專利名稱：一種淀粉質(zhì)原料的預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種淀粉質(zhì)原料的預(yù)處理方法。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)企業(yè)對淀粉質(zhì)原料(以玉米為例)進(jìn)行預(yù)處理的方法為:將玉米粉加入溫度為50-60°C的水中進(jìn)行調(diào)漿得到漿液，然后，添加氫氧化鈣調(diào)節(jié)漿液的pH值為6.0-6.5，并加入淀粉酶，一次噴射至80-95°C，維持碘試合格后進(jìn)行壓濾，制得液化清液。上述方法存在以下缺陷:(1)淀粉酶很難與玉米粉混合均勻，液化效果不穩(wěn)定。(2 )淀粉利用率低。(3 )液化不徹底，制糖糧耗高，眾所周知，淀粉酶很難與沒有溶脹的淀粉晶體區(qū)作用，因此，雖然加入了比較多的淀粉酶，但是淀粉質(zhì)原料仍然很難液化，即使最后勉強(qiáng)使液化液碘試合格，但是液化液壓濾困難，濾渣粘性大，含水量高，不但會(huì)把部分糖液帶入濾渣中，同時(shí)還造成淀粉酶的浪費(fèi)。(4)添加氫氧化鈣調(diào)節(jié)漿液的pH值存在添加過量的風(fēng)險(xiǎn)，而氫氧化鈣添加過量會(huì)導(dǎo)致不可發(fā)酵性殘?zhí)?發(fā)酵菌株不能利用的糖)的產(chǎn)生，從而對后續(xù)發(fā)酵產(chǎn)生負(fù)面影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠提高淀粉利用率、液化徹底、降低制糖糧耗并減少不可發(fā)酵性殘?zhí)钱a(chǎn)生的淀粉質(zhì)原料的預(yù)處理方法。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)漿過程中，調(diào)漿后漿液的溫度適合微生物的生長，而微生物生長會(huì) 消耗淀粉質(zhì)原料中的部分可溶性糖，從而導(dǎo)致淀粉利用率下降。另夕卜，微生物在生長過程中還會(huì)產(chǎn)生雜酸和其他代謝產(chǎn)物，導(dǎo)致調(diào)漿后漿液的PH值下降，故限制調(diào)漿過程中微生物的生長能夠有效地提高淀粉利用率并防止調(diào)漿后漿液的PH值下降。因此，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種淀粉質(zhì)原料的預(yù)處理方法，該方法包括以下步驟:(I)制備含有耐高溫淀粉酶的水溶液，將含有耐高溫淀粉酶的水溶液與淀粉質(zhì)原料粉末混合，得到混合物，所述混合的條件包括溫度為65-90°C，優(yōu)選為70-85°C ；(2)將步驟(I)中得到的混合物一次噴射至90-100°C并保持；再將一次噴射得到的產(chǎn)物二次噴射至120-140°C并保持；(3)在酶解條件下，將步驟(2)得到的產(chǎn)物與淀粉酶混合，進(jìn)行酶解，得到液化液。通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明方法能夠有效地抑制調(diào)漿過程中微生物的生長；液化效果穩(wěn)定并徹底；淀粉利用率高且制糖糧耗低；而且不需要在噴射液化前添加氫氧化鈣調(diào)節(jié)PH值，降低了不可發(fā)酵性殘?zhí)钱a(chǎn)生的可能性。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式
部分予以詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
以下對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式
僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。在本發(fā)明中，根據(jù)GB8275-2009定義:Ig固體酶粉(或Iml液體酶)，于70°C、pH=6.0條件下，Imin內(nèi)液化Img可溶性淀粉所需要的酶量，即為I個(gè)酶活力單位，以u(píng)/g(或u/ml)表示，本發(fā)明中酶活力單位沿用此定義。另外，在未作相反說明的情況下，使用的術(shù)語“耐高溫淀粉酶”是指耐高溫a-淀粉酶；“淀粉酶”是指能夠分解淀粉糖苷鍵的一類酶的總稱，淀粉酶一般包括a-淀粉酶、￠-淀粉酶和異淀粉酶。a -淀粉酶又稱淀粉1，4-糊精酶，它能夠任意地、不規(guī)則地切開淀粉鏈內(nèi)部的a -1, 4-糖苷鍵，將淀粉水解為麥芽糖、含有6個(gè)葡萄糖單位的寡糖和帶有支鏈的寡糖。3 -淀粉酶又稱淀粉1，4-麥芽糖苷酶，能夠從淀粉分子非還原性末端切開1，4-糖苷鍵，生成麥芽糖，此酶作用于淀粉的產(chǎn)物是麥芽糖與極限糊精。異淀粉酶又稱淀粉a-1，6-葡萄糖苷酶、分枝酶，此酶作用于支鏈淀粉分子分枝點(diǎn)處的a -1, 6-糖苷鍵，將支鏈淀粉的整個(gè)側(cè)鏈切下變成直鏈淀粉。本發(fā)明提供的淀粉質(zhì)原料的預(yù)處理方法包括以下步驟:(I)制備含有耐高溫淀粉酶的水溶液，將含有耐高溫淀粉酶的水溶液與淀粉質(zhì)原料粉末混合，得到混合物，所述混合的條件包括溫度為65-90°C，優(yōu)選為70-85°C ；(2)將步驟(I)中得到的混合物一次噴射至90-100°C并保持；再將一次噴射得到的產(chǎn)物二次噴射至120-140°C并保持；(3)在酶解條件下，將步驟(2)得到的產(chǎn)物與淀粉酶混合，進(jìn)行酶解，得到液化液。步驟(I)中，只要所述混合的條件為上述條件即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。其中，所述制備含有耐高溫淀粉酶的水溶液的方法可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的各種方法。而且本發(fā)明對所述混合的時(shí)間沒有特別限定，一般地，所述混合的時(shí)間為3-10min。另外，所述淀粉質(zhì)原料粉末的平均粒徑可以為本領(lǐng) 域常規(guī)的適于噴射液化和酶解的平均粒徑，例如，可以為300-500 u mD根據(jù)本發(fā)明，步驟(I)中，所述耐高溫淀粉酶的用量可以為常規(guī)用量，但優(yōu)選情況下，相對于每克以干重計(jì)的淀粉質(zhì)原料粉末，所述耐高溫淀粉酶的用量為15-50酶活力單位，更優(yōu)選為25-35酶活力單位，從而進(jìn)一步提高液化效果。所述混合物中的水含量可以為常規(guī)含量，優(yōu)選情況下，所述混合物中的水含量為60-70重量％。根據(jù)本發(fā)明，在步驟(2)中，對所述一次噴射和二次噴射的方式和時(shí)間沒有特別限定，可以在本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的噴射器(例如，兆光噴射器或天長水熱器)中進(jìn)行噴射接觸，故在此不再贅述。需要說明的是，步驟(2)中提及的噴射至某溫度(以100°C為例)并保持，指的是噴射后物料的溫度為KKTC，并在該溫度(IO(TC)下保持。其中，噴射后保持的時(shí)間可以在較寬范圍內(nèi)選擇，優(yōu)選地，將步驟(I)中得到的混合物一次噴射至90-100°C，并在該溫度下保持60-120min ;將一次噴射得到的產(chǎn)物二次噴射至120_140°C，并在該溫度下保持 4-10min。根據(jù)本發(fā)明，步驟(3)中，所述淀粉酶可以為一般的淀粉酶，如a-淀粉酶、￠-淀粉酶和異淀粉酶；也可以為耐高溫淀粉酶。優(yōu)選情況下，使用a-淀粉酶和/或異淀粉酶。更優(yōu)選使用耐高溫淀粉酶即耐高溫a-淀粉酶，耐高溫a-淀粉酶具有極好的耐熱性，是采用地衣芽孢桿菌經(jīng)深層培養(yǎng)，提取等工序精制而成，能隨機(jī)水解淀粉、糖原及其降解物內(nèi)部的a -1, 4葡萄糖苷健使得膠狀淀粉溶液的粘度迅速下降，產(chǎn)生可溶性糊精和寡聚糖，過度的水解可產(chǎn)生少量葡萄糖和麥芽糖。上述各種淀粉酶均可以通過商購獲得。根據(jù)本發(fā)明，步驟(3)中，所述酶解的條件可以在較寬范圍內(nèi)選擇，優(yōu)選情況下，當(dāng)所述淀粉酶為耐高溫淀粉酶時(shí)，所述酶解的條件包括酶解溫度為90-100°C，酶解時(shí)間為12_60mino根據(jù)本發(fā)明，步驟(3)中，所述淀粉酶的用量可以在較寬范圍內(nèi)選擇，但優(yōu)選情況下，所述淀粉酶的用量為制備含有耐高溫淀粉酶的水溶液的耐高溫淀粉酶用量的30-40重量％，更優(yōu)選為25-35重量％。當(dāng)步驟(3)中所述淀粉酶的用量在上述優(yōu)選范圍內(nèi)時(shí)，能夠獲得更好的液化效果。根據(jù)本發(fā)明，步驟(3)中，可以通過多種方式將步驟(2)得到的產(chǎn)物的溫度降至酶解溫度，優(yōu)選情況下，通過閃蒸的方式將步驟(2)得到的產(chǎn)物的溫度降至酶解溫度，以使大顆粒淀粉膨脹破裂為小顆粒淀粉，從而達(dá)到更佳的酶解效果。可以通過本領(lǐng)域常規(guī)的工藝進(jìn)行閃蒸，因此本文不再贅述。更優(yōu)選的情況下，將閃蒸后得到的冷凝水返回步驟(I)中用于制備含有耐高溫淀粉酶的水溶液。這樣可以循環(huán)利用資源，降低生產(chǎn)成本。根據(jù)本發(fā)明，所述淀粉質(zhì)原料可以為本領(lǐng)域公知的各種可以用于酶解、發(fā)酵的含有淀粉的原料，例如，可以選自玉米、薯類、小麥和高粱中的一種或多種。更優(yōu)選地，所述淀粉質(zhì)原料為未脫胚的玉米，此時(shí)該方法還包括除去步驟(3)中得到的液化液上層的油層。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，使用本發(fā)明的方法進(jìn)行玉米淀粉質(zhì)原料的預(yù)處理時(shí)，能夠很好地使未脫胚玉米中的油脂脫出，且脫出的油脂漂浮于液化液的上層，可以很容易地除去，從而能夠在不脫胚的情況下獲得油脂量低的液化液，還能回收油脂、提高玉米淀粉質(zhì)原料的利用價(jià)值，并且降低了油脂對后續(xù)發(fā)酵過程的影響。本發(fā)明優(yōu)選將步驟(3)中酶解獲得的產(chǎn)物進(jìn)行固液分離如壓濾，且壓濾得到的液體為液化液。優(yōu)選情況下，所述壓濾的壓力為0.1-0.6MPa。根據(jù)本發(fā)明，為了獲得含有單糖的糖液，所述方法還可以包括在除上述淀粉酶(a -淀粉酶、β-淀粉酶和異淀粉酶)以外的糖化酶的糖化條件下，將步驟(3)得到的液化液與糖化酶接觸進(jìn)行糖化，得到糖液。其中，相對于每克以干重計(jì)的淀粉質(zhì)原料粉末，所述糖化酶的用量優(yōu)選為50-100酶活力單位。所述糖化條件優(yōu)選包括:pH值為4.0-4.6，糖化溫度為90-100°C，糖化時(shí)間為16_24h。其中，糖化酶又稱淀粉a-1，4-葡萄糖苷酶，此酶作用于淀粉分子的非還原性末端，以葡萄糖為單位，依次作用于淀粉分子中的a-l，4_糖苷鍵，生成葡萄糖。糖化酶作用于支鏈淀粉后的產(chǎn)物有葡萄糖和帶有a-1，6-糖苷鍵的寡糖；作用于直鏈淀粉后的產(chǎn)物幾乎全部是葡萄糖。優(yōu)選地，所述糖化還可以在糖化酶和普魯蘭酶的存在下進(jìn)行。所述糖化酶和普魯蘭酶均可以通過商購獲得。以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式
中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
以下將通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。以下實(shí)施例中，所用耐高溫淀粉酶為購自諾維信公司的耐高溫a -淀粉酶；涉及的玉米粉的質(zhì)量均以玉米粉的干重計(jì)。液化液DE值的測定方法為:費(fèi)林法測出液化液還原糖Al (m/m)，烘箱烘干法測出液化液干物含量A2 (m/m),液化液DE值=(A1/A2) X 100%。壓濾殘?jiān)械乃趾客ㄟ^全自動(dòng)卡爾費(fèi)休水分滴定儀(DL55)測得。壓濾殘?jiān)袣埖矸酆繙p去了濾渣中已經(jīng)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，測定方法為:取兩份等量的殘?jiān)?，一份加入淀粉酶和?酶解殘?jiān)?，一份加入與淀粉酶和水的總重量等量的水(溶解殘?jiān)?，用費(fèi)林法分別檢測溶解殘?jiān)腥芙饪偺堑暮緼重量％、加入的淀粉酶的總糖含量B重量％、殘?jiān)忻附饪偺堑暮緾重量％，再檢測出殘?jiān)懈苫縒重量％，則酶解殘?jiān)懈苫鶜埖矸酆? (C-B-A) X0.9/W。制糖糧耗=投入玉米粉總重量/液化液中的總糖重量(t/t，按照GBT15038-2006的總糖直接滴定法測定液化液中的總糖重量)。實(shí)施例1(I)將用量為25酶活力單位/g玉米粉的耐高溫淀粉酶溶于水中，在70°C下，將獲得的耐高溫淀粉酶的水溶液與100重量份的玉米粉(平均粒徑為400 ym)混合，得到混合物；(2)將混合物與150°C的飽 和蒸汽在兆光噴射器中進(jìn)行一次噴射(蒸汽與混合物的重量比為0.05:1)，一次噴射的時(shí)間為5s，使得與蒸汽接觸后的產(chǎn)物的溫度為90°C，并層流維持120min ;再將一次噴射獲得的產(chǎn)物與220°C的過飽和蒸汽在兆光噴射器中進(jìn)行二次噴射(蒸汽與一次噴射獲得的產(chǎn)物的重量比為0.05:1)，二次噴射的時(shí)間為5s，使得與蒸汽接觸后的產(chǎn)物的溫度為120°C，并在該溫度下保持4min ；(3)將步驟(2)得到的產(chǎn)物進(jìn)行閃蒸(壓力為-0.07MPa，時(shí)間為IOs)以降溫至100°C，得到預(yù)液化液。并將閃蒸后得到的冷凝水返回用于上述制備耐高溫淀粉酶水溶液的步驟中。在95°C下，將該預(yù)液化液與用量為6.3酶活力單位/g玉米粉的耐高溫淀粉酶混合，酶解50min。將酶解產(chǎn)物進(jìn)行壓濾，除去并回收液體上層的油層，得到液化液。測定液化液的DE值、壓濾獲得的濾渣的水分含量及殘淀粉含量，并計(jì)算制糖糧耗，結(jié)果如表I所示。實(shí)施例2(I)將用量為35酶活力單位/g玉米粉的耐高溫淀粉酶溶于水中，在85°C下，將獲得的耐高溫淀粉酶的水溶液與100重量份的玉米粉(平均粒徑為400 ym)混合，得到混合物；(2)將混合物與160°C的飽和蒸汽在兆光噴射器中進(jìn)行一次噴射(蒸汽與混合物的重量比為0.05:1)，一次噴射的時(shí)間為5s，使得與蒸汽接觸后的產(chǎn)物的溫度為100°C，并層流維持60min ;再將一次噴射獲得的產(chǎn)物與220°C的過飽和蒸汽在兆光噴射器中進(jìn)行二次噴射(蒸汽與一次噴射獲得的產(chǎn)物的重量比為0.06:1)，二次噴射的時(shí)間為5s，使得與蒸汽接觸后的產(chǎn)物的溫度為140°C，并在該溫度下保持IOmin ；(3)將步驟(2)得到的產(chǎn)物進(jìn)行閃蒸(壓力為-0.07MPa，時(shí)間為IOs)以降溫至100°C，得到預(yù)液化液。并將閃蒸后得到的冷凝水返回用于上述制備耐高溫淀粉酶水溶液的步驟中。在95°C下，將該預(yù)液化液與用量為10.5酶活力單位/g玉米粉的耐高溫淀粉酶混合，酶解12min。將酶解產(chǎn)物進(jìn)行壓濾，除去并回收液體上層的油層，得到液化液。測定液化液的DE值、壓濾獲得的濾渣的水分含量及殘淀粉含量，并計(jì)算制糖糧耗，結(jié)果如表I所示。實(shí)施例3(I)將用量為30酶活力單位/g玉米粉的耐高溫淀粉酶溶于水中，在80°C下，將獲得的耐高溫淀粉酶的水溶液與100重量份的玉米粉(平均粒徑為400 ym)混合，得到混合物；(2)將混合物與158°C的飽和蒸汽在兆光噴射器中進(jìn)行一次噴射(蒸汽與混合物的重量比為0.05:1)，一次噴射的時(shí)間為5s，使得與蒸汽接觸后的產(chǎn)物的溫度為98°C，并層流維持IOOmin ;再將一次噴射獲得的產(chǎn)物與220°C的蒸汽在兆光噴射器中進(jìn)行二次噴射(蒸汽與一次噴射獲得的產(chǎn)物的重量比為0.05:1)，二次噴射的時(shí)間為5s，使得與蒸汽接觸后的產(chǎn)物的溫度為130°C，并在該溫度下保持6min ；(3)將步驟(2)得到的產(chǎn)物進(jìn)行閃蒸(壓力為-0.07MPa，時(shí)間為IOs)以降溫至100°C，得到預(yù)液化液。并將閃蒸后得到的冷凝水返回用于上述制備耐高溫淀粉酶水溶液的步驟中。在95°C下，將該 預(yù)液化液與用量為12.3酶活力單位/g玉米粉的耐高溫淀粉酶混合，酶解60min。將酶解產(chǎn)物進(jìn)行壓濾，除去并回收液體上層的油層，得到液化液。測定液化液的DE值、壓濾獲得的濾渣的水分含量及殘淀粉含量，并計(jì)算制糖糧耗，結(jié)果如表I所示。實(shí)施例4按照實(shí)施例3的方法進(jìn)行淀粉質(zhì)原料的預(yù)處理，不同的是，步驟(I)中耐高溫淀粉酶的用量為12.3酶活力單位/g玉米粉，且步驟(3)中耐高溫淀粉酶的用量為30酶活力單位/g玉米粉，結(jié)果如表I所示。對比例I按照實(shí)施例3的方法進(jìn)行淀粉質(zhì)原料的預(yù)處理，不同的是，步驟(I)中，在60°C下，將獲得的耐高溫淀粉酶的水溶液與100重量份的玉米粉(平均粒徑為400 ym)混合，得到混合物，結(jié)果如表I所示。表I
權(quán)利要求
1.一種淀粉質(zhì)原料的預(yù)處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)制備含有耐高溫淀粉酶的水溶液，將含有耐高溫淀粉酶的水溶液與淀粉質(zhì)原料粉末混合，得到混合物，所述混合的條件包括溫度為65-90°C，優(yōu)選為70-85°C ； (2)將步驟(I)中得到的混合物一次噴射至90-100°C并保持；再將一次噴射得到的產(chǎn)物二次噴射至120-140°C并保持； (3)在酶解條件下，將步驟(2)得到的產(chǎn)物與淀粉酶混合，進(jìn)行酶解，得到液化液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(I)中，相對于每克以干重計(jì)的淀粉質(zhì)原料粉末，所述耐高溫淀粉酶的用量為15-50酶活力單位；所述混合物中的水含量為60-70重量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，步驟(2)中，所述一次噴射后保持的時(shí)間為60-120min ;所述二次噴射后保持的時(shí)間為4_10min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(3)中，所述淀粉酶為耐高溫淀粉酶，且所述酶解的條件包括酶解溫度為90-100°C，酶解時(shí)間為12-60min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其中，步驟(3)中，所述淀粉酶的用量為步驟(I)中制備含有耐高溫淀粉酶的水溶液的耐高溫淀粉酶用量的30-40重量％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其中，步驟(3)中，通過閃蒸的方式將步驟(2)得到的產(chǎn)物的溫度降至酶解溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述閃蒸后得到的冷凝水用于制備含有耐高溫淀粉酶的水溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的方法，其中，所述淀粉質(zhì)原料選自玉米、薯類、小麥和高粱中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的方法，其中，所述淀粉質(zhì)原料為未脫胚的玉米，且該方法還包括除去步驟(3)中得到的液化液上層的油層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種淀粉質(zhì)原料的預(yù)處理方法，該方法包括以下步驟(1)制備含有耐高溫淀粉酶的水溶液，將含有耐高溫淀粉酶的水溶液與淀粉質(zhì)原料粉末混合，得到混合物，所述混合的條件包括溫度為65-90℃；(2)將步驟(1)中得到的混合物一次噴射至90-100℃并保持；再將一次噴射得到的產(chǎn)物二次噴射至120-140℃并保持；(3)在酶解條件下，將步驟(2)得到的產(chǎn)物與淀粉酶混合，進(jìn)行酶解，得到液化液。本發(fā)明方法能夠有效地抑制調(diào)漿過程中微生物的生長；液化效果穩(wěn)定并徹底；淀粉利用率高且制糖糧耗低；而且不需要在噴射液化前添加氫氧化鈣調(diào)節(jié)pH值，降低了不可發(fā)酵性殘?zhí)钱a(chǎn)生的可能性。
文檔編號(hào)C12P19/22GK103146783SQ201310105969
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者岳國君, 羅虎, 周勇, 朱繼成, 盧宗梅 申請人:中糧生物化學(xué)(安徽)股份有限公司