一种提高生淀粉酶解效率的预处理方法与流程

本发明涉及一种提高生淀粉酶解效率的预处理方法，属于淀粉制糖技术领域。

背景技术：

随着生活水平的提高，人们对淀粉糖的需求量日益增大。传统的淀粉酶法制糖工艺分液化、糖化两步进行，淀粉乳初始浓度通常控制在30％左右，导致糖化液浓度较低，必须经过蒸发浓缩处理，造成高水耗、高能耗等问题。因此，提高淀粉乳初始浓度非常必要，但会导致加热糊化过程中，反应体系黏度的大大增加，难以实现搅拌和混合均匀。目前，主要的解决措施有复合酶液化、生淀粉酶作用等，采用中温α-淀粉酶或生淀粉酶预先对生淀粉颗粒进行水解。

多孔淀粉是一种新型有机吸附剂和包埋材料，具有高效、无毒、安全、可生物降解等优点，广泛用于食品、医药、日用化工等行业。而多孔淀粉是具有生淀粉酶活力的酶在低于糊化温度下直接作用于生淀粉形成的。

然而，淀粉是具有半结晶性质的高聚物，内部结构高度有序的排列结构不易与酶及多数化学试剂接触，对酶的作用抵抗力较强。且淀粉颗粒的酶法水解是一个固液两相反应，酶需要首先扩散至底物，结合到固体淀粉颗粒上，然后再进行水解。而淀粉酶的颗粒尺寸较大，因此淀粉酶与淀粉颗粒的结合会受到限制，降低了生淀粉的水解效率。

技术实现要素：

为解决该问题，本发明选择生淀粉为原料，采用适宜的温度对淀粉进行保温预处理，提高淀粉酶水解生淀粉的反应效率。

本发明的第一个目的是提供一种提高生淀粉酶解反应效率的预处理方法，所述方法包括将水与生淀粉混合制成质量分数≤45％淀粉乳，然后在45-65℃对所述淀粉乳进行保温预处理，提高淀粉酶水解生淀粉的反应效率。

在本发明的一种实施方式中，所述保温预处理，是淀粉乳在低于起始糊化温度下进行的热处理，同时不断搅拌。

在本发明的一种实施方式中，所述生淀粉为普通玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉等。

在本发明的一种实施方式中，所述预处理时间至少为10min。

本发明的一种实施方式，所述方法是以质量分数5％-45％的玉米淀粉乳为原料，在50-57.5℃下保温30-60min，并不断搅拌。

本发明的一种实施方式，所述方法是以质量分数30％-45％的玉米淀粉乳为原料，在60-65℃下保温10-30min，并不断搅拌。

本发明的第二个目的是提供一种对生淀粉酶法水解的方法，所述方法是先应用所述方法进行保温预处理得到的生淀粉，再加入酶进行酶解反应。

在本发明的一种实施方式中，所述保温预处理后、加入淀粉酶前还对保温预处理的淀粉进行干燥、粉碎。

在本发明的一种实施方式中，所述酶包括生淀粉酶、中温α-淀粉酶、耐高温α-淀粉酶、糖化酶或其一定比例的混合物。

在本发明的一种实施方式中，所述酶解反应在30-60℃、pH3.5-6.5的条件下进行。

在本发明的一种实施方式中，所述酶解反应是加入40-100U/g耐高温α-淀粉酶，于40℃、pH6.0条件下反应60min。

本发明还提供所述方法在食品、化工领域降解淀粉方面的应用。

有益效果：1、本发明在进行高浓度淀粉乳酶法液化之前，首先在特定温度下对生淀粉颗粒进行预处理，将生淀粉的酶解效率提高1-3倍，可以促进生淀粉酶或中温α-淀粉酶对高浓度淀粉乳体系的降黏效果，有利于改善酶法液化高浓度淀粉乳的效果，液化至DE值15所需反应时间缩短30％；2、本发明明确研究了保温预处理对生淀粉酶解性质的影响，因此提出了基于保温预处理提高生淀粉酶解效率的方法，采用传统的水-热处理即可改善生淀粉酶解性质，无需使用微波、超声、辐照等高能耗设备，成本优势明显；3、相对于现有的多孔淀粉生产工艺，本发明可以明显降低多孔淀粉生产时酶的使用量或缩短一半的反应时间。虽然玉米淀粉颗粒的保温预处理导致少量的能源消耗，但淀粉酶使用量的减少37.5％，能够显著降低多孔淀粉的生产成本；4、本发明所述的淀粉乳浓度，质量分数可以达到45％，在体系浓度上，不会限制其应用范围。经过保温预处理后，淀粉乳可以直接应用于高浓度淀粉乳酶法制糖，减少淀粉制糖后期蒸发能耗；也可进行适当稀释，然后用于多孔淀粉的制备，降低酶用量或反应时间。

附图说明

图1保温预处理淀粉颗粒酶解性质的影响；不同小写字母表示差异显著性(p＜0.05)；

图2保温预处理对不同浓度淀粉乳的酶解性质的影响；不同小写字母表示差异显著性(p＜0.05)；

图3保温预处理时间对45％(w/w质量分数)淀粉乳的酶解性质的影响，每个值为三次独立测量结果的平均值，每列柱形图上标注的不同小写字母表示差异显著性(p＜0.05)；

图4保温预处理温度对45％(w/w质量分数)淀粉乳的酶解性质的影响；其中C-N：未经保温；C-25：25℃；C-50：50℃；C-60：60℃；C-62.5：62.5℃；C-65：65℃；不同小写字母表示差异显著性(p＜0.05)；

图5保温预处理对不同来源淀粉的影响；不同小写字母表示差异显著性(p＜0.05)；

图6保温预处理对复合酶法液化高浓度淀粉乳的影响；

图7保温预处理对制备多孔淀粉的影响。

具体实施方式

实施例1 保温预处理淀粉颗粒酶解性质的影响

取经过或未经过保温处理的淀粉，加入生淀粉酶、中温α-淀粉酶、耐高温α-淀粉酶、糖化酶和复合酶(中温α-淀粉酶+耐高温α-淀粉酶)分别反应30min，然后测定还原糖含量(以葡萄糖计)。测定结果如图1所示。

从反应结果显示，保温处理可以提升上述四种酶及复合酶对普通玉米淀粉的酶解效率。未经保温处理的淀粉酶解30min之后，DE值在5左右；而淀粉经过50℃保温处理后，中温α-淀粉酶、耐高温α-淀粉酶、糖化酶和复合酶的酶解效率均提升一倍以上；60℃保温处理则使酶解效率均提升三倍。相比于其他三种酶，生淀粉酶的酶解效率受保温预处理影响较小，可能是由于生淀粉酶本身具有较强的水解生淀粉颗粒的活性。

实施例2 保温预处理对不同浓度淀粉乳的酶解性质的影响

分别配制5％、30％、45％和47.5％(w/w质量分数)的普通玉米淀粉乳加入到四口烧瓶中，调节pH至6.0，在60℃下搅拌30min。配制成5％浓度的淀粉乳，加入耐高温α-淀粉酶于40℃反应30min，然后测定还原糖含量(以葡萄糖计)。以未经保温处理的普通玉米淀粉作为对照，测定结果如图2所示。

从反应结果显示，质量分数5％、30％和45％的普通玉米淀粉乳经过保温预处理，酶解效率明显提高，淀粉乳浓度越低，保温预处理的效果越明显。47.5％浓度的淀粉乳在60℃保温处理，黏度很大，难以搅拌，效果较差且不稳定。所以进行保温预处理的淀粉乳浓度，质量分数不宜超过45％。

实施例3 保温预处理时间对45％(w/w质量分数)淀粉乳的酶解性质的影响

配制45％的普通玉米淀粉乳加入到四口烧瓶中，调节pH至6.0，在60℃下分别搅拌0、1、3、5、7.5、10、15、20、30、60min后，降温至40℃，加入耐高温α-淀粉酶反应30min，然后测定还原糖含量(以葡萄糖计)。测定结果如图3所示。

从反应结果显示，随着保温时间的延长，普通玉米淀粉颗粒更容易被酶水解。并且在保温的前15min，酶敏感性快速增强，随后逐渐减缓并趋于稳定。60℃保温处理60min与30min差别不大，淀粉水解产物DE值达到15，是未经处理淀粉的四倍左右。

实施例4 保温预处理温度对45％(w/w质量分数)淀粉乳的酶解性质的影响

配制45％的普通玉米淀粉乳加入到四口烧瓶中，调节pH至6.0，分别在25、50、60、62.5和65℃下搅拌30min后，降温至40℃，加入耐高温α-淀粉酶反应30min，然后测定还原糖含量(以葡萄糖计)。以未经保温预处理的玉米淀粉为对照，测定结果如图4所示。

从反应结果显示，25℃保温处理几乎不改变淀粉颗粒的酶解性质，说明酶解性质的改善主要由适宜的高温而非搅拌等其他因素导致的。随着保温预处理的温度增加，普通玉米淀粉颗粒更容易被酶水解。65℃保温30min，淀粉水解产物DE值达到27.6，是未经处理淀粉的6.9倍。

实施例5 保温预处理对不同来源淀粉的影响

分别配制30％的普通玉米淀粉、马铃薯淀粉和木薯淀粉悬浮液加入到四口烧瓶中，调节pH至6.0，分别在50、55和60℃下搅拌30min后，降温至40℃，加入耐高温α-淀粉酶反应30min，然后测定还原糖含量(以葡萄糖计)。以未经保温预处理的生淀粉为对照，测定结果如图5所示。

从反应结果显示，50、55和60℃保温可以明显改善三种生淀粉的酶解性质。马铃薯淀粉属于RS₂型抗性淀粉，未经预处理的马铃薯淀粉颗粒难以被淀粉酶水解，酶解30min后，DE值不到1。而经过保温预处理，马铃薯淀粉的酶解效率大大提高，酶解产物DE值可以达到15。

实施例6 保温预处理对复合酶法液化高浓度淀粉乳的影响

配制45％的淀粉乳加入到四口烧瓶中，调节pH至6.0，在60℃下搅拌30min后，加入中温α-淀粉酶和耐高温α-淀粉酶，于60℃下继续反应15min，然后升温至90℃液化。定时取样，测定还原糖含量(以葡萄糖计)，以25℃搅拌30min的45％浓度淀粉乳作为对照，结果如图6所示。

从反应结果显示，高浓度淀粉乳经过60℃保温30min，再进行复合酶法液化，液化速率明显提高，液化至DE值15所需反应时间缩短了20min。说明保温预处理可以促进复合酶法液化高浓度淀粉乳。

实施例7 保温预处理对制备多孔淀粉的影响

取未经过保温处理的淀粉，加入80U/g生淀粉酶反应150min，然后测定还原糖含量(以葡萄糖计)。取经过60℃保温30min的淀粉，加入50U/g生淀粉酶反应120min或加入80U/g生淀粉酶反应60min，然后测定还原糖含量(以葡萄糖计)。测定结果如图7所示。

从反应结果显示，经过60℃保温30min的淀粉，加入50U/g生淀粉酶就可以达到未保温淀粉80U/g生淀粉酶的水解程度，加酶量减少37.5％。此外，加酶量相同时，经过保温淀粉反应60min即可达到未保温淀粉反应150min的效果，反应时间缩短一半以上。因此，本发明可以用于多孔淀粉制备，能够降低酶的使用量或缩短的反应时间，显著降低多孔淀粉的生产成本。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。