CN112063668B - 一种避免外源次生代谢产物生成的苦荞淀粉糖化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种避免外源次生代谢产物生成的苦荞淀粉糖化方法。该方法属于食品工程技术领域，包括以下步骤：(1)淀粉酶源辅料的制备；(2)苦荞面粉和大麦芽淀粉酶源辅料复配；(3)低温糖化；(4)高温糖化；(5)初级糖化液分离；(6)初级糖化固体产物的二次糖化；(7)高温水解；(8)二级糖化液分离；(9)糖化液调配。本发明采用植物源淀粉酶酶解结合高温水解技术糖化苦荞淀粉，高效生产葡萄糖、果糖及麦芽糖，高效糖化苦荞淀粉，为苦荞食品(啤酒或发酵饮品)的生产制备高品质甜味剂和可发酵糖类。
Description
技术领域
本发明涉及一种避免外源次生代谢产物生成的苦荞淀粉糖化方法，属于食品科学技术领域中的淀粉高品质和高效糖化技术范畴。
背景技术
苦荞是我国最古老的粮食作物之一，特别是在一些高寒山区，苦荞麦是居民赖以生存的主粮。苦荞含有高活性膳食纤维、淀粉、脂肪酸、生物类黄酮、高活性蛋白、矿物质等多种具有保健功能的营养物质，与燕麦、食用豆类、黑色米、小米、玉米、麦麸和米糠并称为当今八大保健食材。苦荞性平、寒，有益气力、续精神、利耳目、降气宽肠，健脾胃的功效。随着人民生活水平的提高，苦荞营养价值越来越受到大众的喜爱和重视。所以苦荞被广泛应用于酒(啤酒)、食醋、酱油等液体发酵食品的酿造。
在苦荞麦芽糖类食品和发酵食品开发的过程中，苦荞芽中的淀粉酶活性很弱，不能将其自身淀粉有地效糖化。所以微生物源淀粉酶和其他植物源淀粉酶是糖化苦荞淀粉的有效酶类。然而，采用微生物进行糖化时，糖化微生物所生产的次生代谢产物容易影响糖化物的品质，同时也会严重影响下游产品的口感和质量，例如苦荞啤酒及发酵饮品的生产。如果直接采用纯化后的微生物源淀粉酶则会大幅度增加生产成本投入，属于高成本生产方案。所以，采用植物源淀粉酶是提升糖化质量及有效降低生产陈本的重要策略。范冬雪等研究报道青稞麦芽粉中含有较高水平的高活性β-淀粉酶(范冬雪,李林林,张东,高昆,沈群.2014.淀粉酶水平与青稞全粉及青稞麦芽糖化力的相关性分析.食品科技,3(39):102-106)。此外，本发明人在研究禾本科作物种子芽苗淀粉酶活性的过程中发现：紫青稞芽粉中含有高活性的α-淀粉酶和β-淀粉酶，且β-淀粉酶活性超过α-淀粉酶活性5倍。并且研究得出：紫青稞芽粉α-淀粉酶活性与大麦芽粉α-淀粉酶活性相当。可见，紫青稞芽粉中具有较高活性的β-淀粉酶。因此，本发明采用大麦芽淀粉酶与紫青稞芽淀粉酶组合，协同高温水解高效地糖化苦荞淀粉，为苦荞食品加工提供高品质且低成本的糖化物原料。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种避免外源次生代谢产物生成的苦荞淀粉糖化方法，以解决传统生产方法中，使用纯化后的微生物源淀粉酶生产成本高，反应过程中产生次生代谢类物质影响风味的问题。
为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：
一种避免外源次生代谢产物生成的苦荞淀粉糖化方法，包括以下步骤：
(1)淀粉酶源辅料的制备：分别将发芽大麦和紫青稞清洗、干燥、粉碎磨面后备用；
(2)苦荞面粉和大麦芽淀粉酶源辅料复配：将苦荞粉和大麦芽粉按比例进行混合，充分搅拌均匀，备用；
(3)低温糖化：将饮用水加热到65℃，然后与步骤(2)中充分复配好的糖化原料按照质量体积比[m(kg):v(L)]为1:5的比例混合，搅拌均匀，之后保持60℃，30-50r/min的速度搅拌和糖化1小时；
(4)高温糖化：低温糖化后，采用与步骤(2)中相同的搅拌速度，将糖化体系反应温度迅速升高至70℃，继续糖化1小时；
(5)初级糖化液分离：高温水解完成后，采用小型工业碟式离心机对糖化体系进行固液分离，液体部分产物为苦荞糖化物，固体部分为未糖化完全的苦荞淀粉和少量纤维素类物质。
(6)初级糖化固体产物的二次糖化：将饮用水加热到65℃，然后先与紫青稞芽粉按照体积质量比为6:1的比例混合，迅速加入一份体积与体系中一份水的体积相当的初级糖化固体产物，搅拌均匀，之后采用与步骤(3)中相同方法低温糖化0.5小时，然后再采用与步骤(4)中相同的方法进行高温糖化0.5小时；
(7)高温水解：二级高温糖化完后，继续升高糖化灌内温度，待糖化体系沸腾并排除罐内冷空气，关闭排气阀，使罐内温度上升至110℃，保持110℃高温水解0.5小时，水解完后自然冷却至室温；
(8)二级糖化液分离：高温水解完成后，采用与步骤(5)中相同的方法进行二级糖化液分离。
(9)糖化液调配：将初级糖化和二级糖化所制备的液体部分合并，迅速将混合糖化液冷却至2～5℃，所得到的液体部分终产物为苦荞糖化物，其主要成分为麦芽糖、葡萄糖和果糖。
而植物源淀粉酶糖化产物则保持了原料的原始品味，不会有不愉快的次生代谢类物质产生。所以，植物源淀粉酶是能够保持原料原始风味的淀粉糖化方法。
然而，与用于糖化淀粉的真菌相比，植物源淀粉酶的糖化能力较弱。为了有效提高苦荞淀粉的糖化率，建立在采用其他植物淀粉酶糖化的基础上，本发明将高温水解有效地整合到了苦荞淀粉糖化工艺工程中。基于植物淀粉酶的高温酶解，升高糖化体系的温度，在一定压力的高温条件下，可以有效地促进寡糖和淀粉进一步水解成单糖和寡糖(麦芽糖)，有效地提高可发酵糖类的转化生成量。本发明利用大麦芽淀粉酶(以α-淀粉酶为主)和紫青稞芽淀粉酶(以β-淀粉酶为主)，结合相对高温高压水解，目的在于高效地生产苦荞源麦芽糖混合物。
进一步地，所述步骤(2)中大麦芽酶的制备方法为：将新大麦种子投入45℃温水中进行浸种，浸种过程中水温随着时间延长而降低至室温，浸泡8小时，然后放入发芽盘或发芽箱中进行萌发，定期浇水，保持大麦种子表面湿润，发芽环境温度控制在10～15℃范围内，待大麦芽长度达到麦粒本身长度的3～4倍，终止发芽，用清水将麦芽冲洗干净，之后用热风干燥箱进行麦芽干燥，先在70℃条件下干燥3小时，然后用60℃继续干燥12小时，干燥后粉碎磨面备用。
进一步地，所述步骤(2)中紫青稞芽酶的制备方法为：将新紫青稞种子投入40℃温水中进行浸种，浸种过程中水温随着时间延长而降低至室温，浸泡12小时，然后放入发芽盘或发芽箱中进行萌发，定期浇水，保持紫青稞种子表面湿润，发芽环境温度控制在10～15℃范围内，待紫青稞芽长度达到麦粒本身长度的4～5倍，终止发芽，用清水将紫青稞芽冲洗干净，之后用热风干燥箱进行干燥，采用60℃干燥20小时，干燥后粉碎磨面备用。
进一步地，所述步骤(2)中将苦荞粉和大麦芽酶按照质量比为65：35进行混合，充分搅拌均匀，备用。
本发明还提供了一种苦荞麦芽糖，由上述方法制备得到。
本发明提供了一种上述制备获得的苦荞麦芽糖在酿造苦荞啤酒中的应用。
本发明提供了一种上述制备获得的苦荞麦芽糖在生产苦荞醋饮料中的应用。本发明具有以下优点：
1.本发明最大的优点是：在高度保持苦荞淀粉糖化产物中糖类纯度的基础上，能够高效糖化苦荞淀粉。除了原料本身含有的营养物质，糖化过程中不产生类似微生物共培养糖化所产生的酸类、酯类、醛类等次生代谢物，糖化产物保持了苦荞麦芽糖的甜、香、色，并且淀粉糖化率能够达到80.0％～85.0％.
2.本发明采用大麦和紫青稞源植物淀粉酶，省略了采用微生物发酵制备和纯化淀粉酶的过程，在很大程度上节约了苦荞麦芽糖的生产成本，在苦荞食品领域具有很大的应用潜力。
具体实施方式
以下的实施例仅用于说明本发明，通过以下实施例可以更好地理解本发明，但不能理解为限制本发明。以下实施例中所用的耗材，如无特殊说明，均为常规材料；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述百分比，无特殊说明均为质量百分比。
实施例1
应用本发明高效糖化苦荞淀粉酿造苦荞啤酒，包括以下步骤：
(1)大麦芽酶的制备：将新大麦种子投入45℃温水中进行浸种，浸种过程中水温随着时间延长而降低至室温，浸泡8小时，然后放入发芽盘或发芽箱中进行萌发，定期浇水，保持大麦种子表面湿润，发芽环境温度控制在10～15℃范围内，待大麦芽长度达到麦粒本身长度的3～4倍，终止发芽，用清水将麦芽冲洗干净，之后用热风干燥箱进行麦芽干燥，先在70℃条件下干燥3小时，然后用60℃继续干燥12小时，干燥后粉碎磨面备用。
(2)紫青稞芽酶的制备：将新紫青稞种子投入40℃温水中进行浸种，浸种过程中水温随着时间延长而降低至室温，浸泡12小时，然后放入发芽盘或发芽箱中进行萌发，定期浇水，保持紫青稞种子表面湿润，发芽环境温度控制在10～15℃范围内，待紫青稞芽长度达到麦粒本身长度的4～5倍，终止发芽，用清水将紫青稞芽冲洗干净，之后用热风干燥箱进行干燥，采用60℃干燥20小时，干燥后粉碎磨面备用。
(3)苦荞面粉和大麦芽淀粉酶源辅料复配：将苦荞粉和大麦芽酶按照质量比为65：35进行混合，充分搅拌均匀，备用；
(4)低温糖化：将饮用水加热到65℃，然后与步骤(2)中充分复配好的糖化原料按照体积质量比[v(L):m(kg)]为5:1的比例混合，搅拌均匀，之后保持60℃，30-50r/min的速度搅拌和糖化1小时；
(5)高温糖化：低温糖化后，采用与步骤(2)中相同的搅拌速度，将糖化体系反应温度迅速升高至70℃，继续糖化1小时；
(6)初级糖化液分离：高温水解完成后，采用小型工业碟式离心机对糖化体系进行固液分离，液体部分产物为苦荞糖化物，固体部分为未糖化完全的苦荞淀粉和少量纤维素类物质。
(7)初级糖化固体产物的二次糖化：将饮用水加热到65℃，然后先与紫青稞芽粉按照体积质量比为6:1的比例混合，迅速加入一份体积与体系中一份水的体积相当的初级糖化固体产物，搅拌均匀，之后采用与步骤(3)中相同方法低温糖化0.5小时，然后再采用与步骤(4)中相同的方法进行高温糖化0.5小时；
(8)高温水解：二级高温糖化完后，继续升高糖化灌内温度，待糖化体系沸腾并排除罐内冷空气，关闭排气阀，使罐内温度上升至110℃，保持110℃高温水解0.5小时，水解完后自然冷却至室温；
(9)二级糖化液分离：高温水解完成后，采用与步骤(5)中相同的方法进行二级糖化液分离。
(10)糖化液调配：将初级糖化和二级糖化所制备的液体部分合并，迅速将混合糖化液冷却至2～5℃，所得到的液体部分终产物为苦荞糖化物，其主要成分为麦芽糖、葡萄糖和果糖。
(11)采用所制备的苦荞糖化液对已活化的啤酒酵母进行发酵种子培养：从平板上挑选单菌落接入50ml苦荞糖化液，10℃条件下厌氧培养，然后按照5％的接种量，采用相同培养条件对种子液进行厌氧扩大发酵培养(大体积种子液制备时转入相应规格菌种生产发酵罐)。
(12)将啤酒酵母种子液按照1％的接种量接入到装有苦荞糖化混合液的啤酒发酵罐中(提前将糖化液的温度调至9～11℃)，然后调节发酵温度至10℃进行初级发酵，2天进行一次混合搅拌，发酵3周。
(13)完成初级发酵后，升高发酵温度至15℃进行熟化发酵，每2进行一次混合搅拌，发酵1周。
(14)完成成熟发酵后，将发酵温度降至2～5℃，贮藏发酵2周，所得发酵液即为苦荞精酿啤酒。
应用本发明糖化苦荞淀粉所酿造的啤酒中不含除了酵母以外的外源微生物次生代谢产物，该苦荞啤酒高度保持了苦荞原料的芳香、微苦且回甘，其色泽黄绿清透，口感清凉爽口。
实施例2
应用本发明高效糖化苦荞淀粉发酵生产苦荞醋饮料，包括以下步骤：
(1)大麦芽酶的制备：将新大麦种子投入45℃温水中进行浸种，浸种过程中水温随着时间延长而降低至室温，浸泡8小时，然后放入发芽盘或发芽箱中进行萌发，定期浇水，保持大麦种子表面湿润，发芽环境温度控制在10～15℃范围内，待大麦芽长度达到麦粒本身长度的3～4倍，终止发芽，用清水将麦芽冲洗干净，之后用热风干燥箱进行麦芽干燥，先在70℃条件下干燥3小时，然后用60℃继续干燥12小时，干燥后粉碎磨面备用。
(2)紫青稞芽酶的制备：将新紫青稞种子投入40℃温水中进行浸种，浸种过程中水温随着时间延长而降低至室温，浸泡12小时，然后放入发芽盘或发芽箱中进行萌发，定期浇水，保持紫青稞种子表面湿润，发芽环境温度控制在10～15℃范围内，待紫青稞芽长度达到麦粒本身长度的4～5倍，终止发芽，用清水将紫青稞芽冲洗干净，之后用热风干燥箱进行干燥，采用60℃干燥20小时，干燥后粉碎磨面备用。
(3)苦荞面粉和大麦芽淀粉酶源辅料复配：将苦荞粉和大麦芽酶按照质量比为65：35进行混合，充分搅拌均匀，备用；
(4)低温糖化：将饮用水加热到65℃，然后与步骤(2)中充分复配好的糖化原料按照体积质量比[v(L):m(kg)]为5:1的比例混合，搅拌均匀，之后保持60℃，30-50r/min的速度搅拌和糖化1小时；
(5)高温糖化：低温糖化后，采用与步骤(2)中相同的搅拌速度，将糖化体系反应温度迅速升高至70℃，继续糖化1小时；
(6)初级糖化液分离：高温水解完成后，采用小型工业碟式离心机对糖化体系进行固液分离，液体部分产物为苦荞糖化物，固体部分为未糖化完全的苦荞淀粉和少量纤维素类物质。
(7)初级糖化固体产物的二次糖化：将饮用水加热到65℃，然后先与紫青稞芽粉按照体积质量比为6:1的比例混合，迅速加入一份体积与体系中一份水的体积相当的初级糖化固体产物，搅拌均匀，之后采用与步骤(3)中相同方法低温糖化0.5小时，然后再采用与步骤(4)中相同的方法进行高温糖化0.5小时；
(8)高温水解：二级高温糖化完后，继续升高糖化灌内温度，待糖化体系沸腾并排除罐内冷空气，关闭排气阀，使罐内温度上升至110℃，保持110℃高温水解0.5小时，水解完后自然冷却至室温；
(9)二级糖化液分离：高温水解完成后，采用与步骤(5)中相同的方法进行二级糖化液分离。
(10)糖化液调配：将初级糖化和二级糖化所制备的液体部分合并，迅速将混合糖化液冷却至2～5℃，所得到的液体部分终产物为苦荞糖化物，其主要成分为麦芽糖、葡萄糖和果糖。
(11)采用所制备的苦荞糖化液对已活化的醋酸菌进行发酵种子培养：从平板上挑选单菌落接入50ml苦荞糖化液，25℃条件下摇瓶培养，然后按照5％的接种量，采用相同培养条件对种子液进行有氧扩大发酵培养(大体积种子液制备时转入相应规格菌种生产发酵罐)。
(12)将醋酸菌种子液按照1％的接种量接入到装有苦荞糖化混合液的发酵坛中(调节糖化液的温度调至23～28℃)，然后调节发酵温度至25℃进行产醋发酵，每天进行一次混合搅拌，或者采用除菌鼓气系统输送空气进行鼓泡式发酵，发酵时间约为4周。
(13)完成产醋发酵后，降低发酵液温度至10～15℃，所得发酵液即为苦荞醋饮料原浆，然后过滤、澄清以及根据口味进行调味，最后灭菌和包装，所得产品即苦荞醋饮料。
应用本发明糖化苦荞淀粉发酵生产的苦荞原浆醋饮料清香爽口，色泽淡黄清亮，在保持苦荞本身风味和酿造所产生芳香的基础上，没有额外产生杂质和异味。根据实际需求对苦荞原浆醋饮料进行甜度和香味方面的调配，能够更加突出产品的色、香、味。
Claims (4)
1.一种避免外源次生代谢产物生成的苦荞淀粉糖化方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)淀粉酶源辅料的制备：分别将发芽大麦和紫青稞清洗、干燥、粉碎磨面后备用；
(2)苦荞面粉和大麦芽淀粉酶源辅料复配：将苦荞粉和大麦芽粉按比例进行混合，充分搅拌均匀，备用；
(3)低温糖化：将饮用水加热到65℃，然后与步骤(2)中充分复配好的糖化原料按照体积质量比[v(L):m(kg)]为5:1的比例混合，搅拌均匀，之后保持60℃，30-50r/min的速度搅拌和糖化1小时；
(4)高温糖化：低温糖化后，采用与步骤(2)中相同的搅拌速度，将糖化体系反应温度迅速升高至70℃，继续糖化1小时；
(5)初级糖化液分离：高温水解完成后，采用小型工业碟式离心机对糖化体系进行固液分离，液体部分产物为苦荞糖化物，固体部分为未糖化完全的苦荞淀粉和少量纤维素类物质;
(6)初级糖化固体产物的二次糖化：将饮用水加热到65℃，然后先与紫青稞芽粉按照体积质量比为6:1的比例混合，迅速加入一份体积与体系中一份水的体积相当的初级糖化固体产物，搅拌均匀，之后采用与步骤(3)中相同方法低温糖化0.5小时，然后再采用与步骤(4)中相同的方法进行高温糖化0.5小时；
(7)高温水解：二级高温糖化完后，继续升高糖化灌内温度，待糖化体系沸腾并排除罐内冷空气，关闭排气阀，使罐内温度上升至110℃，保持110℃高温水解0.5小时，水解完后自然冷却至室温；
(8)二级糖化液分离：高温水解完成后，采用与步骤(5)中相同的方法进行二级糖化液分离;
(9)糖化液调配：将初级糖化和二级糖化所制备的液体部分合并，迅速将混合糖化液冷却至2～5℃，所得到的液体部分终产物为液态的苦荞糖化物，其主要成分为麦芽糖、葡萄糖和果糖。
2.根据权利要求1所述的一种避免外源次生代谢产物生成的苦荞淀粉糖化方法，其特征在于，所述步骤(2)中大麦芽粉的制备方法为：将新大麦种子投入45℃温水中进行浸种，浸种过程中水温随着时间延长而降低至室温，浸泡8小时，然后放入发芽盘或发芽箱中进行萌发，定期浇水，保持大麦种子表面湿润，发芽环境温度控制在10～15℃范围内，待大麦芽长度达到麦粒本身长度的3～4倍，终止发芽，用清水将麦芽冲洗干净，之后用热风干燥箱进行麦芽干燥，先在70℃条件下干燥3小时，然后用60℃继续干燥12小时，干燥后粉碎磨面备用。
3.根据权利要求1所述的一种避免外源次生代谢产物生成的苦荞淀粉糖化方法，其特征在于，所述步骤(6)中紫青稞芽粉的制备方法为：将新紫青稞种子投入40℃温水中进行浸种，浸种过程中水温随着时间延长而降低至室温，浸泡12小时，然后放入发芽盘或发芽箱中进行萌发，定期浇水，保持紫青稞种子表面湿润，发芽环境温度控制在10～15℃范围内，待紫青稞芽长度达到麦粒本身长度的4～5倍，终止发芽，用清水将紫青稞芽冲洗干净，之后用热风干燥箱进行干燥，采用60℃干燥20小时，干燥后粉碎磨面备用。
4.根据权利要求1所述的一种避免外源次生代谢产物生成的苦荞淀粉糖化方法，其特征在于，所述步骤(2)中将苦荞粉和大麦芽粉按照质量比为65：35进行混合，充分搅拌均匀，备用。
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