CN111454996B - 一种谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法，属于农产品深加工技术领域。本发明将小麦淀粉进行在线分级分离，通过控制淀粉的分离比来保证获得淀粉颗粒的品质，通过控制淀粉洗涤水中的可溶性固形物含量，既能提高淀粉浆质量利于赤藓糖醇发酵和提取，同时通过保留部分小麦的营养成分，可以降低赤藓糖醇发酵培养基营养成分的添加。本发明将小麦谷朊粉生产中联产小麦优质淀粉直接用于赤藓糖醇发酵生产，不仅提高了小麦淀粉的加工附加值，同时也可大幅降低赤藓糖醇原料成本，具有非常好的经济效益，具有良好的实际应用之价值。

Description

一种谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法

技术领域

本发明属于农产品深加工技术领域，具体涉及一种谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

小麦是我国的主要粮食作物，种植面积和产量均居世界第一。近年来，随着社会发展、居民的生活水平提高，食品消费趋于多样化，面粉的人均消费情况出现下降，为小麦精深加工提供机遇。长期以来我国小麦加工行业一直以来多为面粉初级加工为主，同质化严重，行业整体效益不高。谷朊粉是以小麦为原料加工制得的一种优质天然植物蛋白，具有多种独特的物化特性，在食品工业广泛应用。近年来谷朊粉市场需求旺盛，产品附加值高，是小麦加工的一个重要发展方向。

小麦中蛋白含量大约12-13％，淀粉含量65-70％，因此，在生产谷朊粉的过程中会联产大量的小麦淀粉。小麦淀粉根据颗粒大小的不同分为A淀粉和B淀粉，A淀粉通常是指淀粉颗粒较大的部分，离心分离相对容易。B淀粉是颗粒较小的淀粉和加工过程中破损的淀粉颗粒，因为颗粒小，离心分离相对困难。目前谷朊粉加工有多种，具有代表性的有马丁法(面团法)和三相卧螺离心分离技术等。马丁法是在手工分离小麦面筋和淀粉方法的基础上形成的一种相对较简单的谷朊粉和淀粉分离方法，是最早广泛应用的小麦淀粉和谷朊粉的生产方法。三相卧螺离心分离技术是目前最先进的小麦淀粉和谷朊粉生产技术，它的核心技术是菜用三相卧螺离心机(专利技术)将均质后的物料分为三相：重相、中相和轻相，重相主要是A淀粉，中相主要成分是蛋白和B淀粉，轻相主要含有戊聚糖和其他可溶性物质，该工艺一步就将A淀粉和戊聚糖分离，减少淀粉精制工艺的水的用量。马丁法是通过水洗去淀粉，分离的淀粉浆为混合淀粉浆。因为马丁法工艺简单、设备投资低，现在仍被广泛采用(李明菲等，面团状态对小麦淀粉与谷朊粉分离效果的影响，2015，vol28(10)：21-24；石冬梅等，小麦精深加工产业发展概况，中国食物与营养2016，22(5):41-43；)，王良栋，小麦淀粉概述，粮食与油脂，2007(11)：13-15)。

目前企业对谷朊粉联产的小麦淀粉主要有两种处理方式，一是将A淀粉分离精制后作为商品淀粉出售，B淀粉部分生产酒精或是经浓缩干燥后作为饲料；二是将全部淀粉都用于酒精发酵。如果进行商品淀粉生产，则需要将淀粉浆离心分离，然后再进行洗涤、脱水、干燥，生产成本相较玉米淀粉高，市场竞争力小。如果将全部淀粉用于酒精发酵，产品附加值较低。小麦淀粉中大颗粒淀粉(A淀粉)，分离精制相对容易，淀粉品质高，如果能直接将分离后的淀粉浆用于附加值高的产品生物转化生产，不仅可大幅度降低目标产品生产成本，同时也提高了小麦淀粉的附加值。

赤藓糖醇是一种新型糖醇类甜味剂，具有结晶性好，吸湿性低，低热量、甜味协调、无龋齿性等特点，在食品行业具有广泛的用途，产品附加值高。目前，赤藓糖醇是以葡萄糖为主要原料通过酵母深层通风发酵转化产生，然后通过发酵液净化、浓缩、结晶获得。以淀粉为原料生产赤藓糖醇，需先要将淀粉通过酶解制备葡萄糖液，然后用于赤藓糖醇发酵。发明人研究发现，因为赤藓糖醇发酵特性以及提取工艺的特点，赤藓糖醇生产对原料淀粉的质量要求相对较高。

发明内容

针对目前谷朊粉生产过程中产生的小麦淀粉低值化利用的问题，本发明提供一种谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺。具体的，将谷朊粉生产过程中产生的小麦淀粉浆离心分离获得部分淀粉，然后经液化、糖化后用于赤藓糖醇生产。通过上述生产工艺，一方面降低赤藓糖醇生产成本，另一方面增加了小麦淀粉的附加值，因此具有良好的实际应用之价值。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案如下：

本发明的第一个方面，提供一种谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法，所述工艺方法包括：将谷朊粉生产过程中产生的小麦淀粉浆进行离心分离、洗涤、制糖得淀粉糖化液，以淀粉糖化液作为培养基原料，制备赤藓糖醇发酵培养基，接种菌种进行赤藓糖醇发酵。

进一步的，所述洗涤具体方法为：收集离心分离淀粉乳加水调节合适浓度，然后进行淀粉乳洗涤，收集底流淀粉乳；

进一步的，制糖方法没有限制，如常用“双酶法”制糖工艺即可；

更进一步的，所述制糖工艺还包括采用双酶法制糖，将糖化结束的糖液进行脱色处理。

所述脱色可采用常用工业制糖脱色法，优选采用活性炭进行脱色。

所述赤藓糖醇发酵具体方法为：收集淀粉糖化液为原料，添加辅料及营养盐配成赤藓糖醇发酵培养基，控制葡萄糖起始浓度为260～300g/L，培养基灭菌后接入赤藓糖醇菌种进行发酵，葡萄糖浓度降至0.1g/L以下时结束发酵，收集发酵液。

本发明的第二个方面，提供上述谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法制备得到的赤藓糖醇和/或谷朊粉。

以上一个或多个技术方案的有益技术效果：

本发明将谷朊粉加工过程中联产的小麦淀粉进行在线分级分离，通过控制淀粉的分离比来保证获得淀粉的品质，通过调节淀粉洗涤程度控制淀粉浆中可溶性固形物含量。通过对淀粉分离比和淀粉洗涤的精确控制，既满足了赤藓糖醇发酵和提取对原料淀粉的质量要求，同时通过保留部分小麦的营养成分，可以缩短赤藓糖醇发酵周期或降低赤藓糖醇发酵培养基营养成分的添加量。

本发明将谷朊粉生产联产小麦优质淀粉直接用于赤藓糖醇发酵生产，不仅提高了小麦淀粉的加工附加值，同时也可大幅降低赤藓糖醇原料成本，具有非常好的经济效益，具有良好的实际应用之价值。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。图1为本发明实施例4中小麦淀粉糖液原料赤藓糖醇发酵液HPLC谱图；图2为本发明实施例5中葡萄糖原料赤藓糖醇发酵液HPLC谱图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。

本发明的一个具体实施方式中，提供一种谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法，所述工艺方法包括：将谷朊粉生产过程中产生的小麦淀粉浆进行离心分离、洗涤、制糖得淀粉糖化液，以淀粉糖化液作为培养基原料，制备赤藓糖醇发酵培养基，接种菌种进行赤藓糖醇发酵。

本发明的又一具体实施方式中，所述离心分离具体方法为：通过离心分离，收集离心分离淀粉；通过研究发现，不同淀粉分离比制得的淀粉直接影响后续糖化液的过滤速率及透明度，进而最终影响赤藓糖醇发酵速率和赤藓糖醇发酵纯度，因此进一步优选的，控制离心分离淀粉量占淀粉浆中总淀粉质量百分比的40～60％，如40％、45％、50％、53％、55％和60％。

本发明的又一具体实施方式中，可通过控制离心转速和离心时间从而控制离心分离淀粉量，离心转速可以为800～2000rpm，如800、1000、1200、1500和2000rpm，离心时间2秒～1分钟，如2秒、10秒、30秒和1分钟。

本发明的又一具体实施方式中，所述洗涤具体方法为：收集离心分离淀粉加水调淀粉浆浓度，然后进行淀粉乳洗涤，收集底流淀粉乳。

本发明的又一具体实施方式中，调浆后淀粉浆浓度为8～12Bé；

本发明的又一具体实施方式中，控制淀粉乳浓度为18～20Bé；

本发明的又一具体实施方式中，淀粉乳清液中可溶性固形物浓度为0.15-0.5％。通过在淀粉中保留部分小麦淀粉浆液可溶性成分，有利于后续赤藓糖醇发酵菌株菌体生长，缩短发酵周期；同时控制淀粉乳清液可溶固形物浓度，可以替代后续赤藓糖醇发酵过程中10-20％的酵母浸出物添加量，从而有效节约原料成本。

本发明的又一具体实施方式中，制糖方法没有限制，如常用“双酶法”制糖工艺即可。

本发明的又一具体实施方式中，所述制糖工艺还包括采用双酶法制糖，将糖化结束的糖液进行脱色处理。

本发明的又一具体实施方式中，所述脱色可采用常用工业制糖脱色法，优选采用活性炭进行脱色。

本发明的又一具体实施方式中，所述赤藓糖醇发酵具体方法为：收集淀粉糖化液为原料，添加辅料及营养盐配成赤藓糖醇发酵培养基，控制葡萄糖起始浓度为260～300g/L，培养基灭菌后接入菌种进行赤藓糖醇发酵，葡萄糖浓度降至0.1g/L以下时结束发酵，收集发酵液。

本发明的又一具体实施方式中，所述菌种为解脂耶氏酵母，解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)是一种需氧的、无致病性的二型性非常规酵母，其可利用葡萄糖生产赤藓糖醇。

本发明的又一具体实施方式中，上述谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法还包括对赤藓糖醇的提取纯化；具体的，所述提取纯化方法包括：将收集到的赤藓糖醇发酵液，过滤除菌，收集透过液，过滤清液浓缩、结晶、溶晶脱色、重结晶、离心分离、干燥即获得赤藓糖醇成品。具体提取纯化方法亦可参考CN200710115541.9进行。

本发明的又一具体实施方式中，提供上述谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法制备得到的赤藓糖醇和/或谷朊粉。

以下通过实施例对本发明做进一步解释说明，但不构成对本发明的限制。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实验室实验

实验材料

小麦淀粉浆：由谷朊粉生产厂家提供，为了避免淀粉浆变质造成实验结果偏差，实施例所用淀粉浆皆为新分离淀粉浆。

赤藓糖醇发酵菌株：解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)。

实验方法

(1)小麦淀粉分离精制：通过离心机转速控制淀粉分级：取谷朊粉生产过程中产生的新鲜小麦淀粉浆(浓度10Bé)，用离心机离心(转速800～2000rpm，离心时间2秒～1分钟)，然后移去上层清液和流动性粉浆部分，收集底层较致密沉淀部分，将沉淀部分加水悬浮洗涤，至离心上清液可溶性固形物至0～0.5％，收集沉淀部分淀粉用于淀粉糖液制备。

(2)赤藓糖醇发酵用糖液的制备：将分离洗涤后的淀粉加水调浆，调整淀粉浆浓度16～17Bé左右，根据淀粉总量计算加入适量淀粉酶进行双酶法制糖(酶制剂加量按照生产厂商推荐量添加)，糖化结束后将糖液按常规进行活性炭脱色，脱色后的糖液通过加水或浓缩将葡萄糖浓度调整为260-300g/L，然后可直接用于赤藓糖醇发酵培养基配制。

(4)赤藓糖醇发酵：取淀粉糖液，按照赤藓糖醇发酵培养基需求加入酵母浸出物等有机氮源以及其他营养盐成分配成赤藓糖醇发酵培养基，控制葡萄糖浓度为260-300g/L。对照实验采用口服葡萄糖或玉米淀粉糖液配制。培养基经灭菌后接入菌种进行赤藓糖醇发酵。

摇瓶发酵：500ml三角瓶装液量50ml，接种量5％，在最佳培养条件下培养4-5天。

发酵罐发酵：发酵采用实验室规模(5-50L)发酵罐，发酵过程中根据需求控制适当的温度、pH和相对溶解氧浓度。发酵至残留葡萄糖降至0.1g/L以下结束发酵。

(5)赤藓糖醇提取：收集的赤藓糖醇发酵液，陶瓷膜过滤除菌，收集透过液经纳滤、离子交换等净化，净化后的料液经浓缩、一次结晶、离心分离晶体(一次结晶产品)，一次结晶产品再经溶晶、脱色、重结晶、离心分离、干燥获得赤藓糖醇成品。

分析方法：

实验室离心上清液固形物测定：淀粉浆离心移去上层清液和流动性粉浆部分后，加入水至原体积的1/2，将沉淀淀粉重新悬浮均匀，然后再通过离心分层，用手持糖量计测定上清液可溶物浓度。

淀粉含量测定：参考GB5009.9-2016食品安全标准食品中淀粉的测定

葡萄糖测定：采用SBA-40D生物传感分析仪进行测定。

赤藓糖醇含量HPLC测定：发酵液经净化后适当稀释后进样。标准样品配制成10-20g/L溶液。

色谱柱：HPX-87H。

检测器：示差检测器。

流动相：0.005M硫酸。

分析条件：流速0.6ml/min，柱温箱温度35℃。

实施例1离心转速和时间对小麦淀粉分离比例的影响

采用上文所述小麦淀粉分离精制方法，通过控制离心机转速和时间来控制小麦淀粉浆分离优质淀粉的比例，并将收集淀粉洗涤至上清可溶性固形物含量接近0。不同离心转速获得的分离淀粉占总淀粉比例见表1。

表1离心转速和时间对淀粉分离比例影响

实施例2小麦淀粉分离比例对淀粉制糖及赤藓糖醇发酵的影响

将实施例1分离精制后的淀粉采用双酶制糖工艺制备淀粉糖液，研究发现不同的淀粉分离比对淀粉的液化、糖化效果和糖化速度没有观察到明显的区别，但不同分离比对糖化液的过滤速率有影响，特别是分离比例达到80％以上，糖液过滤速度明显变慢，糖液透明度下降。将上述糖液进行赤藓糖醇发酵摇瓶发酵实验，结果显示，淀粉分离比在60％以下，小麦淀粉糖液发酵速度与葡萄糖和玉米淀粉糖液相似，发酵液中赤藓糖醇纯度、产量与玉米淀粉糖液相当，略低于葡萄糖。当分离比例达80％以上，赤藓糖醇发酵纯度明显降低。小麦淀粉分离比例对淀粉制糖及赤藓糖醇发酵的影响结果见表2

表2小麦淀粉分离比例对淀粉制糖及赤藓糖醇发酵的影响

实施例3洗涤程度对小麦淀粉赤藓糖醇发酵的影响

从上述离心分离实验结果可知采用1000rpm的离心转速可实现约50％小麦淀粉分离比例，本实施例用1000rpm的离心转速对小麦淀粉浆进行分离，考察淀粉洗涤程度对淀粉后续制糖和赤藓糖醇发酵的影响。实验采用摇瓶发酵，控制适当的培养时间，可以通过对发酵残糖测定间接考察各组实验的发酵速度。实验结果见表3。实验结果显示，淀粉中保留部分小麦淀粉浆液可溶性成分，有利于赤藓糖醇发酵菌株菌体生长，缩短发酵周期。在此基础上，实验又进一步考察了淀粉中保留部分小麦淀粉浆可溶性成分替代部分有机氮源的可能性。发酵结果显示，控制淀粉洗涤上清液可溶物浓度，可以替代10-20％的酵母浸出物添加量，而对赤藓糖醇生产速率、转化率等技术指标没有显著影响。

表3淀粉洗涤对赤藓糖醇发酵的影响

实施例4放大实验

(1)淀粉分离：谷朊粉生产过程中产生的新鲜小麦淀粉浆，浓度10Bé，用碟片离心机进行连续离心分离，共处理淀粉浆10m³，收集重相淀粉浆2.3m³，浓度20Bé，淀粉总量为0.9t，占原小麦淀粉浆总淀粉的50％；

(2)淀粉洗涤：步骤(1)收集的淀粉浆加水调浆至浓度为12Bé，调浆后的淀粉乳泵入旋流器进行洗涤，收集底流淀粉乳2m³，浓度为20Bé，含淀粉0.83t，淀粉浆清液中固形物含量0.2％；

(3)淀粉制糖：步骤(2)收集的淀粉乳加水调浆至17Bé，调节淀粉乳pH＝6.50，添加2.0kg液化酶进行喷射液化，100～102℃、维持40～45min进行液化(或参照酶制剂说明书)，液化完成后降温至60℃，调整物料pH＝4.40，添加2.0kg(或参照酶制剂说明书)糖化酶(诺维信Dextrozyme High DX)，60℃保温、间歇搅拌糖化30h至DE值不再增加。将糖化液加热至70℃、添加8kg粉末活性炭脱色30min，然后经板框过滤获得淀粉水解糖清液2.6m³，葡萄糖含量316g/L；

(4)赤藓糖醇发酵：步骤(3)收集的糖化清液装入发酵罐中，加水、辅料以及营养盐配成赤藓糖醇发酵培养基，控制葡萄糖浓度为300g/L，培养基灭菌后接入菌种进行赤藓糖醇发酵，发酵94h葡萄糖消耗至0.06g/L，结束发酵，收集发酵液，赤藓糖醇产率为163g/L；发酵液HPLC分析显示赤藓糖醇峰面积占总峰面积93.5％(附图1)；

(5)赤藓糖醇提取：步骤(4)收集的赤藓糖醇发酵液，采用陶瓷膜过滤除菌，收集透过液，过滤清液经浓缩、结晶、溶晶脱色、重结晶、离心分离、干燥获得赤藓糖醇成品。

实施例5葡萄糖原料赤藓糖醇发酵

(1)培养基配制：称取结晶葡萄糖，加水溶解，按照需求加入酵母浸出物等有机氮源以及其他营养盐成分配成赤藓糖醇发酵培养基，控制葡萄糖浓度为300g/L。

(2)赤藓糖醇发酵：培养基经灭菌后接入菌种进行赤藓糖醇发酵，发酵98h葡萄糖消耗至0.02g/L，结束发酵，收集发酵液，赤藓糖醇产率为165g/L。发酵液HPLC分析显示赤藓糖醇峰面积占总峰面积95％(附图2)；

(2)赤藓糖醇提取：收集的赤藓糖醇发酵液，采用陶瓷膜过滤除菌，收集透过液，过滤清液经浓缩、结晶、溶晶脱色、重结晶、离心分离、干燥获得赤藓糖醇成品。

应注意的是，以上实例仅用于说明本发明的技术方案而非对其进行限制。尽管参照所给出的实例对本发明进行了详细说明，但是本领域的普通技术人员可根据需要对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法，其特征在于，所述工艺方法包括：将谷朊粉生产过程中产生的小麦淀粉浆进行离心分离、洗涤、制糖得淀粉糖化液，以淀粉糖化液作为培养基原料，制备赤藓糖醇发酵培养基，接种菌种进行赤藓糖醇发酵；

所述离心分离具体方法为：通过离心分离，收集离心分离淀粉；控制离心分离淀粉量占淀粉浆中总淀粉质量百分比的40～60％；调浆后淀粉乳清液可溶性固形物浓度为0.15-0.5％。

2.如权利要求1所述的谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法，其特征在于，所述洗涤具体方法为：收集离心分离淀粉加水调节淀粉浓度，然后进行淀粉乳洗涤，收集底流淀粉乳。

3.如权利要求1所述的谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法，其特征在于，调浆后淀粉浆浓度为8～12Bé。

4.如权利要求2所述的谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法，其特征在于，

控制淀粉乳浓度为18～20Bé。

5.如权利要求1所述的谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法，其特征在于，所述制糖工艺还包括采用双酶法制糖，将糖化结束的糖液进行脱色处理。

6.如权利要求5所述的谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法，其特征在于，所述脱色采用常用工业制糖脱色法。

7.如权利要求6所述的谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法，其特征在于，采用活性炭进行脱色。

8.如权利要求1所述的谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法，其特征在于，所述赤藓糖醇发酵具体方法为：收集淀粉糖化液为原料，添加辅料及营养盐配成赤藓糖醇发酵培养基，控制葡萄糖起始浓度为260～300g/L，培养基灭菌后接入菌种进行赤藓糖醇发酵，葡萄糖浓度降至0.1g/L以下时结束发酵，收集发酵液。

9.如权利要求7所述的谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法，其特征在于，所述菌种为解脂耶氏酵母。

10.如权利要求1所述的谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法，其特征在于，谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法还包括对赤藓糖醇的提取纯化。

11.如权利要求10所述的谷朊粉生产联产小麦淀粉生产赤藓糖醇的工艺方法，其特征在于，所述提取纯化方法包括：将收集到的赤藓糖醇发酵液，过滤除菌，收集透过液，过滤清液浓缩、结晶、溶晶脱色、重结晶、离心分离、干燥即获得赤藓糖醇成品。

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