专利名称：一种淀粉质原料的预处理方法
技术领域：
本发明涉及一种淀粉质原料的预处理方法。
背景技术：
目前国内企业对淀粉质原料(以玉米为例)进行预处理的方法为:将玉米粉加入温度为50-60°C的水中进行调浆得到浆液，然后，添加氢氧化钙调节浆液的pH值为6.0-6.5，并加入淀粉酶，一次喷射至80-95°C，维持碘试合格后进行压滤，制得液化清液。上述方法存在以下缺陷:(1)淀粉酶很难与玉米粉混合均匀，液化效果不稳定。(2 )淀粉利用率低。(3 )液化不彻底，制糖粮耗高，众所周知，淀粉酶很难与没有溶胀的淀粉晶体区作用，因此，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，即使最后勉强使液化液碘试合格，但是液化液压滤困难，滤渣粘性大，含水量高，不但会把部分糖液带入滤渣中，同时还造成淀粉酶的浪费。(4)添加氢氧化钙调节浆液的pH值存在添加过量的风险，而氢氧化钙添加过量会导致不可发酵性残糖(发酵菌株不能利用的糖)的产生，从而对后续发酵产生负面影响。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能够提高淀粉利用率、液化彻底、降低制糖粮耗并减少不可发酵性残糖产生的淀粉质原料的预处理方法。本发明的发明人发现，在现有技术的调浆过程中，调浆后浆液的温度适合微生物的生长，而微生物生长会 消耗淀粉质原料中的部分可溶性糖，从而导致淀粉利用率下降。另夕卜，微生物在生长过程中还会产生杂酸和其他代谢产物，导致调浆后浆液的PH值下降，故限制调浆过程中微生物的生长能够有效地提高淀粉利用率并防止调浆后浆液的PH值下降。因此，为了实现上述目的，本发明提供了一种淀粉质原料的预处理方法，该方法包括以下步骤:(I)制备含有耐高温淀粉酶的水溶液，将含有耐高温淀粉酶的水溶液与淀粉质原料粉末混合，得到混合物，所述混合的条件包括温度为65-90°C，优选为70-85°C ；(2)将步骤(I)中得到的混合物一次喷射至90-100°C并保持；再将一次喷射得到的产物二次喷射至120-140°C并保持；(3)在酶解条件下，将步骤(2)得到的产物与淀粉酶混合，进行酶解，得到液化液。通过上述技术方案，本发明方法能够有效地抑制调浆过程中微生物的生长；液化效果稳定并彻底；淀粉利用率高且制糖粮耗低；而且不需要在喷射液化前添加氢氧化钙调节PH值，降低了不可发酵性残糖产生的可能性。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。在本发明中，根据GB8275-2009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I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。另外，在未作相反说明的情况下，使用的术语“耐高温淀粉酶”是指耐高温a-淀粉酶；“淀粉酶”是指能够分解淀粉糖苷键的一类酶的总称，淀粉酶一般包括a-淀粉酶、￠-淀粉酶和异淀粉酶。a -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a -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。3 -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。异淀粉酶又称淀粉a-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a -1, 6-糖苷键，将支链淀粉的整个侧链切下变成直链淀粉。本发明提供的淀粉质原料的预处理方法包括以下步骤:(I)制备含有耐高温淀粉酶的水溶液，将含有耐高温淀粉酶的水溶液与淀粉质原料粉末混合，得到混合物，所述混合的条件包括温度为65-90°C，优选为70-85°C ；(2)将步骤(I)中得到的混合物一次喷射至90-100°C并保持；再将一次喷射得到的产物二次喷射至120-140°C并保持；(3)在酶解条件下，将步骤(2)得到的产物与淀粉酶混合，进行酶解，得到液化液。步骤(I)中，只要所述混合的条件为上述条件即可实现本发明的目的。其中，所述制备含有耐高温淀粉酶的水溶液的方法可以为本领域技术人员熟知的各种方法。而且本发明对所述混合的时间没有特别限定，一般地，所述混合的时间为3-10min。另外，所述淀粉质原料粉末的平均粒径可以为本领 域常规的适于喷射液化和酶解的平均粒径，例如，可以为300-500 u mD根据本发明，步骤(I)中，所述耐高温淀粉酶的用量可以为常规用量，但优选情况下，相对于每克以干重计的淀粉质原料粉末，所述耐高温淀粉酶的用量为15-50酶活力单位，更优选为25-35酶活力单位，从而进一步提高液化效果。所述混合物中的水含量可以为常规含量，优选情况下，所述混合物中的水含量为60-70重量％。根据本发明，在步骤(2)中，对所述一次喷射和二次喷射的方式和时间没有特别限定，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，故在此不再赘述。需要说明的是，步骤(2)中提及的喷射至某温度(以100°C为例)并保持，指的是喷射后物料的温度为KKTC，并在该温度(IO(TC)下保持。其中，喷射后保持的时间可以在较宽范围内选择，优选地，将步骤(I)中得到的混合物一次喷射至90-100°C，并在该温度下保持60-120min ;将一次喷射得到的产物二次喷射至120_140°C，并在该温度下保持 4-10min。根据本发明，步骤(3)中，所述淀粉酶可以为一般的淀粉酶，如a-淀粉酶、￠-淀粉酶和异淀粉酶；也可以为耐高温淀粉酶。优选情况下，使用a-淀粉酶和/或异淀粉酶。更优选使用耐高温淀粉酶即耐高温a-淀粉酶，耐高温a-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a -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。上述各种淀粉酶均可以通过商购获得。根据本发明，步骤(3)中，所述酶解的条件可以在较宽范围内选择，优选情况下，当所述淀粉酶为耐高温淀粉酶时，所述酶解的条件包括酶解温度为90-100°C，酶解时间为12_60mino根据本发明，步骤(3)中，所述淀粉酶的用量可以在较宽范围内选择，但优选情况下，所述淀粉酶的用量为制备含有耐高温淀粉酶的水溶液的耐高温淀粉酶用量的30-40重量％，更优选为25-35重量％。当步骤(3)中所述淀粉酶的用量在上述优选范围内时，能够获得更好的液化效果。根据本发明，步骤(3)中，可以通过多种方式将步骤(2)得到的产物的温度降至酶解温度，优选情况下，通过闪蒸的方式将步骤(2)得到的产物的温度降至酶解温度，以使大颗粒淀粉膨胀破裂为小颗粒淀粉，从而达到更佳的酶解效果。可以通过本领域常规的工艺进行闪蒸，因此本文不再赘述。更优选的情况下，将闪蒸后得到的冷凝水返回步骤(I)中用于制备含有耐高温淀粉酶的水溶液。这样可以循环利用资源，降低生产成本。根据本发明，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、小麦和高粱中的一种或多种。更优选地，所述淀粉质原料为未脱胚的玉米，此时该方法还包括除去步骤(3)中得到的液化液上层的油层。本发明的发明人发现，使用本发明的方法进行玉米淀粉质原料的预处理时，能够很好地使未脱胚玉米中的油脂脱出，且脱出的油脂漂浮于液化液的上层，可以很容易地除去，从而能够在不脱胚的情况下获得油脂量低的液化液，还能回收油脂、提高玉米淀粉质原料的利用价值，并且降低了油脂对后续发酵过程的影响。本发明优选将步骤(3)中酶解获得的产物进行固液分离如压滤，且压滤得到的液体为液化液。优选情况下，所述压滤的压力为0.1-0.6MPa。根据本发明，为了获得含有单糖的糖液，所述方法还可以包括在除上述淀粉酶(a -淀粉酶、β-淀粉酶和异淀粉酶)以外的糖化酶的糖化条件下，将步骤(3)得到的液化液与糖化酶接触进行糖化，得到糖液。其中，相对于每克以干重计的淀粉质原料粉末，所述糖化酶的用量优选为50-100酶活力单位。所述糖化条件优选包括:pH值为4.0-4.6，糖化温度为90-100°C，糖化时间为16_24h。其中，糖化酶又称淀粉a-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a-l，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a-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。优选地，所述糖化还可以在糖化酶和普鲁兰酶的存在下进行。所述糖化酶和普鲁兰酶均可以通过商购获得。以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式
中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，所用耐高温淀粉酶为购自诺维信公司的耐高温a -淀粉酶；涉及的玉米粉的质量均以玉米粉的干重计。液化液DE值的测定方法为:费林法测出液化液还原糖Al (m/m)，烘箱烘干法测出液化液干物含量A2 (m/m),液化液DE值=(A1/A2) X 100%。压滤残渣中的水分含量通过全自动卡尔费休水分滴定仪(DL55)测得。压滤残渣中残淀粉含量减去了滤渣中已经被酶解的能溶于水的糖含量，是不能溶于水的大分子糊精和淀粉的含量，测定方法为:取两份等量的残渣，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％、残渣中酶解总糖的含量C重量％，再检测出残渣中干基含量W重量％，则酶解残渣中干基残淀粉含量= (C-B-A) X0.9/W。制糖粮耗=投入玉米粉总重量/液化液中的总糖重量(t/t，按照GBT15038-2006的总糖直接滴定法测定液化液中的总糖重量)。实施例1(I)将用量为25酶活力单位/g玉米粉的耐高温淀粉酶溶于水中，在70°C下，将获得的耐高温淀粉酶的水溶液与100重量份的玉米粉(平均粒径为400 ym)混合，得到混合物；(2)将混合物与150°C的饱 和蒸汽在兆光喷射器中进行一次喷射(蒸汽与混合物的重量比为0.05:1)，一次喷射的时间为5s，使得与蒸汽接触后的产物的温度为90°C，并层流维持120min ;再将一次喷射获得的产物与220°C的过饱和蒸汽在兆光喷射器中进行二次喷射(蒸汽与一次喷射获得的产物的重量比为0.05:1)，二次喷射的时间为5s，使得与蒸汽接触后的产物的温度为120°C，并在该温度下保持4min ；(3)将步骤(2)得到的产物进行闪蒸(压力为-0.07MPa，时间为IOs)以降温至100°C，得到预液化液。并将闪蒸后得到的冷凝水返回用于上述制备耐高温淀粉酶水溶液的步骤中。在95°C下，将该预液化液与用量为6.3酶活力单位/g玉米粉的耐高温淀粉酶混合，酶解50min。将酶解产物进行压滤，除去并回收液体上层的油层，得到液化液。测定液化液的DE值、压滤获得的滤渣的水分含量及残淀粉含量，并计算制糖粮耗，结果如表I所示。实施例2(I)将用量为35酶活力单位/g玉米粉的耐高温淀粉酶溶于水中，在85°C下，将获得的耐高温淀粉酶的水溶液与100重量份的玉米粉(平均粒径为400 ym)混合，得到混合物；(2)将混合物与160°C的饱和蒸汽在兆光喷射器中进行一次喷射(蒸汽与混合物的重量比为0.05:1)，一次喷射的时间为5s，使得与蒸汽接触后的产物的温度为100°C，并层流维持60min ;再将一次喷射获得的产物与220°C的过饱和蒸汽在兆光喷射器中进行二次喷射(蒸汽与一次喷射获得的产物的重量比为0.06:1)，二次喷射的时间为5s，使得与蒸汽接触后的产物的温度为140°C，并在该温度下保持IOmin ；(3)将步骤(2)得到的产物进行闪蒸(压力为-0.07MPa，时间为IOs)以降温至100°C，得到预液化液。并将闪蒸后得到的冷凝水返回用于上述制备耐高温淀粉酶水溶液的步骤中。在95°C下，将该预液化液与用量为10.5酶活力单位/g玉米粉的耐高温淀粉酶混合，酶解12min。将酶解产物进行压滤，除去并回收液体上层的油层，得到液化液。测定液化液的DE值、压滤获得的滤渣的水分含量及残淀粉含量，并计算制糖粮耗，结果如表I所示。实施例3(I)将用量为30酶活力单位/g玉米粉的耐高温淀粉酶溶于水中，在80°C下，将获得的耐高温淀粉酶的水溶液与100重量份的玉米粉(平均粒径为400 ym)混合，得到混合物；(2)将混合物与158°C的饱和蒸汽在兆光喷射器中进行一次喷射(蒸汽与混合物的重量比为0.05:1)，一次喷射的时间为5s，使得与蒸汽接触后的产物的温度为98°C，并层流维持IOOmin ;再将一次喷射获得的产物与220°C的蒸汽在兆光喷射器中进行二次喷射(蒸汽与一次喷射获得的产物的重量比为0.05:1)，二次喷射的时间为5s，使得与蒸汽接触后的产物的温度为130°C，并在该温度下保持6min ；(3)将步骤(2)得到的产物进行闪蒸(压力为-0.07MPa，时间为IOs)以降温至100°C，得到预液化液。并将闪蒸后得到的冷凝水返回用于上述制备耐高温淀粉酶水溶液的步骤中。在95°C下，将该 预液化液与用量为12.3酶活力单位/g玉米粉的耐高温淀粉酶混合，酶解60min。将酶解产物进行压滤，除去并回收液体上层的油层，得到液化液。测定液化液的DE值、压滤获得的滤渣的水分含量及残淀粉含量，并计算制糖粮耗，结果如表I所示。实施例4按照实施例3的方法进行淀粉质原料的预处理，不同的是，步骤(I)中耐高温淀粉酶的用量为12.3酶活力单位/g玉米粉，且步骤(3)中耐高温淀粉酶的用量为30酶活力单位/g玉米粉，结果如表I所示。对比例I按照实施例3的方法进行淀粉质原料的预处理，不同的是，步骤(I)中，在60°C下，将获得的耐高温淀粉酶的水溶液与100重量份的玉米粉(平均粒径为400 ym)混合，得到混合物，结果如表I所示。表I
权利要求
1.一种淀粉质原料的预处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: (1)制备含有耐高温淀粉酶的水溶液，将含有耐高温淀粉酶的水溶液与淀粉质原料粉末混合，得到混合物，所述混合的条件包括温度为65-90°C，优选为70-85°C ； (2)将步骤(I)中得到的混合物一次喷射至90-100°C并保持；再将一次喷射得到的产物二次喷射至120-140°C并保持； (3)在酶解条件下，将步骤(2)得到的产物与淀粉酶混合，进行酶解，得到液化液。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(I)中，相对于每克以干重计的淀粉质原料粉末，所述耐高温淀粉酶的用量为15-50酶活力单位；所述混合物中的水含量为60-70重量％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(2)中，所述一次喷射后保持的时间为60-120min ;所述二次喷射后保持的时间为4_10min。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(3)中，所述淀粉酶为耐高温淀粉酶，且所述酶解的条件包括酶解温度为90-100°C，酶解时间为12-60min。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其中，步骤(3)中，所述淀粉酶的用量为步骤(I)中制备含有耐高温淀粉酶的水溶液的耐高温淀粉酶用量的30-40重量％。
6.根据权利要求1或4所述的方法，其中，步骤(3)中，通过闪蒸的方式将步骤(2)得到的产物的温度降至酶解温度。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述闪蒸后得到的冷凝水用于制备含有耐高温淀粉酶的水溶液。
8.根据权利要求1所 述的方法，其中，所述淀粉质原料选自玉米、薯类、小麦和高粱中的一种或多种。
9.根据权利要求1或8所述的方法，其中，所述淀粉质原料为未脱胚的玉米，且该方法还包括除去步骤(3)中得到的液化液上层的油层。
全文摘要
本发明公开了一种淀粉质原料的预处理方法，该方法包括以下步骤(1)制备含有耐高温淀粉酶的水溶液，将含有耐高温淀粉酶的水溶液与淀粉质原料粉末混合，得到混合物，所述混合的条件包括温度为65-90℃；(2)将步骤(1)中得到的混合物一次喷射至90-100℃并保持；再将一次喷射得到的产物二次喷射至120-140℃并保持；(3)在酶解条件下，将步骤(2)得到的产物与淀粉酶混合，进行酶解，得到液化液。本发明方法能够有效地抑制调浆过程中微生物的生长；液化效果稳定并彻底；淀粉利用率高且制糖粮耗低；而且不需要在喷射液化前添加氢氧化钙调节pH值，降低了不可发酵性残糖产生的可能性。
文档编号C12P19/22GK103146783SQ201310105969
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者岳国君, 罗虎, 周勇, 朱继成, 卢宗梅 申请人:中粮生物化学(安徽)股份有限公司