CN1280196A - 包括用转谷氨酰胺酶处理谷物粉物料的糖的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种用少量洗涤水分离和生产淀粉、糖、如谷蛋白的蛋白质的方法,它具有优良的分离效率并且每一组分的总产率高。本发明涉及一种由谷物粉物料生产糖的方法,包括用转谷氨酰胺酶处理谷物粉物料,然后用淀粉液化酶和淀粉糖化酶处理,分离出蛋白质并收集所得糖。

Description

包括用转谷氨酰胺酶处理 谷物粉物料的糖的生产方法

本发明涉及例如谷蛋白的蛋白质、淀粉和糖的生产方法，包括用转谷氨酰胺酶处理例如面粉的谷物粉物料。

传统上已通过各种方法如Martin法和Batter法将例如面粉的谷物粉物料中所含的淀粉、糖和例如谷蛋白的蛋白质分离。

这些已有方法大致由以下组成：步骤1)将面粉与水混合并捏合该混合物，步骤2)洗涤所得面团或面糊并分离淀粉组分和蛋白质组分，和步骤3)提纯并干燥所分离的组分。

在捏合方法中，例如面粉的谷物粉与50—70％的水混合并轻轻捏合。为了使谷蛋白容易形成同时提高洗涤和分离淀粉和蛋白质组分的效率，通常在添加盐或盐卤之后需要“防止干燥”至少约1小时。

转谷氨酰胺酶是催化肽链中谷氨酰胺残基上γ—羧酰胺基团的酰基转移反应的酶。当蛋白质中赖氨酸上的ε—氨基起酰基受体作用时，在蛋白质分子内和之间将形成ε—(γ—谷氨酸)赖氨酸键。

利用转谷氨酰胺酶的上述特征，人们已在食品工业中进行各种尝试。

JP—平07—241168A公开了一种例如豆腐的蛋白凝胶的生产方法，包括将转谷氨酰胺酶添加到含水蛋白溶液中。

JP—平07—285995A公开了一种方法，包括用转谷氨酰胺酶聚集含水蛋白溶液中的蛋白组分并通过过滤、离心分离等方法移去聚集的蛋白质。在该方法中待分离和移去的蛋白组分是将造成含水酵母浸出物中酵母气味的物质，或者是来自肉或鱼加工厂废液中所含并将造成环境污染的物质。因此为了质量控制、废液处理等目的，希望将这些物质作为不必要的物质明确地从最终产品或加工系统中除去。在这些实例中，在含水蛋白溶液中该固体蛋白组分的量至多到2．5wt％。

因此，利用转谷氨酰胺酶的特征，人们已改性和变性各种食品和其物料，从而得到具有良好蛋白凝胶形成能力、粘度、持水能力等的改性淀粉。

例如，JP—平10—155438A公开了在生产来自谷粒物料的谷物粉的过程中在(1)调节步骤和／或(2)研磨步骤中使用转谷氨酰胺酶处理获得的改性淀粉。该改性淀粉的特征在于在生产例如小麦粉的谷物粉的研磨过程中使用转谷氨酰胺酶处理的特定生产。

JP—平10—56948A公开了用酶处理面粉的已有方法和一种改性处理方法，该方法包括将酶(例如转谷氨酰胺酶)溶液喷到面粉上，均匀混合进行酶反应，加热停止酶反应并干燥所处理的面粉，接着研磨。

而且，US5279839公开了一种用转谷氨酰胺酶处理由例如面粉的谷物粉制成的面团以改善其抗拉伸性能。

但是，所有上述已有技术都涉及用转谷氨酰胺酶处理例如面粉的谷物粉，仅仅为了改进谷物粉自身的特性，并最终改善由这些改进谷物粉生产的各种加工谷物食品的口感。

如上所述，在现有技术中已通过洗涤捏合过程中制得的面团，从而将淀粉、糖、例如谷蛋白的蛋白质等分离。在这些已有方法中，该面团是通过添加更多的水如谷物粉的50wt％或更多的水获得的，主要由于例如谷蛋白的蛋白质，因此该面团显示出强的粘合性能。

结果，例如面粉的该谷物原料必需用5或6倍面粉量的大量水洗涤，同时在具有双螺杆传送带结构的洗涤设备中逐渐移动该物料。或者，在添加水之后必需采用多步骤使用振动筛等将淀粉和例如谷蛋白的蛋白质分离。在这两种情况下，需要大量水，例如为了生产1吨淀粉将消耗约30吨水。

这些处理中的水含有大量水溶性组分，并且是高负荷工业废水的主要来源之一。

因此，人们需要在淀粉、糖、例如谷蛋白的蛋白质等的分离和提纯方法中的上述洗涤过程中降低用水量，从而增加上述方法中的过程和步骤的效率，并提高每一组分的总产率。从环境角度出发也需要降低工业废水量。

因此本发明的目的是提供一种使用少量洗涤水分离和生产淀粉、糖、例如谷蛋白的蛋白质等的方法，它具有优良的分离效率并且每一组分的总产率高。

在第一方面，本发明涉及一种由谷物粉物料生产糖的方法，包括用转谷氨酰胺酶处理谷物粉物料，然后用淀粉液化酶和淀粉糖化酶处理，分离出蛋白质并收集所得糖。

在本说明书中的“糖”可以包括任意种类的糖，例如多、低聚—、单—、同—和杂—糖类。

在本方法中，物料经淀粉液化酶处理之后，可以将含低聚糖的所得液化液体(浆状)分离并用淀粉糖化酶处理从而得到单糖。或者，物料用淀粉糖化酶处理之后，可以将含单糖的所得糖化液分离。

在本方法中单糖或低聚糖的分离可以采用本领域已知的常规方式进行，希望在70—100℃，优选85—95℃，pH7或更少，优选pH6或更少下进行。

可以将淀粉液化和／或糖化酶与转谷氨酰胺酶同时添加到谷物粉物料中，或者在添加转谷氨酰胺酶之后单独添加。

例如，在将转谷氨酰胺酶和淀粉液化酶一起喷在谷物粉物料之后，加热进行转谷氨酰胺反应，可以添加热水引发淀粉液化反应，接着分离所得低聚糖和蛋白质。

在另一方式中，谷物粉物料用转谷氨酰胺酶处理之后，首先从成粒谷物中分离出淀粉，然后将所分离的淀粉用淀粉液化和糖化酶处理从而收集糖。

在第二方面，本发明涉及一种生产淀粉的方法，包括用转谷氨酰胺酶处理谷物粉，分离并收集淀粉。

可以根据现有方法收集本发明中所分离的乳状淀粉。例如，选择性地使用振动筛、高速离心筛等将例如红饼(red cake)和白饼(white cake)的污染物分离和除去，并用例如喷嘴型离心机的适宜设备洗涤淀粉粒并浓缩。可以根据比重的不同采用滗析器将淀粉粒进一步分离，脱水并干燥，最后提纯。

在第三方面，本发明涉及一种生产蛋白质的方法，包括用转谷氨酰胺酶处理谷物粉物料，分离并收集蛋白质。

蛋白质是在根据本发明的第一和第二方面分离和收集糖或淀粉之后作为剩余部分获得的。

尽管不受任何理论的约束，但是应认为根据本发明ε—(γ—谷氨酸)赖氨酸键将在面粉中例如谷蛋白的蛋白质粒子之间形成，即在位于彼此附近的谷氨酰胺残基的γ—羧酰胺基团和赖氨酸残基的ε—氨基之间形成。结果，例如谷蛋白的蛋白质特征性的粘合性能将丧失，谷物粉物料整个将变成沙粒。同样应认为例如淀粉的其它组分将附着在因此形成的粒子空穴中或其表面上。

由于所得成粒谷物粉整个丧失了在传统面团中所形成的粘合性能，因此通过下面的水解获得的淀粉和例如低聚糖和葡萄糖的糖将非常有效地与蛋白质分离。

可以根据例如洗选法的现有技术从成粒谷物粉分离和收集淀粉或糖。如上所述，由于用本发明的转谷氨酰胺酶的处理将丧失例如谷蛋白的蛋白质特征性的粘合性能，因此谷物粉物料整个将变成沙粒，本发明的分离效率将比传统方法中的高得多。

例如，附着在蛋白质粒子的空穴中或其表面上的淀粉或糖将简单地通过与少量水混合并经过例如振动器、小的摆动装置等的任意适宜装置从而非常容易地与蛋白质分离。

根据本发明，主要来自蛋白质的含氮组分漏入液化或糖化液中的百分比比现有技术中的低。而且非常容易收集剩余蛋白质。因此，在本发明中所需水的量比现有技术中所需的少得多。

此外，在本发明的处理系统中由三级面粉、麸皮、豆乳饼等产生的适量纤维的存在可以改善分离效率。

下面将更详细地描述本发明。

本发明所用的谷物粉物料是采用常规方法由小麦、大麦、黑麦、燕麦、玉米、大米、荞麦、普通小米、例如大豆的豆类和例如甘薯的薯类生产的。对它们的质量、大小、级别等没有具体的限制。也可以将除去任意特定部分的谷物和豆类用于本发明。

当使用具有大量纤维的谷物粉物料如木薯片和甘薯时，可能大大影响本发明的优点。因此优选使用含0．1wt％或更多纤维的谷物粉物料。

在谷物粉物料中可以含任意添加剂。但是，蛋白组分已经过热变性，例如在谷蛋白的变性点(85℃)下，处理的谷物粉物料不能用于本发明，这是因为这类已变性的蛋白质用转谷氨酰胺酶处理无效。

优选在存在自由水以提供转谷氨酰胺酶能够起作用的环境下使用转谷氨酰胺酶处理谷物粉物料。因此，希望每100g物料存在20—100cc，优选30—50cc的水的情况下进行酶反应。在这些条件下，谷物粉物料将变成沙粒，这使下面的加工更容易。可以在更多水存在下进行酶反应，但是，这将使谷物粉物料成面团状。在这种情况下，需要另一成粒方法。对所得粒子的大小、分布和形状没有限制，但是，选择性地可以由本领域技术人员决定，这取决于水的量、成粒程度等。粒径通常为0．1—3mm。

转谷氨酰胺酶处理的条件如酶的量、反应温度和时间等可以由本领域技术人员决定，这取决于谷物粉物料的种类、转谷氨酰胺酶的最佳温度(50℃)、转谷氨酰胺酶产物的种类和本发明的其它因素。按如下进行处理：每100g谷物粉物料优选用1—100U，更优选用10—50U的转谷氨酰胺酶，优选在pH5—8，更优选pH 5．5—6．5，优选20min—12hrs，更优选30—60min，优选在20—70℃，更优选在30—60℃。

转谷氨酰胺酶的活性单位“U”定义如下。

将苄氧基甲基—L—谷氨酰胺基甘氨酸和羟胺作为底物反应产生异羟肟酸，然后在有三氯醋酸的情况下在pH6．0、37℃下将其转变成其离子络合物(异羟肟酸盐)，接着在525nm下测定吸光度。一单位(U)定义为在上述反应中每分钟产生1μmol异羟肟酸盐的酶的量。上述测定方法的详细情况可以参考JP—昭64—27471A。

可以将本领域中已知的任意转谷氨酰胺酶用于本发明中。

转谷氨酰胺酶为钙依赖型或非钙依赖型。可以将来自微生物的转谷氨酰胺酶(JP—昭64—27471A)列为前者的例子之一。另一方面，可以将来自天竺鼠肝的转谷氨酰胺酶(JP—平01—50382A)、来自动物也称之为“第八因子”的转谷氨酰胺酶、以及来自鱼的转谷氨酰胺酶列为后者的例子。

优选使用可容易商购获得的酶产物如“Activa”(商品名，由Ajinomoto Co．，Inc．生产)。

根据本发明的淀粉液化酶意思是α—淀粉酶(α—1，4—葡聚糖—4—葡聚糖水合酶)，也将它称作“液化型淀粉酶”或“糊精化淀粉酶”。该酶水解糊化淀粉(直链淀粉和支链淀粉)中的α—1，4键或者在任意位置水解糖原，从而产生可溶性糊精、β—有限的糊精、低聚糖、以及少量麦芽糖和葡萄糖，同时大大降低反应混合物的粘度。

根据本发明的淀粉糖化酶意思是外—1，4—α—葡糖苷酶或葡糖淀粉酶。该酶将淀粉或低聚糖中非还原端的α—1，4键水解成葡萄糖单元。该酶也在分支点对α—1，6键起作用，以便它将淀粉和糊精完全水解成葡萄糖。

淀粉液化酶包括来自细菌的“KLEISTASE F—5”、“KLEISTASE T—5”(商品名，由Daiwa Kasei Co．生产)、来自细菌的“Amylase AH[321](商品名，由Amano Pharmaceutical Co．生产)。

淀粉糖化酶包括来自霉菌的″Gluczyme F—6″、″Gluczyme NL4．2″(商品名，由Amano Pharmaceutical Co．生产)、来自霉菌的“Daizyme”(商品名，由DaiwaKasei Co．生产)。

淀粉液化或糖化酶的活性单位“U”定义如下。一单位(U)分别被定义为每分钟降低1％淀粉蓝色值的淀粉液化酶的量，和每分钟产生10mg葡萄糖的淀粉糖化酶的量。

本发明中所用的淀粉液化和／或糖化酶的量和比例可以选择性地由本领域技术人员来决定，取决于谷物粉物料的种类和所使用的酶制品，以及本发明的其它因素。每100g谷物粉物料优选使用500—3500U，更优选使用700—1500U的淀粉液化酶。每100g谷物粉物料优选使用100—600U，更优选使用250—400U的淀粉糖化酶。

用上述酶处理的温度、pH和时间由本领域技术人员来决定，取决于谷物粉物料的种类、它们的最佳温度、所用酶制品的种类和本发明的其它因素。

优选在pH4—8，更优选在pH5．5—6．5，优选在80—100℃，更优选在90—98℃下用淀粉液化酶处理，优选10—60min，更优选20—30min。

优选在pH3—7，更优选在pH4．0—5．5，优选在30—80℃，更优选在55—65℃下用淀粉糖化酶处理，优选10—50hrs，更优选20—40hrs。

根据本发明，对用上述酶处理谷物粉物料的方法和步骤没有具体的限制。可以选择性地通过本领域中的任意已知方法进行该处理，这取决于本发明的条件和目的。

通常，可以将转谷氨酰胺酶和其与淀粉液化和／或糖化酶的混合物(如果必要的话)以溶液添加，这样不必向反应系统补充水。在这种情况下，可以根据上述水和酶的需要量决定溶液中酶的浓度。

或者，如JP—平10—56948A中所述，可以将转谷氨酰胺酶溶液喷在谷物粉物料上并与其均匀混合。尽管为了终止该酶反应不必通过加热变性，但是可以将用转谷氨酰胺酶处理的谷物粉物料加热干燥用于下面的步骤。

在本发明的第一方面，在将基本上不含蛋白质的淀粉从成粒谷物中分离出来之后，可以通过本领域中已知的任意方法用淀粉液化和／或糖化酶处理已分离的淀粉，从而得到糖。

例如，根据任意已知方法分离和提纯淀粉之后，考虑到蒸发和浓缩、以及混合和运输的成本，可以制成具有30—45％淀粉的浆液，然后用淀粉液化和／或糖化酶处理。

或者，根据JP—昭59—38A中所述的直接糖化方法，不使用完全分离和提纯的淀粉，可以用粗淀粉制成粗淀粉浆，并用淀粉液化酶处理，同时另外添加粗淀粉浆，最终得到含35％或更多淀粉且粘度低的浆液。可以将所得浆液通过本领域中已知的任意方法用淀粉液化和／或糖化酶处理以得到糖。

当按照JP—昭59—38A用上述酶进行处理时，优选使用粉末大小为100目或更小的淀粉，以便获得实用糖化比，例如95％或更多。但是，如果淀粉大小为200目或更小，由于粘度大大增加，因此制备淀粉浆液实际上是很困难的。

例如，将大小约为100目的淀粉与水混合得到含30—35g／dl淀粉的浆液，然后每1g上述浆液用50—100U的淀粉液化酶在低于其糊化点的温度下处理30—90min。当20—30min后浆液的粘度从400—600cp降到100cp时，再连续或分批添加淀粉。当添加淀粉时，必需保持浆液的粘度低于约3000cp，否则不可能搅拌该浆液。在淀粉液化酶处理下当浆液粘度最终降到约500cp或更少时，然后将该浆液经受传统的液化方法如糖化罐塔法(converter tower method)。

该“糖化罐塔法”意思是这样一种方法：其中将含淀粉液化酶的淀粉浆液通过细喷嘴喷雾并通过蒸汽立即加热到85—95℃(液化淀粉酶热稳定性的限制温度)。

前面已提到过，在本发明的第一方面，当淀粉液化酶和转谷氨酰胺酶同时添加到谷物粉物料中时，可以在上面温度范围内用热水有效地进行处理。然后通过任意已知方法收集所得低聚糖。

如果在低聚糖溶液中含有例如蛋白质的杂质，可以通过例如具有超级滗析器和离心的吊摆、和加压过滤的适宜方法分离和除去它们。

本发明还通过以下实施例更详细地加以说明，但这些实施例不构成对本发明范围的限制。

实施例1

将60g淀粉的三级净粉(clearflour)(100g)与400ml水混合，将所得混合物的pH调整到所需pH值。向每种混合物中添加所需量的转谷氨酰胺酶“Activa”(商品名，由Ajinomoto Co．，Inc．生产)，接着在50℃下反应30分钟。

在向反应混合物中添加淀粉液化酶(“KLEISTASET—5”，由DaiwaKasei Co．生产)(0．5ml：3050U)之后，在pH6．0和95℃下进行30分钟的液化反应，接着在85—95℃下借助小幅度摆动设备(“离心过滤器”由Sanyo Physical and ChemicalAppliances生产)分离所得低聚糖溶液。

在添加淀粉糖化酶“Gluczyme NL4．2”(由Amano Pharmaceutical Co．生产)(0．1ml∶420U)之后，在pH5．0和60℃下进行40小时的糖化反应，从而得到含葡萄糖的糖化液。

分析所得糖化液的组成(葡萄糖含量、干物质含量(DM)(wt％)、在总干物质中葡萄糖含量(DE)(wt％)、糖化液的回收比、和蛋白组分(N)漏入液化液中的比例)，并将结果总结于表1中。[表1]

Activa的添加量(wt％)	反应pH	蛋白组分(N)漏入液化液中的比例(％)	葡萄糖含量(g／dl)	(DM)(wt％)	(wt％)	糖化液的回收比(％)
							0．1	6．0	8．36	9．90	10．1	89．5	45．0
0．1	7．0	16．1	9．35	10．5	88．3	32．6
							0．1	8．0	29．8	9．05	13．5	65．2	23．3
0．01	5．0	24．5	10．8	11．1	79．5	37．8
							0．01	6．0	15．1	9．60	11．4	81．1	38．1
0．01	7．0	14．4	9．20	10．9	81．3	30．7
							0．01	8．0	25．4	8．60	12．5	66．7	24．5
0．001	6．0	19．3	9．60	11．1	79．9	37．8
							0．001	7．0	19．8	9．50	11．3	79．8	28．8
0．001	8．0	53．4	9．60	15．5	58．9	26．2
							0	6．0	23．8	9．70	11．7	80．2	36．7
0	7．0	22．6	8．95	12．7	76．9	27．1
							0	8．0	53．6	8．70	16．5	57．0	24．0

上述结果显示出，用转谷氨酰胺酶的处理降低了蛋白组分(N)漏入液化液的比例。换句话说，它提高了糖和蛋白质之间的分离效率。还显示出当在pH6下进行处理时上述分离效率大大提高。实施例2

将不同种类的谷物粉物料与400ml水混合，将每种所得混合物调整到pH6。将转谷氨酰胺酶(100U)“Activa”(商品名，由匀Ajinomoto Co．，Inc．生产)添加其中至最终浓度为0．1wt％，接着在50℃下反应30分钟。

在与实施例1中相同的条件下进行液化和糖化反应以获得含葡萄糖的糖化液。

分析所得糖化液的组成(葡萄糖含量、干物质含量(DM)(wt％)、在总干物质中葡萄糖含量(DE)(wt％)、糖化液的回收比、和蛋白组分(N)漏入液化液中的比例)，并将结果总结于表2中。[表2]

谷物粉	添加Activa	所得糖化液的组成			糖化液的回收比(％)	蛋白组分(N)漏入液化液中的比例(％)
							葡萄糖含量(g/m)	(DM)(wt％)	(DE)(wt％)
		木薯片	无	16.3						17.4	91.0	69.6	53.6
有	16.8				16.9	91.1	78.2	37.9
			西米片	无					17.3	16.8	97.2	83.0	32.4
有	17.3	16.8			97.4	85.8	30.7
				玉米				无	11.3	19.8	52.1	50.0	32.9
有	11.6	20.3	53.0		50.7	27.4
							甘薯	无	22.2	17.3	59.9	40.0	44.2
有	22.5	18.0	68.1	56.0	28.5
						大米粉		无	18.1	16.8	97.1	70.1	20.1
有	18.6	16.9	98.0	78.2	18.5

上述结果显示出，就该实施例所用的任意谷物粉物料而言，用转谷氨酰胺酶的处理降低了蛋白组分(N)漏入液化液的比例。换句话说，它提高了糖和蛋白质之间的分离效率。

还显示出，就已知含有大量纤维的木薯片和甘薯而言，对上述优势的影响非常大。因此建议在本发明中优选使用含大量纤维，例如0．1wt％或更多的谷物粉物料。

表l和2中的值是按以下分析方法测定的。干物质含量(DM)(wt％)：

用1g样品浸湿一片滤纸，在真空下在60℃干燥4小时，并称重。总干物质中葡萄含量(DE)(wt％)：

(葡萄糖量(g))／(100ml×(比重)×DM)葡萄糖含量(g／dl)：

使用葡萄糖氧化酶法测定。糖化液的回收比：

(所分离和收集的糖化液中葡萄糖的量(g))／(所用淀粉量(g)×1．1)淀粉含量：

在沸水浴中将谷物粉物料(2．5g)用HCl(1．0N)处理2小时以将淀粉水解成葡萄糖。将该乳液的pH调整至7之后，通过上述葡萄糖氧化酶法(已知的AOAC法)测定淀粉含量。蛋白组分(N)漏入液化液中的比例：

((液化液中总氮含量(T-N)×100)／(1g谷物粉物料的(T—N)含量)蛋白质测定：

通过T—N／T—C分析仪(NC—800)(Sumitomo Chemicals Co．)测定样品中T—N含量。

Claims (6)

1．一种由谷物粉物料生产糖的方法，包括用转谷氨酰胺酶处理谷物粉物料，然后用淀粉液化酶和淀粉糖化酶处理，分离出蛋白质并收集所得糖。

2．根据权利要求1的方法，其中用淀粉液化酶处理物料之后，将含低聚糖的所得液化液分离并用淀粉糖化酶处理。

3．根据权利要求1的方法，其中在用淀粉糖化酶处理物料之后，将含单糖的所得糖化液分离。

4．根据权利要求1的方法，其中将转谷氨酰胺酶与淀粉液化酶一起添加。

5．根据权利要求1—4中任一权利要求的方法，其中在70—100℃和pH7或更低下分离糖。

6．根据权利要求1—5中任一权利要求的方法，其中使用含0．1wt％或更多纤维的谷物粉物料，并且糖为葡萄糖。