专利名称：用于降低轻质玉米浆中还原糖类含量的方法
技术领域：
本发明是关于用于降低轻质玉米浆(LSW)中还原糖类含量的方法，例如用于制备制药工业等级的玉米浆的方法。该方法在约33-48℃温度下培养二氧化硫含量为约20-170ppm的LSW至少约5小时以降低还原糖的含量。
背景技术：
在开始湿磨玉米的阶段，整个玉米在升高的温度和酸性pH条件下持续很长一段时间浸泡在含有二氧化硫的水中。在浸泡过程中，溶解性物质从玉米粒中萃取出来进入浸泡水中，由于玉米粒上带有微生物，一些溶解性物质在浸泡水中发酵。得到的玉米浆可在发酵工业中用做发酵介质成分来生产各种产品。由于在浸泡过程中有许多变量，因此，在市场上找到的玉米浆的性质变化很大。
制药工业级别的玉米浆的一般特征是有低含量的还原糖类(通常大约为2％或更低，然而对于制药工业中的某些应用，还原糖类的含量可以高达约4％甚至约6％)，高浓度的乳酸和低浓度的游离氨基酸。应用传统浸泡方法来生产具备制药工业级别玉米浆特性的LSW是低效或不可能的。具有代表性的传统的或常规的工业浸泡方法所生产的LSW的还原糖类的含量范围是大约10％到大约16％，这对于制药工业中的应用来说太高了。
美国专利No.4359528描述了一种结合了使用温度梯度和低速抽取的浸泡方法，使用该方法生产的玉米浆适合制药工业应用。美国专利No.6179926描述了在能够导致低浓度还原糖类的碱性缓冲溶液中培养LSW。
本发明涉及一种方法，在该方法中确立LSW中的二氧化硫的含以保证乳酸菌把还原糖类转化成乳酸，同时抑制LSW中的酵母生成乙醇和二氧化碳。这种方法能够把还原糖的含量降低到约6％以下，优选低于约4％，最优选低于约2％，包括从LSW中除去或基本除去还原糖。该方法可以用于生产制药工业等级的玉米浆。
在本说明书中，除非特别说明，所有的份数和百分比都是以重量计。
发明内容
本方法包括对LSW的辅助处理以降低还原糖的含量。在该方法中，LSW从传统的浸泡方法中抽取出来，通常该方法有一个或多个浸泡罐，玉米被浸入酸液并在这些浸泡罐中循环加工。抽取出的LSW中二氧化硫含量范围在约20-220ppm之间，并且抽取出的LSW在容器中培养至少约5小时，例如在温度约33-48℃下发酵约5-60小时。要达到还原糖类含量低于约2％，包括去除或基本去除还原糖成分，可以通过在约37～45℃之间的温度下将抽取出的LSW培养约6-48小时来实现。
抽取出的LSW中二氧化硫的含量是通过将足够的二氧化硫分散在浸泡罐中、加入过氧化氢到抽取出的LSW中或二者结合来确立。该方法使得LSW中还原糖类的含量较低，例如低于约6％，优选低于约4％，最优选低于约2％。在本发明优选的实施方案中，在培养期后，LSW中基本没有还原糖类。本发明对于从采用类似在一组浸泡罐中对玉米进行酸化处理的传统玉米浸泡方法中抽取出的LSW得到制药工业等级的玉米浆是特别有用的。
图1为玉米浸泡方法中所用一组罐的侧视图。
具体实施例方式
本发明是关于降低从玉米浸泡方法中抽取出的LSW中的还原糖含量的方法。本方法可用于获得制药工业等级的玉米浆，如含有低浓度还原糖的玉米浆，该浓度少于约6％，优选少于约4％，特别优选少于约2％。本方法还包括辅助处理步骤，如培养从玉米浸泡方法中抽取出的LSW。
本方法包括培养从玉米浸泡方法中抽取出的LSW(在此称为“抽取出的LSW”)的步骤，抽取出的LSW中二氧化硫的含量范围在约20-220ppm，优选在约50-210ppm之间，最优选在约70-140ppm之间，以及在约33-48℃温度下，培养抽取出的LSW至少约5小时，优选在约5-60小时之间。本发明特别优选的方法包括提供具有二氧化硫的含量在约20-170ppm，最优选在约60-80ppm之间的抽取出的LSW，在约38-42℃下培养约6-30小时。
图1显示了具有8个浸泡罐的工业浸泡罐组的实例。尽管在此说明的是典型的8浸泡罐方法，但本领域技术人员都知道玉米浸泡加工可以在任何数量的浸泡罐中进行，比如玉米浸泡方法包括具有一个或多个浸泡罐的浸泡组，本发明包括从任何浸泡方法或浸泡组结构抽取出的LSW的辅助培养，但条件是抽取出的LSW含有约20-220ppm的二氧化硫。
参考图1，浸泡组包括8个不锈钢罐(A1到A8)，每个罐有一个过滤底层B。图1所示的浸泡组进一步包括连接给定罐底部和它自身顶部的管道11，并且通过一根公用的排出管C2和一个公用的供给管C3与其它七个罐的顶部连接，以确保水循环到该罐或任何其他罐，通过图1所示的公用管线，该管线还可在给定时间里取出浸泡水。底阀14用于排空玉米，壳管式换热器16与循环泵P-1相连，P-1用于控制通过换热器16中的加热管到每个罐顶部的液体流量，8个排水阀V2设置在管线11上，从而使每个罐与可以使水在罐组各处流动的公用排水管线C2分开，八个供水阀门V1设置在管线12上，从而使每个罐与可以使水在罐组各处流动的公用供料管线C3分开，一条出水管线C1和阀门V3连接在培养罐或容器17上。罐中装满玉米M，工艺水逆向流动通过浸泡罐，以使在罐组中最初的玉米与新鲜水接触，以及最初的水与新鲜玉米接触。
在系统中，玉米没有在浸泡罐中来回移动，仅仅是水在浸泡罐间移动，而系统中的玉米由来自储料仓(未画出)中的玉米定期更换。如果罐中带有新玉米的酸性水中二氧化硫的含量保持在约60ppm到约100ppm范围，那么该罐中的温度可暂时降低到39到42℃，这样在这个浸泡罐中形成了预培养的条件，例如，在抽取LSW之前，还原糖开始向所需的量减少，进而减少本文所述的辅助加工所需的培养时间，以得到还原糖类含量低于约6％的LSW，优选低于约4％，最优选低于约2％。
本方法可包括确立抽取出的LSW中二氧化硫含量的方法的其他步骤。这种方法可以选自在得到抽取出的LSW的浸泡组中分散足够的二氧化硫，向LSW中加入过氧化氢或二者结合。
抽取出的LSW中二氧化硫含量优选通过在浸泡罐组中分散足够的二氧化硫来确立。我们已经发现新鲜的酸性水中二氧化硫的含量根据玉米的种类和浸泡的速率在约1200-2500ppm之间变化，能够获得二氧化硫含量在约20-220ppm之间的抽取出的LSW。
抽取出的LSW中二氧化硫的含量可以全部或部分地进行调节，通过在直接搅拌状态下向发生辅助培养过程的容器中加入过氧化氢，或在从浸泡罐组移出之后，但在LSW进入发生培养的容器之前向LSW中加入过氧化氢。当直接从玉米浸泡过程中抽取出的LSW中二氧化硫的含量高于220ppm时，调整二氧化硫的含量使其降到约220ppm或更低以适合培养过程是必要的。用以降低二氧化硫含量的过氧化氢的量取决于抽取出的LSW中二氧化硫的量和浸泡水中的其它组分。通常，每除去约1ppm二氧化硫就需要约1ppm的过氧化氢。在本发明的最优选的实施方案中，LSW中所需二氧化硫含量通过在浸泡罐组中分散充足的二氧化硫来确立，如果必要向抽取出的LSW中添加过氧化氢从而对LSW中二氧化硫进行微调。
抽取出的LSW的培养可在任何适当的容器或反应器中进行，这些容器和反应器不能污染LSW，例如不锈钢或玻璃纤维容器和反应器。该容器和反应器优选配有加热套或其它热交换系统以控制和保持适当的温度。该容器和反应器还可配有对培养过程中抽取出的LSW进行搅拌的设备，例如叶轮、搅拌器，或循环泵。
在培养过程中，LSW可以但不是必需的进行搅拌，可以采用在培育期连续低速的搅拌方式或间隔约每小时3到5分钟的间歇式搅拌方式。当LSW中二氧化硫的含量低于约120ppm优选需要进行搅拌，本发明的优选方法包括在约33到48℃的培养温度下和每小时间歇性地混合约1到5分钟的条件下对初始二氧化硫含量在约60ppm到100ppm的LSW培养约16到30个小时。不进行搅拌和混合也可以获得低含量还原糖类的玉米浆。当二氧化硫的含量过高，优选本发明的实施方案不包括混合，例如约120-180ppm的二氧化硫含量时需要较长的培养时间，如约40-64小时。
优选的是，培养期过后，抽取出的LSW转变成制药工业等级的玉米浆，其中还原糖类的含量已经减少到低于约6％，更优选低于约4％，最优选低于约2％。培养期过后，培养的LSW可以没有或基本不含有还原糖类。还原糖类含量的降低取决于培养时间，同样的，尽管该方法可以优选用于制备制药工业级别的玉米浆，即使最终产品不是应用于制药，也可以采用本方法来降低抽取出的LSW中还原糖类的含量至任何数量。培养期之后，抽取出的LSW可直接用作液体产品或部分蒸馏之后作为液体产品，或可以干燥并作为无水产品。
本发明中，乳酸菌的生长不受到LSW中残余二氧化硫的抑制，但受到乳酸浓度的抑制。通常，LSW中乳酸浓度为约30％时将完全抑制乳酸菌的生长。乳酸菌主要来源于玉米粒上的天然的微生物，然而，如果需要，可以添加像乳酸菌LH-32这样的市售乳酸菌。抽取出的LSW中含有的二氧化硫为乳酸菌完全把还原糖类转化成乳酸提供了环境，但是防止了酵母产生乙醇和二氧化碳。如果LSW中二氧化硫含量较高，例如210ppm或高于约220ppm，还原糖类含量以非常慢的速度下降并且不可能得到制药工业级别的玉米浆，同样如果LSW中二氧化硫的含量低于约20ppm，乙醇和二氧化碳和乳酸同时产生。
实施例实施例1将初始二氧化硫浓度为约140ppm的35000加仑的LSW从标准玉米浸泡过程中抽出加入到带有搅拌和温控装置的容器中。在连续的轻度搅拌状态下，把53升浓度为20％的过氧化氢溶液加入容器中，则二氧化硫的浓度降低到约74ppm。LSW中初始还原糖类含量为约11.6％。在温度恒定在约39℃的条件下LSW在容器中培养约48小时，在培养过程中每3到5个小时搅拌一个半小时。培养结束后，还原糖类的含量约为3.5％。
实施例2将初始二氧化硫含量为约50ppm的35000加仑的LSW从一个标准玉米浸泡过程中抽出加入到带有搅拌和温控装置的容器。LSW的初始的还原糖类含量约为12％。在温度恒定在约40℃的条件下培养LSW约24小时，并且每第二小时搅拌15分钟。培养结束后，还原糖类的含量约为1.4％。
实施例3将初始二氧化硫浓度为约140ppm的35000加仑的LSW从一个标准玉米浸泡过程中抽出加入到有搅拌和温控装置的容器中。在轻度搅拌条件下，把100升过氧化氢浓度为35％的溶液加入容器，则二氧化硫的含量下降到约50ppm。在约44℃和每3到5个小时搅拌一个半小时的条件下培养LSW约40小时，然而，该培养过程仅使还原糖类的含量降低到8％，在实验当时，把培养温度降低到约38℃同时保持3到5小时的搅拌间隔时间，在24个小时的培养期过后还原糖类的浓度下降到3％。
实施例4在40℃和不进行搅拌的条件下，在密闭容器中对初始二氧化硫浓度为18ppm的1加仑的LSW进行培养。初始pH为4.15，初始干固体含量为14.8％，初始还原糖类的含量是11.4％。20小时的培养过后，二氧化硫和干固体含量保持基本不变，同时pH下降到3.94并且还原糖类含量降为8.4％。检测到有轻微的发酵乙醇的气味。再经过24小时的培养，pH下降到3.63，干固体含量下降到13.8％，还原糖类的含量下降到2.7％。检测到有很强的发酵乙醇的气味同时伴有二氧化碳明显产生(气泡和容器内压力增加)。
实施例5在40℃和不进行搅拌的条件下，在密闭容器中对初始二氧化硫浓度为140ppm的1加仑的LSW进行培养。初始pH为4.03，初始干固体含量为10.6％，初始还原糖类的含量是10.7％。20小时的培养过后，二氧化硫含量下降到119ppm，干固体含量基本保持不变，同时pH下降到3.82并且还原糖类含量下降为7.8％。再经过24小时的培养，pH下降到3.55，二氧化硫的含量下降到93ppm，干固体含量同样保持不变，还原糖类的含量下降到1.7％。
实施例6在40℃和不进行搅拌的条件下，在密闭容器中对初始二氧化硫浓度为216ppm的1加仑的LSW进行培养。初始pH为7.72，初始干固体含量为7.46％，初始还原糖类的含量是11.6％。20小时的培养过后，二氧化硫含量下降到189ppm，同时干固体含量、pH和还原糖类含量基本保持不变。再经过24小时的培养，这样总的培养时间为约44小时，二氧化硫含量下降到170ppm，pH下降到3.69，干固体含量保持不变，还原糖类的含量下降到10.4％并且通过增加培养时间期望还原糖类含量能进一步降低。
实施例7在41℃条件下，在密闭容器中对初始二氧化硫含量为170ppm的1加仑的LSW进行培养，在培养4个小时和24个小时后进行短时间剧烈混合。初始pH为3.98，初始干固体含量为11.2％，初始还原糖类的含量是12.9％。24小时的培养过后，二氧化硫含量下降到128ppm，干固体含量保持不变，pH稍下降到3.91，还原糖类的含量下降到10.9％。再经过24小时的培养，pH下降到3.75，二氧化硫含量下降到79ppm，干固体含量有轻微地下降到11％，还原糖类的含量下降到1.3％。
实施例8在41℃条件下，在密闭容器中对初始二氧化硫含量为184ppm的1加仑的LSW进行培养，在培养4个小时和24个小时后进行短时间剧烈混合。初始pH为3.95，初始干固体含量为10.7％，初始还原糖类的含量是12.0％。24小时的培养过后，二氧化硫含量下降到158ppm，干固体含量下降到10.4％，pH轻微地下降到3.91，还原糖类的含量下降到10.7％。再经过24小时的培养，pH下降到3.79，二氧化硫含量下降到89ppm，干固体含量有轻微地下降到10.0％，还原糖类的含量下降到1.4％。
实施例9在41℃条件下，对初始二氧化硫含量为56ppm的1加仑的LSW进行培养，在培养24个小时后进行短时间剧烈混合。混合后，出现气泡并且有轻微的乙醇气味。初始pH为3.95，初始干固体含量为15.8％，初始还原糖类的含量是12.1％。24小时的培养过后，二氧化硫含量下降到30ppm，干固体含量保持不变，pH轻微地下降到3.91，还原糖类的含量降到11.6％。再经过24小时的培养，pH下降到3.88，二氧化硫含量下降到20ppm，干固体含量下降到15％，还原糖类的含量下降到1.4％。
实施例10在41℃条件下，对初始二氧化硫含量为83ppm的1加仑的LSW进行培养，在培养24个小时后进行短时间剧烈混合，在培养48小时后再进行一次混合。培养48小时进行混合后，观察到一些气泡但是没有乙醇气味。初始pH为4.12，初始干固体含量为14.6％，初始还原糖类的含量是12.4％。24小时的培养过后，二氧化硫含量下降到43ppm，干固体含量保持不变，pH轻微地下降到4.09，还原糖类的含量下降到11.1％。再经过24小时的培养，pH也下降到3.91，二氧化硫含量下降到30ppm，干固体含量下降到13.8％，还原糖类的含量下降到1.6％。
权利要求
1.用于降低轻质玉米浆中还原糖含量的方法，包括培养从玉米浸泡过程中抽取出的具有二氧化硫含量为20-220ppm的轻质玉米浆至少约5个小时。
2.根据权利要求1的方法，其中二氧化硫的含量约为50-210ppm。
3.根据权利要求1的方法，其中二氧化硫的含量约为70-140ppm。
4.根据权利要求1的方法，包括调节轻质玉米浆中二氧化硫含量的附加步骤。
5.根据权利要求4的方法，其中二氧化硫含量的调节是通过向玉米浸泡系统中加入新鲜的二氧化硫浓度为约1200-2500ppm的酸性水或向轻质玉米浆中添加过氧化氢或两者结合的方法来实现的。
6.根据权利要求1的方法，其中轻质玉米浆在约33-48℃的温度下进行培养。
7.根据权利要求1的方法，其中轻质玉米浆培养约5-60小时。
8.根据权利要求1的方法，其中轻质玉米浆在约37-45℃的温度下培养约6-48小时。
9.根据权利要求1的方法，其中轻质玉米浆在培养过程中进行连续的搅拌。
10.根据权利要求1的方法，其中轻质玉米浆在培养过程中进行间歇性的搅拌。
11.根据权利要求10的方法，其中轻质玉米浆在培养过程中每小时搅拌约1-5分钟。
12.根据权利要求1的方法，其中轻质玉米浆不进行搅拌。
13.根据权利要求1的方法，其中玉米浸泡过程包括浸泡罐组。
14.根据权利要求13的方法，其中浸泡罐组包括一个或多个浸泡罐。
15.根据权利要求13的方法，其中预培养过程在温度为约39-42℃和新鲜玉米的二氧化硫含量为约60-100ppm的条件下在浸泡罐中进行。
16.根据权利要求1的方法，其中经过培养后的轻质玉米浆中还原糖的含量低于约6％。
17.根据权利要求1的方法，其中经过培养后的轻质玉米浆中还原糖的含量低于约4％。
18.根据权利要求1的方法，其中经过培养后的轻质玉米浆中还原糖的含量低于约2％。
19.根据权利要求1的方法，其中经过培养后的轻质玉米浆中基本上不含有还原糖。
20.由权利要求1的方法制备的还原糖的含量低于约6％的轻质玉米浆。
21.权利要求20的轻质玉米浆，其为干燥的。
22.用于降低轻质玉米浆中还原糖类含量的方法，包括在温度为约33-48℃的条件下培养从玉米浸泡过程中抽取出的二氧化硫含量为约20-220ppm的轻质玉米浆至少约5个小时。
23.根据权利要求22的方法，其中二氧化硫的含量为约50-210ppm。
全文摘要
用于降低轻质玉米浆中还原糖类含量的方法，包括辅助培养从玉米浸泡过程中抽取出的二氧化硫浓度为20ppm到220ppm的轻质玉米浆至少约5个小时。该方法特别适用于生产制药工业级别的玉米浆。
文档编号C12R1/225GK1496994SQ0313275
公开日2004年5月19日 申请日期2003年9月26日 优先权日2002年9月27日
发明者R·J·布瓦什奇克, L·A·特里奇, R J 布瓦什奇克, 特里奇 申请人:玉米制品国际有限公司