专利名称：一种淀粉质原料的处理方法和柠檬酸的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种淀粉质原料的处理方法和柠檬酸的制备方法。
背景技术：
柠檬酸是一种广泛应用于饮料、食品及医药等行业的有机酸。目前，柠檬酸主要通过发酵法制备，一般先将淀粉质原料粉碎，将粉碎后的产物与水混合得到淀粉浆液，将淀粉浆液与酶混合进行酶解，得到酶解产物(酶解液化液)，并将黑曲霉接种至含有所述酶解产物的发酵液中发酵产生柠檬酸。在上述工艺中，淀粉质原料的酶解(液化)对柠檬酸的发酵周期影响较大。目前的淀粉质原料酶解(液化)工艺，大多采用喷射液化工艺，即淀粉浆液加酶后喷射至一定温度液化，再闪蒸、降温后进行分离，分离出的糖液进入发酵系统。这种工艺存在以下缺陷(1)糊化不彻底，许多较大粒径的淀粉质原料颗粒吸水膨胀后，仅表面被淀粉水解，例如0.85mm(相当于20目筛孔)以上颗粒，只有淀粉的非结晶区和表面的晶体区溶胀， 内部的晶体区很难达到糊化作用。(2)液化不彻底，淀粉酶很难与没有溶胀的淀粉晶体区作用，虽然加入了比较多的淀粉酶，但是淀粉质原料仍然很难液化，为了使碘试合格，就必须多添加淀粉酶，造成淀粉酶的浪费。(3)液化液的DE值(还原糖(以葡萄糖计)占糖浆干物的百分比含量)较高，同样条件下，DE值随淀粉酶的增加而增高，这种方法获取的液化清液的DE值为28-30%，造成糊精分子太小，而利于柠檬酸发酵的DE值范围在15-20%。不利于糖化酶作用。因此，需要开发一种淀粉质原料的处理方法，应用于柠檬酸发酵。
发明内容
本发明的目的是提供一种淀粉质原料的处理方法，采用二次加酶二次喷射工艺， 克服现有技术中存在的上述缺陷。为了实现上述目的，本发明提供了一种淀粉质原料的处理方法，该方法包括下述步骤(1)将淀粉质原料粉末与水混合得到淀粉浆液，将淀粉浆液与第一部分淀粉酶混合，得到混合物；(2)将步骤(1)中得到的混合物用第一蒸汽在80-100°C下进行一次喷射，得到一次液化液，再将一次液化液用第二蒸汽在120-150°C下进行二次喷射，得到二次液化液；(3)将步骤⑵中得到的二次液化液进行闪蒸和降温；(4)在淀粉酶解条件下，将步骤(3)得到的闪蒸和降温后的产物与第二部分淀粉酶混合，进行酶解。本发明还提供了一种柠檬酸的制备方法，该方法包括根据上述方法对淀粉质原料进行处理，得到酶解产物，并将该酶解产物在黑曲霉存在下进行发酵。通 过上述技术方案，二次加酶二次喷射工艺使得液化液的DE值较低，有利于黑曲霉糖化作用，降低发酵残糖，缩短发酵周期，提高发酵水平；二次喷射同时使得液化较彻底， 降低了酶解残渣中的残淀粉含量，提高了制糖收率，降低了粮耗。二次加酶同时保证了淀粉酶的活性。本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式
部分予以详细说明。
具体实施例方式以下对本发明的具体实施方式
进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式
仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。本发明提供了一种淀粉质原料的处理方法，该方法包括下述步骤(1)将淀粉质原料粉末与水混合得到淀粉浆液，将淀粉浆液与第一部分淀粉酶混合，得到混合物；(2)将步骤(1)中得到的混合物用第一蒸汽在80-100°C下进行一次喷射，得到一次液化液，再将一次液化液用第二蒸汽在120-150°C下进行二次喷射，得到二次液化液；(3)将步骤⑵中得到的二次液化液进行闪蒸和降温；(4)在淀粉酶解条件下，将步骤(3)得到的闪蒸和降温后的产物与第二部分淀粉酶混合，进行酶解。淀粉酶是指能够分解淀粉糖苷键的一类酶的总称，所述淀粉酶一般包括α -淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶和异淀粉酶。α-淀粉酶又称淀粉1，4_糊精酶，它能够任意地、不规则地切开淀粉链内部的 α-1,4-糖苷键，将淀粉水解为麦芽糖、含有6个葡萄糖单位的寡糖和带有支链的寡糖。β -淀粉酶又称淀粉1，4-麦芽糖苷酶，能够从淀粉分子非还原性末端切开1，4_糖苷键，生成麦芽糖。此酶作用于淀粉的产物是麦芽糖与极限糊精。糖化酶又称淀粉α-1，4-葡萄糖苷酶，此酶作用于淀粉分子的非还原性末端，以葡萄糖为单位，依次作用于淀粉分子中的α-1，4-糖苷键，生成葡萄糖。糖化酶作用于支链淀粉后的产物有葡萄糖和带有α-1，6_糖苷键的寡糖；作用于直链淀粉后的产物几乎全部是葡萄糖。异淀粉酶又称淀粉α-1，6-葡萄糖苷酶、分枝酶，此酶作用于支链淀粉分子分枝点处的α -1,6-糖苷键，将支链淀粉的整个侧链切下变成直链淀粉。根据本发明，优选使用α -淀粉酶和/或异淀粉酶。更优选使用耐高温α -淀粉酶。耐高温α-淀粉酶具有极好的耐热性，是采用地衣芽孢杆菌经深层培养，提取等工序精制而成，能随机水解淀粉、糖原及其降解物内部的α-1，4葡萄糖苷健使得胶状淀粉溶液的粘度迅速下降，产生可溶性糊精和寡聚糖，过度的水解可产生少量葡萄糖和麦芽糖。本发明的发明人发现，淀粉质原料粉末调浆时控制好PH值是进一步控制好DE值的优选方案，可能是由于酶制剂相关特性的原因。因此，本发明优选情况下，所述淀粉质原料粉末与水混合的条件包括温度为45-60°C，pH值控制在5. 5-6. 2，淀粉质原料粉末与水的重量比为1 1.8-4。进一步优选所述淀粉质原料粉末与水混合的条件包括温度为 50-551，？!1值控制在5.6-6，淀粉质原料粉末与水的重量比为1 2_3。
为了酶解更充分，优选情况下，在步骤(1)中，淀粉浆液与第一部分淀粉酶混合的条件包括温度为45-60°C，时间为30-60分钟。优选情况下，在步骤(4)中，所述酶解条件包括酶解温度为85-99°C，酶解时间为60-150分钟此外，本发明的发明人还发现，在同等工艺条件下，控制好加酶量也是进一步控制好DE的优选方案。因此，本发明优选情况下，以每克淀粉质原料粉末的干重计，所述淀粉酶的总用量为8-24酶活力单位。进一步优选为10-20酶活力单位。所述第一部分淀粉酶的用量与第二部分淀粉酶的用量可调节的范围较宽，综合酶解效果和成本考虑，优选所述第一部分淀粉酶的用量为淀粉酶的总用量的20-50重量％，所述第二部分淀粉酶的用量为淀粉酶的总用量的50-80重量％。进一步优选所述第一部分淀粉酶的用量为淀粉酶的总用量的30-40重量％，所述第二部分淀粉酶的用量为淀粉酶的总用量的60-70重量％。根据GB 8275-2009定义Ig固体酶粉(或Iml液体酶)，于70°C、pH = 6.0条件下，Imin内液化Img可溶性淀粉所需要的酶量，即为1个酶活力单位，以u/g(或u/ml)表示。本发明中酶活力单位沿用此定义。按照本发明，在步骤(2)中，混合物(或一次液化液)与喷射用蒸汽的重量比、 喷射方式、以及喷射时间没有特别限定，可以在本领域技术人员所公知的喷射器(例如， 兆光喷射器或天长水热器)中进行喷射接触，优选地，所述第一蒸汽与混合物的重量比为0.05-0. 1 1，第一蒸汽与混合物接触时间为1-5秒，接触温度为80-100°C ；所述第二蒸汽与混合物的重量比为0.05-0. 1 1，蒸汽与混合物接触时间为1-3秒，接触温度为 120-150°C。更为优选的情况下，一次喷射和二次喷射的时间间隔为120-180分钟。本发明所述闪蒸，是为了更好地达到由快速的温度变化带来的使淀粉分子的膨胀更加充分，以至于能够使大颗粒淀粉膨胀破裂为小颗粒淀粉的目的，而使淀粉酶与淀粉颗粒的接触效果更好，以达到更佳的酶解效果。优选情况下，闪蒸的温度为100-103°C，闪蒸后降温5-10°C，闪蒸的压力为-0. 06 -0. 09MPao更为优选的情况下，优选情况下，将闪蒸后得到的蒸汽返回步骤(2)中用作第一蒸汽；将闪蒸后得到的冷凝水返回步骤(1)中用于制备淀粉浆液。这样可以循环利用资源，降低生产成本。本发明优选在步骤(4)之前，将步骤(3)得到的闪蒸和降温后的产物进行压滤， 将压滤得到的液体与第二部分淀粉酶混合。压滤可以使附着在滤渣上的毛油在压力下随之滤出，促进毛油与糖液的分离，从而提高毛油收率；同时由于液化清液中没有滤渣，油脂容易分离；此外，后续沉降分离时间缩短，提高生产效率。优选情况下，所述压滤的压力为 0. 1-0. 6MPa。按照本发明，所述淀粉质原料可以为本领域公知的各种可以用于酶解、发酵的含有淀粉的原料，例如，可以选自玉米、薯类(如木薯)、小麦和高粱中的至少一种。本发明还提供了一种柠檬酸的制备方法，该方法包括根据上述方法对淀粉质原料进行处理，得到酶解产物，并将该酶解产物在黑曲霉存在下进行发酵。优选情况下，将所述酶解产物作为发酵液，在80-90°C下消毒15-30分钟，降温至36-38°C后，将黑曲霉接种至发酵液中，进行发酵。由于本发明提供的柠檬酸的制备方法主要涉及对发酵前淀粉质原料的处理方法的改进，因此对发酵的过程没有特别的限定，可以与现有技术相同。例如，黑曲霉的种类和用量以及发酵的条件可以参照现有技术进行，本发明在此不再重复。
下面的实施例将对本发明作进一步的说明。以下实施例中，酶解固相残渣中残淀粉含量的测定方法为取两份等量的酶解残渣，一份加入淀粉酶和水(酶解残渣)，一份加入与淀粉酶和水的总重量等量的水(溶解残渣)，用费林法分别检测溶解残渣中溶解总糖的含量A重量％、加入的淀粉酶的总糖含量B重量％、酶解残渣中酶解总糖的含量C重量％，再检测出酶解残渣中干基含量W重量％，则酶解残渣中干基残淀粉含量= (C-B-A) X0. 9/W。酶解清液的DE值的测定方法为费林法测出酶解液还原糖Al (m/m)，烘箱烘干法测出酶解液干物含量A2 (m/m)，酶解液DE值=(A1/A2) X 100%。根据GB 1987-2007标准检测发酵后发酵液的浓度(简称酸度)，并计算柠檬酸的转化率，转化率(％ )=发酵液的浓度(简称酸度)X发酵液的体积/总糖(总糖=种子罐总糖+发酵罐总糖)的重量X100%。本发明实施例中，所用淀粉酶为购自诺维信公司的耐高温α-淀粉酶；所用黑曲霉TOl购自天津工业微生物所；所用喷射器为兆光喷射器。实施例1将100重量份玉米进行粉碎，得到平均粒子直径为400微米的粉碎产物，将粉碎后的产物与400重量份水，在45°C下混合，得到淀粉浆液，并将该淀粉浆液的PH值调节至 5 · 5 ο在45°C下，将淀粉浆液与用量为6. 4酶活力单位/g玉米粉的α -淀粉酶混合60 分钟，得到混合物，将该混合物与156°C的蒸汽在喷射器中进行喷射接触(蒸汽与混合物的重量比为0.05 1)，接触的时间为5秒，使得与蒸汽接触后的混合物的温度为95°C，并层流维持120分钟，得到一次液化液。将上述一次液化液再次与156°C的蒸汽在喷射器中进行喷射接触(蒸汽与混合物的重量比为0.05 1)，接触的时间为3秒，使再次与蒸汽接触后的混合物的温度为120°C， 并在该温度下保持5分钟；将上述再次与蒸汽接触后的混合物进行闪蒸(压力为_0.07MPa，时间为10秒)至 100°c，降温至90°C，得到液化液。并将闪蒸后得到的蒸汽返回上述第一次喷射步骤中，将冷凝水返回用于上述调制淀粉浆液的步骤中。在85°C下，将该液化液与用量为1.6酶活力单位/g玉米粉的α-淀粉酶混合150 分钟，得到混合物。将该混合物在80°C下静置5小时，分离出酶解液和酶解固相残渣，将液体收集入清液罐内。测定酶解液的DE值如表1所示。将上述得到的糖液，作为发酵液，加热到80°C消毒，维持30分钟后快速降温至 36°C，接入黑曲霉菌种，进行发酵，并检测发酵液中的总糖，接种量为每克发酵液接种 4X105个菌落形成单位，在40°C、0. 2体积(体积·分钟)的通气的条件下培养55小时， 发酵结束。计算发酵后的发酵液的酸度和转化率，结果如表1所示。实施例2将100重量份玉米进行粉碎，得到平均粒子直径为400微米的粉碎产物，将粉碎后的产物与180重量份水，在60°C下混合，得到淀粉浆液，并将该淀粉浆液的pH值调节至
6. 2o在60°C下，将淀粉浆液与用量为12酶活力单位/g玉米粉的α -淀粉酶混合60分钟，得到混合物，将该混合物与160°C的蒸汽在喷射器中进行喷射接触(蒸汽与混合物的重量比为0.1 1)，接触的时间为1秒，使得与蒸汽接触后的混合物的温度为98°C，并层流维持180分钟，得到一次液化液。将上述一次液化液再次与160°C的蒸汽在喷射器中进行喷射接触(蒸汽与混合物的重量比为0.1 1)，接触的时间为3秒，使再次与蒸汽接触后的混合物的温度为125°C ， 并在该温度下保持5分钟；将上述再次与蒸汽接触后的混合物进行闪蒸(真空度为-0. 09MPa,时间为10秒) 至103°C，降温至99°C，得到液化液。在99 °C下，将该液化液与用量为12酶活力单位/g玉米粉的α-淀粉酶混合100 分钟，得到混合物。将该混合物在95°C下进行压滤，使用厢式压滤机，当压力达到0. 5MPa时停止进料，分离出酶解液和酶解固相残渣，将液体收集入清液罐内。测定酶解液的DE值如表1所示。将上述得到的糖液，作为发酵液，加热到85°C消毒，维持20分钟后快速降温至 37°C，接入黑曲霉菌种，进行发酵，并检测发酵液中的总糖，接种量为每克发酵液接种 4X105个菌落形成单位，在40°C、0. 2体积(体积·分钟)的通气的条件下培养58小时， 发酵结束。计算发酵后的发酵液的酸度和转化率，结果如表1所示。对比例1按照实施例2中的方法，不同的是，只进行一次加酶，具体操作如下将100重量份玉米进行粉碎，得到平均粒子直径为400微米的粉碎产物，将粉碎后的产物与180重量份水，在60°C下混合，得到淀粉浆液，并将该淀粉浆液的PH值调节至6. 2。在60°C下，将淀粉浆液与用量为24酶活力单位/g玉米粉的α -淀粉酶混合30分钟，得到混合物，将该混合物与160°C的蒸汽在喷射器中进行喷射接触(蒸汽与混合物的重量比为0.1 1)，接触的时间为1秒，使得与蒸汽接触后的混合物的温度为98°C，并层流维持180分钟，得到一次液化液。将上述一次液化液再次与160°C的蒸汽在喷射器中进行喷射接触(蒸汽与混合物的重量比为0.1 1)，接触的时间为3秒，使再次与蒸汽接触后的混合物的温度为125°C， 并在该温度下保持5分钟；将上述再次与蒸汽接触后的混合物进行闪蒸(真空度为-0. 09MPa,时间为10秒) 至103°C，降温至99°C，得到液化液。将该液化液在95°C下进行压滤，使用厢式压滤机，当压力达到0. 5MPa时停止进料，分离出酶解液和酶解固相残渣，将液体收集入清液罐内。测定酶解液的DE值如表1所示。将上述得到的糖液，作为发酵液，加热到85°C消毒，维持20分钟后快速降温至 37°C，接入黑曲霉菌种，进行发酵，并检测发酵液中的总糖，接种量为每克发酵液接种 4X105个菌落形成单位，在40°C、0. 2体积(体积·分钟)的通气的条件下培养70小时， 发酵结束。计算发酵后的发酵液的酸度和转化率，结果如表1所示。实施例3将100重量份玉米进行粉碎，得到平均粒子直径为400微米的粉碎产物，将粉碎后的产物与300重量份水，在50°C下混合，得到淀粉浆液，并将该淀粉浆液的pH值调节至 5. 6o
在50°C下，将淀粉浆液与用量为8酶活力单位/g玉米粉的α -淀粉酶混合60分钟，得到混合物，将该混合物与100°c的蒸汽在喷射器中进行喷射接触(蒸汽与混合物的重量比为0.08 1)，接触的时间为3秒，使得与蒸汽接触后的混合物的温度为92°C，层流维持150分钟，得到一次液化液。 将上述一次液化液再次与160°C的蒸汽在喷射器中进行喷射接触(蒸汽与混合物的重量比为0.08 1)，接触的时间为2秒，使再次与蒸汽接触后的混合物的温度为130°C， 并在该温度下保持5分钟；将上述再次与蒸汽接触后的混合物进行闪蒸(真空度为-0. 06MPa,时间为10秒) 至102°C，降温至98°C，得到液化液。在98°C下，将该液化液与用量为12酶活力单位/g玉米粉的α -淀粉酶混合60分钟，得到混合物。将该混合物在95°C下进行压滤，使用厢式压滤机，当压力达到0. 5MPa时停止进料，分离出酶解液和酶解固相残渣，将液体收集入清液罐内。测定酶解液的DE值如表 1所示。将上述得到的糖液，作为发酵液，加热到90°C消毒，维持15分钟后快速降温至 38°C，接入黑曲霉菌种，进行发酵，并检测发酵液中的总糖，接种量为每克发酵液接种 4X105个菌落形成单位，在40°C、0. 2体积(体积·分钟)的通气的条件下培养50小时， 发酵结束。计算发酵后的发酵液的酸度和转化率，结果如表1所示。对比例2按照实施例3中的方法，不同的是，只进行一次喷射，即将100重量份玉米进行粉碎，得到平均粒子直径为400微米的粉碎产物，将粉碎后的产物与300重量份水，在50°C下混合，得到淀粉浆液，并将该淀粉浆液的PH值调节至5. 6。在50°C下，将淀粉浆液与用量为8酶活力单位/g玉米粉的α -淀粉酶混合100分钟，得到混合物，将该混合物与158°C的蒸汽在喷射器中进行喷射接触(蒸汽与混合物的重量比为0.08 1)，接触的时间为3秒，使得与蒸汽接触后的混合物的温度为95°C，层流维持180分钟，得到一次液化液。将上述一次液化液进行闪蒸(真空度为-0. 06MPa,时间为10秒)至102°C，降温至98°C，得到液化液。将该液化液在95°C下进行压滤，使用厢式压滤机，当压力达到0. 45MPa时停止进料，分离出酶解液和酶解固相残渣，将液体收集入清液罐内。测定酶解液的DE值如表1所
7J\ ο将上述得到的糖液，作为发酵液，加热到90°C消毒，维持15分钟后快速降温至 38°C，接入黑曲霉菌种，进行发酵，并检测发酵液中的总糖，接种量为每克发酵液接种 4X105个菌落形成单位，在40°C、0. 2体积(体积·分钟)的通气的条件下培养68小时， 发酵结束。计算发酵后的发酵液的酸度和转化率，结果如表1所示。实施例4按照实施例1中的方法，不同的是，将淀粉浆液的pH值调节至7.0 ；发酵62小时。 测定酶解液的DE值；计算发酵后的发酵液的酸度和转化率，结果如表1所示。表 权利要求
1.一种淀粉质原料的处理方法，其特征在于，该方法包括下述步骤(1)将淀粉质原料粉末与水混合得到淀粉浆液，将淀粉浆液与第一部分淀粉酶混合，得到混合物；(2)将步骤(1)中得到的混合物用第一蒸汽在80-100°C下进行一次喷射，得到一次液化液，再将一次液化液用第二蒸汽在120-150°C下进行二次喷射，得到二次液化液；(3)将步骤(2)中得到的二次液化液进行闪蒸和降温；(4)在淀粉酶解条件下，将步骤(3)得到的闪蒸和降温后的产物与第二部分淀粉酶混合，进行酶解。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述淀粉质原料粉末与水混合的条件包括温度为45-60°C，pH值控制在5. 5-6. 2，淀粉质原料粉末与水的重量比为 1 1.8-4。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，淀粉浆液与第一部分淀粉酶混合的条件包括温度为45-60°C，时间为30-60分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(4)中，所述酶解条件包括酶解温度为 85-99°C，酶解时间为60-150分钟。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，以每克淀粉质原料粉末的干重计，所述淀粉酶的总用量为8-24酶活力单位。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其中，所述第一部分淀粉酶的用量为淀粉酶的总用量的20-50重量％，所述第二部分淀粉酶的用量为淀粉酶的总用量的50-80重量％。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一蒸汽与混合物的重量比为 0.05-0.1 1，第一蒸汽与混合物接触时间为1-5秒，接触温度为100-110°C ；所述第二蒸汽与一次液化液的重量比为0.05-0. 1 1，蒸汽与一次液化液的接触时间为1-3秒，接触温度为 130-1400C ο
8.根据权利要求1或7所述的方法，其中，一次喷射和二次喷射的时间间隔为120-180分钟。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，闪蒸的温度为100-103°C，闪蒸后降温5-10°C，闪蒸的压力为-0. 06 -0. 09MPa。
10.根据权利要求1或9所述的方法，其中，该方法还包括将闪蒸后得到的蒸汽返回步骤(2)中用作第一蒸汽；将闪蒸后得到的冷凝水返回步骤(1)中用于制备淀粉浆液。
11.根据权利要求1-10中任意一项所述的方法，其中，所述淀粉质原料选自玉米、薯类、小麦和高粱中的至少一种。
12.—种柠檬酸的制备方法，该方法包括根据权利要求1-11中任意一项所述的方法对淀粉质原料进行处理，得到酶解产物，并将该酶解产物在黑曲霉存在下进行发酵。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，将所述酶解产物作为发酵液，在80-90°C下消毒15-30分钟，降温至36-38°C后，将黑曲霉接种至发酵液中，进行发酵。
全文摘要
本发明涉及一种淀粉质原料的处理方法和柠檬酸的制备方法，包括将淀粉质原料粉末与水混合得到淀粉浆液，将淀粉浆液与第一部分淀粉酶混合，得到混合物；将混合物用第一蒸汽在80-100℃下进行一次喷射，得到一次液化液，再将一次液化液用第二蒸汽在120-150℃下进行二次喷射，得到二次液化液；闪蒸和降温；将闪蒸和降温后的产物与第二部分淀粉酶混合，进行酶解。该方法可以减少DE值，缩短柠檬酸发酵周期。
文档编号C12P19/14GK102321704SQ201110220758
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者周勇, 张夕红, 朱继成, 熊结青, 陈程 申请人:中粮生物化学(安徽)股份有限公司