泡液中干物质含量4.97％，浸泡液中蛋白质含量为1.78％(湿基)，玉米淀粉提取率74.87％，玉米浸泡周期为37h。
实施例2
一种多酶协同浸泡提取玉米淀粉的方法，包括以下步骤：
(1)玉米预处理：选颗粒饱满，无虫蛀，无霉变的玉米整粒100kg，除去杂质，将玉米置于120kg、50℃水中浸泡1h，并充分搅拌，得到玉米浸泡混合物，其中液体部分为玉米浸泡液；
(2)复合酶液酶解处理：向步骤(1)中得到玉米浸泡混合物中添加3.6kg复合酶液，充分搅拌后在50℃恒温下浸泡33h，期间控制浸泡液的pH在4.4～4.6；
(3)提取玉米淀粉：将浸泡过的玉米粗破碎至6～8瓣，然后经过胚芽/纤维分离、细磨、离心分离、洗涤和干燥得到玉米淀粉。
所述复合酶液配制方法为：先以果胶聚半乳糖醛酸酶：果胶甲酯水解酶的酶活力比为1.5:1配制成果胶酶原液，再以半纤维素酶与纤维素酶的酶活力比为2.5:1配成纤维素酶原液，然后以果胶酶原液与纤维素酶原液的酶活力比为2:1配制成复合酶原液，再调节复合酶原液的pH值至4.5，搅拌均匀，得复合酶液。
本实施例测得浸泡后玉米水分含量为42.2％，浸泡液中干物质含量4.66％，浸泡液中蛋白质含量为1.65％(湿基)，玉米淀粉得率73.94％，玉米浸泡周期为34h。
实施例3
一种多酶协同浸泡提取玉米淀粉的方法，包括以下步骤：
(1)玉米预处理：选颗粒饱满，无虫蛀，无霉变的玉米整粒100kg，除去杂质，将玉米置于200kg、50℃水中浸泡2h，并充分搅拌，得到玉米浸泡混合物，其中液体部分为玉米浸泡液；
(2)复合酶液酶解处理：向步骤(1)中得到玉米浸泡混合物中添加3kg复合酶液，充分搅拌后在50℃恒温下浸泡38h，期间控制浸泡液的pH在4.4～4.6；
(3)提取玉米淀粉：将浸泡过的玉米粗破碎至6～8瓣，然后经过胚芽/纤维分离、细磨、离心分离、洗涤和干燥得到玉米淀粉。
所述复合酶液配制方法为：先以果胶聚半乳糖醛酸酶：果胶甲酯水解酶的酶活力比为3:1配制成果胶酶原液，再以半纤维素酶与纤维素酶的酶活力比为4.5:1配成纤维素酶原液，然后以果胶酶原液与纤维素酶原液的酶活力比为4:1配制成复合酶原液，再调节复合酶原液的pH值至4.5，搅拌均匀，得复合酶液。
本实施例测得浸泡后玉米水分含量为43.6％，浸泡液中干物质含量4.80％，浸泡液中蛋白质含量为1.63％(湿基)，玉米淀粉得率72.71％，玉米浸泡周期为40h。
对比例
选颗粒饱满，无虫蛀，无霉变的玉米整粒100kg，除去杂质，将玉米置于200L浓度0.26％的亚硫酸溶液中50℃浸泡48h，将浸泡好的玉米先粗磨，然后分离胚芽及粗纤维，再经细磨、纤维分离、淀粉洗涤、烘干得到玉米淀粉。
本对比例测得浸泡后玉米水分含量为43.3％，浸泡液中干物质含量4.75％，浸泡液中蛋白质含量为1.71％(湿基)，玉米淀粉得率70.68％，玉米浸泡周期为48h。
由上述内容可知，本发明实施例1-3的玉米淀粉提取率均在72％以上，相对于对比例的70.68％提高了2.03％以上，有效的提高了玉米淀粉的提取率。本发明实施例1-3的玉米浸泡周期均在40小时以下，相对于对比例的48h，节省了8小时以上，生产工艺简便、高效，有效的缩短了生产周期。并且相较于对比例取消了对亚硫酸的使用。
综上所述本发明既提高了玉米淀粉的提取率，还在保证玉米淀粉的提取率的前提下缩短了生产周期，并且在提取玉米淀粉的过程中取消了对亚硫酸的使用，减少了环境污染，生产工艺绿色环保、安全高效，副产品综合利用程度及附加值将大大提高。

Claims (7)

1.一种多酶协同浸泡提取玉米淀粉的方法，包括以下步骤：
(1)玉米预处理：将玉米置于50～60℃水中浸泡1～2h，经搅拌后得到玉米浸泡混合物，其中液体部分为玉米浸泡液；
其中，玉米与水的质量比为1:(1.2～2.0)；
(2)复合酶液酶解处理：向步骤(1)中得到玉米浸泡混合物中添加复合酶液，搅拌后在50～60℃下浸泡32h～40h，得到复合酶液处理后的玉米；
其中，所述的复合酶液的添加量为玉米浸泡液质量分数的1％～3％；所述的复合酶液包括果胶聚半乳糖醛酸酶、果胶甲酯水解酶、半纤维素酶和纤维素酶；
(3)提取玉米淀粉：将步骤(2)得到的复合酶液处理后的玉米粗破碎，然后经过胚芽/纤维分离、细磨、离心分离、洗涤和干燥得到玉米淀粉；
所述的复合酶液配制方法为：先以果胶聚半乳糖醛酸酶：果胶甲酯水解酶的酶活力比为(1～3):1配制成果胶酶原液，再以半纤维素酶与纤维素酶的酶活力比为(2～5):1配成纤维素酶原液，然后以果胶酶原液与纤维素酶原液的酶活力比为(2～4):1配制成复合酶原液，再调节复合酶原液的pH值至3～6，搅拌均匀，得复合酶液，于4℃冷藏备用。
2.根据权利要求1所述的多酶协同浸泡提取玉米淀粉的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的玉米与水的质量比为1:1.5。
3.根据权利要求1所述的多酶协同浸泡提取玉米淀粉的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的玉米浸泡温度为50℃，浸泡时间为1h。
4.根据权利要求1所述的多酶协同浸泡提取玉米淀粉的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的复合酶液的添加量为玉米浸泡液质量分数的2％，浸泡温度为50℃，浸泡时间为36h，并控制pH为4.4～4.6。
5.根据权利要求1所述的多酶协同浸泡提取玉米淀粉的方法，其特征在于，根步骤(2)中所述的复合酶液的配制方法为：先以果胶聚半乳糖醛酸酶：果胶甲酯水解酶的酶活力比为1.8:1配制成果胶酶原液，再以半纤维素酶与纤维素酶的酶活力比为3.5:1配成纤维素酶原液，然后以果胶酶原液与纤维素酶原液的酶活力比为3:1配制成复合酶原液，再调节复合酶原液的pH值至4～5，搅拌均匀，得复合酶液，于4℃冷藏备用。
6.根据权利要求1所述的多酶协同浸泡提取玉米淀粉的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的玉米粗破碎的程度为4～8瓣。
7.根据权利要求1所述的多酶协同浸泡提取玉米淀粉的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的洗涤为9级旋流洗涤。
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