KR100536900B1

KR100536900B1 - 옥수수 침지법 및 이로부터 제조된 환원당 함량이 낮은 침지수

Info

Publication number: KR100536900B1
Application number: KR10-2000-0018643A
Authority: KR
Inventors: 키서릭키디.; 두링
Original assignee: 콘 프로덕츠 인터내셔널 인코포레이티드
Priority date: 1999-04-12
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2005-12-19
Also published as: NZ502916A; DE60007682D1; ZA200001332B; JP2000312599A; CA2298905A1; EP1044988B1; KR20010014714A; CA2298905C; MY119961A; HU0001485D0; ES2216821T3; CN1274009A; AU767807B2; EP1044988A1; HUP0001485A2; AU2081000A; HUP0001485A3; CN1179049C; DE60007682T2; US6179926B1

Abstract

옥수수 침지방법은 신선한 침지수가 도입된지 4시간 후 내지 침지수가 옥수수로부터 분리되기 1시간 전에 약 4.2 내지 약 5.5로 pH를 조절한다. 이 방법은 전분 수율은 높고 환원당 함량은 낮은 침지수를 제공한다.

Description

옥수수 침지법 및 이로부터 제조된 환원당 함량이 낮은 침지수{PROCESS FOR STEEPING CORN AND STEEPWATER HAVING A LOW REDUCING SUGAR CONTENT MADE THEREFROM}

기술분야

본 발명은 옥수수로부터 산물을 분리하고 회수하기 위한 습식 제분공정의 개선에 관한 것이다. 더 구체적으로 말하자면, 본 발명은 전분의 수율을 높이는 향상된 제분능력 및 환원당 함량이 낮은 침지수를 생산하는 개선된 침지공정에 관한 것이다.

배경기술

통상적인 옥수수 가공에서, 옥수수 전체를 고온에서 및 장시간 동안 산 pH에서 이산화황을 함유하는 물에 침지한다. 침지 과정 동안, 가용성 물질은 옥수수로부터 침지수로 침지되어, 여기서 물내 존재하는 락트산 박테리아 때문에 발효하게 된다. 분리를 향상시키기 위해 침지시간, 이산화황 함량, 물 제거속도, 온도 등과 같은 변수가 사용된다. 결과 침지수는 발효배지로 사용되어서 효소, 약제 등과 같은 다양한 산물을 생산한다. 공정에서의 많은 변수 때문에, 시중의 옥수수 침지수의 질은 매우 다양하다. 미국 특허 RE 18,775에는 산성화된 물이 단일 침지탱크로 첨가되는 간단한 침지공정의 선행설명이 설명되어있다. 전분의 분리 뒤에, 물은 공정에 재사용된다. 미국 특허 제58,824호; 제1,655,395호 및 제1,960,985호에는 침지수를 공정으로 되돌리는 재순환을 포함하는 침지공정의 기타 선행설명이 발견된다.

삭제

미국 특허 제2,232,555호는 옥수수를 125℉ 내지 145℉의 온도에서 약 5 내지 15시간 동안 4.5 내지 6.89의 pH를 가지는 산성화된 물에 침지해서 수용성 탄화수소 또는 당을 상당량으로 함유하는 추출액을 제공하는 방법을 설명한다.

미국 특허 제4,359,528호는 아미노산 함량이 높은 침지수를 생산하고 페니실린의 생산에 유용한 방법을 설명한다. 이 방법은 사일로에 대해 저온을 사용하며 물 대 옥수수의 순환비를 높게 이용한다. pH가 3.95 내지 4.2로 기록되었다.

미국 특허 제4,980,282호는 침지수가 공정으로부터 분리되어서 생물량 및 적어도 약 3.5의 pH에서 40℃ 내지 약 48℃의 온도에서 처리하여 발생한 생물량을 발생시키기 위해 배양된다.

다양한 용도의 침지수를 생산하는 반면, 이제 전분의 수율을 높이면서 발효배지로 사용하기 위해 필요한 환원당 함량이 낮은 침지수를 제공하는 방법이 발견되었다.

발명의 요약

본 발명에 따라

(a)약 1000 내지 약 2200ppm의 이산화황을 함유하는 신선한 침지수를 옥수수에 도입하고;

(b)약 118℉ 내지 약 125℉의 온도에서 10시간 이상의 침지시간 동안 옥수수를 침지하며;

(c)옥수수 부셀 당 2 내지 4갤런의 비율로 옥수수로부터 침지수를 분리하며;

(d)신선한 침지수가 도입된지 약 4시간 후와 옥수수로부터 침지수를 분리하기 약 1시간 전 사이에 pH를 약 4.2 내지 약 5.5로 조절하며;

(e)약 10 내지 약 40시간 사이에 약 118℉ 내지 125℉의 온도에서 분리된 침지수를 유지한 다음;

(f)옥수수 침지수를 증발시킴을 포함하는 옥수수 침지수를 생산하기 위한 방법이 제공된다.

본 발명의 완전한 이해를 위해, 첨부된 도면과 함께 취해진 하기의 상세한 설명을 참조한다.

발명의 상세한 설명

공정을 실행하는 데 있어서, 사일로에 둔 옥수수를 약 1000 내지 약 2200ppm의 이산화황을 함유하는 침지수와 접촉시킨다. 옥수수는 약 118℉ 내지 약 125℉의 온도에서 10시간 이상 및 바람직하게는 약 20 내지 약 48시간 동안 침지한다. 침지는 도 1에서 보여지는 것처럼 배치공정으로 또는 연속적으로 실행된다. 연속적으로 실행될 경우, 신선한 침지수는 연결된 각 사일로로 연속적으로 도입된다.

통상적인 침지공정에서, pH는 3.8 내지 4.1이다. 본 발명의 방법에서 신선한 침지수를 초기에 도입한지 약 4시간 후 그리고 옥수수로부터 침지수를 분리하기 약 1시간 전 사이에 pH를 약 4.2 내지 약 5.5로 조절한 다음 분리된 침지수를 약 118℉ 내지 약 125℉의 온도에서 약 10 내지 약 40시간 동안 유지하는 것이 환원당 함량이 낮은 침지수를 제공한다는 것이 발견되었다. 이러한 특징으로 인해 침지수는 상업적으로 가치있게 된다. 게다가, 전분의 수율이 높으며, 발효급 침지수가 생산될 경우에 전분수율이 빈번하게 낮아진다는 점에서 다른 장점을 제공하는 것이다. 최종적으로, 침지수는 상업적 산물을 제공하기 위해 증발된다.

본 발명의 바람직한 양태에서, pH는 신선한 침지수가 도입된지 약 8시간 내지 약 16시간 사이에 조절된다.

pH 조절이 침지공정의 과정 중에 실행되는 반면, 본 발명의 기타 양태에서 침지수는 공정으로부터 회수될 수 있고, pH가 조절될 수 있고, 침지수는 공정으로 돌아갈 수 있다.

하기 실시예는 본 발명의 실행을 설명하기 위해 제공될 것이다.

실시예 1

깨끗한 황색 덴트종 no.2 옥수수의 침지는 두개의 동일한 침지사일로 세트(A 및 B 배터리)에서 하기에 설명된대로 상이한 조건에서 공장에서 실행된다. 이 배터리 중의 하나는 도 1에 나타내었고 다음을 포함한다.

여과 베이스 B를 가지고, 총 용적 67,800갤런이고, 각 직경은 18'인 스테인레스 스틸의 8개의 사일로 A1 내지 A8은;

사일로 자체로 또는 다른 사일로로의 물의 재순환을 보장하는, 주어진 사일로의 베이스와 그 사일로 자체의 헤드 및 다른 7개의 사일로의 헤드를 통상적인 배수 파이프(C2) 및 통상적인 충진 파이프(C3)를 통해 연결하는 파이프(11)가 장치되어 있고, 이 파이프는 또한 침지수를 주어진 시간에 도 1에 나타난 통상적인 파이프라인을 통해 보유탱크(나타내지 않음)로 운반하고,

옥수수를 옮기기 위한 하부밸브(14),

열교환기(16)에서 가열튜브를 통해 액체 플로우를 다른 사일로의 헤드로 조절하는 순환 펌프(P-1)를 가지는 튜브 및 쉘 열교환기(16),

각 사일로를 통상적인 배수라인(C2)으로부터 분리해서 배터리 외부로 물의 이동을 가능하게 하는, 파이프라인(11)에 위치한 물 배수밸브(V2)를 작동시키는 8개의 솔레노이드,

각 사일로를 통상적인 충진라인(C3)으로부터 분리해서 배터리 외부로 물의 이동을 가능하게 하는, 파이프라인(12)에 위치한 물 충진밸브(V1)를 작동시키는 8개의 솔레노이드,

24-40시간의 배양시간을 제공하기에 충분한 능력을 가지는 옥수수 분말 부셀 당 물 2-4갤런의 배치 드로우를 받고, 파이프(C2) 및 (11)를 통해 각 사일로와 연결되며, 사일로 사이에 물의 분리를 보장하는 밸브(V2)를 가지는 배양탱크(나타내지 않음)와 연결되는 배출 파이프(C1) 및 밸브(V3),

회수된 물을 대신하여, 밸브(V5) 및 (V1)를 열어서 배치로서 이산화황 수를 첨가하는, 1000-2200ppm으로 조절된 이산화황 수를 위한 유입 파이프(19),

동일한 사일로, 및 출발 펌프(P1)의 (V4)(V2) 및 (V1)을 열어서 (C2)로 알칼리를 첨가해서, pH를 4.2-5.5로 조절하기 위한 알칼리 첨가를 위한 유입 파이프(18), 이는 침지 사이클 동안 사일로에서 물의 pH를 조절하며,

물의 pH를 측정하기 위한 pH미터(Z-1)가 장치되어 있다; pH가 목적한 세팅점에 이르면 (Z-1)은 (V-4)를 닫는다.

사일로는 옥수수(M)로 충진되고 공정물은 침지 사일로를 통해 신선한 물과 접촉하는 오래된 옥수수와 함께 동시에 이동된다. 시스템에서, 옥수수는 침지 사일로로부터 침지 사일로로 이동하지 않는다; 다만 물이 사일로 사이로 접근한다. 배양 24 내지 40시간 후, 침지수는 증발기(나타내지 않음)로 이동하고 진공하, 85℃ 이하의 온도에서 50% 건중량으로 증발된다.

사일로의 두개의 동일한 세트는 118℉-125℉의 침지온도에서, 1000 내지 2200ppm의 이산화황 농도에서, 부셀 당 2.0 내지 4.0갤런의 침지수 드로속도로 작동된다. B-배터리는 대조샘플이고 A-배터리는 침지하는 동안 정해진 시간에 pH가 조절된다. 깨끗한 황색 덴트종 no.2 옥수수의 100그램 샘플이 1.2" 치즈클로스에 의해 1.2"로 봉합되고 사일로가 옥수수로 충진된 후 각 배터리의 각 사일로에 둔다. 치즈클로스의 옥수수 샘플은 각 배터리에서 침지된 옥수수와 동일한 침지조건에 직면한다. 침지 사이클 동안 정해진 시간 후에, 샘플을 각 배터리로부터 빼서 추가의 침지를 멈추도록 냉각하고, 문헌[참조: Cereal Chem. 70:732-727]에서 설명된 방법에 따라 제분도를 시험한다.

침지수 pH는 표 1에 지시된 것처럼 침지 사이클 동안 다양한 지점에서 A-배터리에서 4.6까지 조절되는 반면, B-배터리는 3.8 내지 4.1pH의 통상적인 pH조건으로 유지된다. 30% 수산화나트륨 용액의 첨가로 조절된다. 침지 사이클의 포인트는 이산화황 수가 유입 파이프(18)를 통해 침지공정으로 도입된지 8시간 후 내지 최종침지수 제거하기 1시간 전 pH가 다양하게 조절된다.

표 1은 침지공정 동안 다양한 시간에서 B-배터리 대조샘플과 A-배터리 샘플의 전분수율의 비교 결과를 나타낸다. 도 2의 이 데이타의 그래프는 pH조절 침지시간과 전분수율에 끼치는 영향 사이의 관계를 나타낸다. pH조절의 가장 효과적인 포인트는 이산화황 수가 침지공정으로 도입된지 8 내지 16시간 후, 두번째 조절은 배양탱크로 물이 이동하기 1시간 전임을 주지해야 한다.

옥수수의 전분수율, 중량%

침지시간 (시간^*)	(대조군) 0시간	8시간	12시간	16시간	18시간
12	-	59.48	62.31	61.37	-
16	59.46	62.25	64.92	63.93	62.56
20	63.21	62.18	66.18	64.64	62.93
24	64.60	64.63	67.01	65.16	60.83
28	65.95	-	68.15	-	-
^*이산화황 수가 침지로 도입된 후의 시간

실시예 2

1-갤런 샘플이, pH 조절이 이산화황 수가 침지수로 도입된지 8시간 후에 일어나는 A-배터리로부터의 최종 침지수 회수로 수득된다. 200ml 분획이 샘플로부터 취해지고 pH가 4.9 내지 5.0으로 조절되며 실험실에서 110℉ 내지 131℉의 다양한 온도 범위에서 배양된다. 환원당 함량은 문헌[참조: Corn Industries Research Foundation Division of Corn Refiners Association, Inc. Standard Analytical Method. Sixth Edition. D-52, J-58. Washington]을 사용해서 배양동안 시험된다. 이 방법은 샘플에서 환원당의 건량(dry substances)%로 측정한다.

도 3에 나타난 결과는 배양 사이클 동안 침지수에서 환원당의 감소를 나타낸다. 배양동안 115℉ 이하로 유지된 샘플은 발효 등급의 침지수를 생산하는 방법에 해로운 알콜발효의 지각상의 특징을 나타내기 시작했다. 게다가, 123℉ 이상의 온도에서 배양의 결과는 환원당의 충분한 감소가 이뤄지지 않았음을 나타낸다. 그러므로, 배양동안 침지수의 환원당의 양을 줄이기 위한, 이러한 결과를 기초로 한 최대 온도 한계는 약 118 내지 약 123℉일 것이다.

실시예 3

부가의 환원당 시험이 실험실 데이터를 확신하기 위해 공정 중에 실행된다. 표 2 및 도 4는 실제 침지공정 중에 일어나는 pH조절 전에 실제 환원당 함량의 결과 데이터를 나타낸다. 분획은 3달 6일 이상동안 회수된다. 결국, 환원당의 건량%는 10% 이상이고 평균 12% 이상이다. 이 수준은 효과적인 발효배지를 위해 일반적으로 필요한 허용될 수 있는 수준이다. 표 3 및 도 5는 침지공정에서 이산화황 수가 도입된지 8-16시간 후 pH가 4.5-4.8로 조절된 후 및 두번째 pH조절이 물이 배양기로 이동하기 1시간 전에 침지수에서 행해진 환원당의 실제%를 나타낸다. 모든 과정에서 침지수 온도는 118-123℉였다. 분획은 5달 이상 회수된다. 결과는 침지수

가 평균 5% 건량 이하의 환원당 함량을 가짐을 나타낸다.

침지수에서 pH가 조절되기 전 배양탱크(3)

날	%DE	Draw/Bu	SO₂
1	11.6	2.64
2	12.1	2.4
3	15.5	2.99
4	12.8	2.52
5	14.8	2.16
6	11.1	1.76
7	11.6	2.26
8	13.8	2.13
9	17.3	1.88
10	14	2.67
11	13.3	2.32
12	12.9	2.9	1500
13	11.3	3.03	1300
14	11.6	2.86	1550
15	11.8	2.96	1243
16	11.1	2.42	1526
17	11.8	2.4	1424
18	9.8	1.83	1475
19	10.1	1.85	1340
20	11.2	2	1425
21	13.2	2.72	1285
22	15.4	1.92	1281
23	13	2.55	1490
24	14.6	2.53	1450
25	9.4	1.62	1700
26	14.8	2.72	1900
27	14.2	2.38	1694
28	11.6	2.17	1725
29	14.9	2.51
30	12.6	2.41
평균	12.77	2.42	1488.71

침지수에서 pH가 조절된 후 배양탱크(3)

날	% DE	Draw/Bu	SO₂
1	4.3	3	1255
2	5.2	3.19	1540
3	6.9	2.85	1615
4	3.3	3.41	1727
5	5.7	3.4	1600
6	4.6	2.8	1588
7	4.6	2.45	1841
8	4.7	2.88	1891
9	4.5	2.62	1620
10	6.1	2.8	1050
11	5.4	3.2	1534
12	4.1	3.5	1520
13	5.1	2.43	1554
14	3.9	2.35	1555
15	4.2	2.69	1546
16	4.2	2.2	1394
17	4.5	2.9	1416
18	4.6	2.8	1610
19	4.5	2.7	1285
20	2.8	2.98	1522
21	4.8	2.43	1296
22	3.9	2.78	1560
23	3.8	2.86	1400
24	5.4	2.79	1462
25	6	2.7	1638
26	5.8	2.43	1730
27	6.5	2.14	1650
28	6.4	2.59	1736
29	5.8	2.56	1784
30	6.5	2.9	1006
31	5.1	2.46	1140
32	3.2	3.12	1186
33	3.6	2.28	1300
34	3.7	2.33	1280
35	2.9	2.54	1244
36	4.3	2.41	1128

침지수에서 pH가 조절된 후 배양탱크(3)

날	% DE	Draw/Bu	SO₂
37	4.3	2.36	1670
38	4.5	2.43	1650
39	6.8	2.56	1829
40	6.7	2.88	1700
41	6.6	2.13	1735
42	6.1	2.47	1720
43	5.4	2.37	1680
44	4.4	2.45	1850
45	4.3	2.18	1600
46	2.9	2.42	1300
47	3.1	2.47	1350
48	4.6	2.13	1400
평균	4.80	2.65	1513.69

본 발명에 따라, 전분수율이 높고 환원당 함량이 낮은 옥수수 침지수가 제공된다. 이는 효과적인 발효배지가 될 수 있다.

도 1은 옥수수 침지공정에서 사용되는 사일로의 배터리의 측면개략도이다.

도 2는 침지시간 및 pH조절 시간의 함수로서 전분수율을 나타내는 챠트이다.

도 3은 상이한 온도에서 배양을 나타내는 커브챠트이다.

도 4 및 5는 침지에서 pH조절 전에 및 후에 배양탱크의 침지수의 환원당 %를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

11: 주어진 사일로의 베이스와 사일로 그 자체의 헤드를 연결하는 파이프

12:파이프라인 14: 하부밸브

16: 열교환기 18, 19: 유입 파이프

B: 여과 베이스 C1: 배출파이프

C2: 배수라인 C3: 충진라인

P-1: 순환펌프 V1: 충진밸브

V2: 배수밸브 V3, V4: 밸브

Z-1: pH미터

Claims

(a) 1000 내지 2200ppm의 이산화황을 함유하는 신선한 침지수를 옥수수로 도입하고;

(b) 118℉ 내지 125℉의 온도에서 10시간 이상의 침지시간 동안 옥수수를 침지하며;

(c)침지수를 옥수수 부셀 당 2 내지 4갤런의 비율로 옥수수로부터 분리하며;

(d)신선한 침지수가 도입된지 4시간 후 내지 옥수수로부터 침지수를 분리하기 1시간 전에 pH를 4.2 내지 5.5로 조절하며;

(e)분리된 침지수를 10 내지 40시간 동안 118℉ 내지 125℉의 온도에서 유지한 다음;

(f)옥수수 침지수를 증발시킴을 포함하는, 환원당 함량이 낮은 옥수수 침지수를 생산하기 위한 옥수수 침지방법.
제 1 항에 있어서, 신선한 침지수가 도입된지 8시간 내지 16시간 후에 pH를 조절하는 방법.
제 1 항에 있어서, pH가 조절되기 전에 침지수가 공정으로부터 회수되고, pH가 조절된 다음 pH가 조절된 침지수가 공정으로 돌아가는 방법.
제 3 항에 있어서, 신선한 침지수가 도입된지 8시간 내지 16시간 후에 pH를 조절하는 방법.
제 1 항에 있어서, 옥수수가 20 내지 48시간의 침지시간 동안 침지되는 방법.
제 5 항에 있어서, 신선한 침지수가 도입된지 8시간 내지 16시간 후에 pH를 조절하는 방법.
제 5 항에 있어서, pH를 조절하기 전에 침지수가 공정으로부터 회수되고, pH를 조절한 다음 pH가 조절된 침지수가 공정으로 되돌아가는 방법.
제 7 항에 있어서, 신선한 침지수가 도입된지 8시간 내지 16시간 후에 pH를 조절하는 방법.