專利名稱：一種多孔淀粉及其發酵用糖漿的聯合制備方法
技術領域：
本發明涉及食品和化工領域淀粉糖漿和多孔淀粉的制備方法，具體是多孔淀粉和以葡萄糖或者麥芽糖為主要糖組分的食品發酵用的含氮淀粉糖漿的聯合制備方法。
背景技術：
多孔淀粉是指經人工方法處理而使顆粒呈現多孔狀的變性淀粉，具有很大的比表面積，主要用作吸附的載體。多孔淀粉與其它吸附劑相比，除具有良好的吸附性能外，還具有如下優點(I)原料來源廣泛，廉價易得；(2)純天然物質，安全、無毒，使用劑量不受限制；(3)可生物降解；(4)生產工藝簡單；(5)應用廣泛，適應性強。在制備多孔淀粉過程中，不僅可控制其孔徑、孔深和比表面積，還可根據被吸附物質特性對其進行方便的改性。例如，當被吸附物質為非極性物質時，可在多孔淀粉的表面分子接上非極性基團，從而增強其吸附的專一性。多孔淀粉作為一種高效、無毒、安全的吸附劑被廣泛地應用于食品、醫藥衛生、農業、造紙、印刷、化妝品、洗滌劑、膠粘劑等行業。淀粉酶已經在工業上廣泛用于生產葡萄糖、麥芽糖、異麥芽糖和果葡糖漿等各種淀粉糖品。目前常用的商品淀粉酶制劑，也有幾類可以用于酶解制備多孔淀粉(I)液化酶，也稱為a-淀粉酶，如果以其最適作用溫度來區分，還可以細分為中溫淀粉酶和高溫淀粉酶。該酶為內切酶，能夠水解a-l，4糖甙鍵，對a-1，6糖甙鍵沒有水解作用。(2)糖化酶，有葡萄糖淀粉酶、3 -淀粉酶等多種，主要用于生產葡萄糖、麥芽糖漿等產品，其中葡萄糖淀粉酶為外切酶，能夠水解a-1，4和a-1，6糖甙鍵，是適于酶解淀粉制備多孔淀粉的糖化酶。這些糖化酶與a-淀粉酶協同能夠更快、更大程度的水解顆粒態原淀粉(簡稱生淀粉，與糊化態的淀粉對應，以下同)。(3)脫支酶，如普魯蘭酶，該酶只能夠水解a_l，6糖甙鍵，單獨使用不能水解生淀粉，可以與葡萄糖淀粉酶等糖化酶協同作用，顯著地加快水解速度。
目前，酶法制備多孔淀粉的一般工藝流程是顆粒態淀粉一調漿一在糊化溫度下部分酶解一離心或過濾一洗滌一干燥一多孔淀粉。包括如下步驟(I)顆粒態原淀粉調漿，調節濃度、PH和溫度，再加淀粉酶；(2)在糊化溫度下的酶解反應；(3)過濾洗滌、脫水、干燥制得到多孔淀粉。酶解反應是制備多孔淀粉的關鍵步驟。其影響因素有三個方面(I)酶的種類，用量等。(2)酶解條件，如反應溫度、pH、時間、濃度等。(3)淀粉的種類。不是所有的原淀粉顆粒被淀粉酶作用后都能產生多孔狀，如香蕉、百合淀粉只在顆粒表面產生螺紋，適于制備多孔淀粉的材料有大米、玉米、小麥、木薯、馬鈴薯、紅薯、芭蕉芋等淀粉，這些常用的淀粉都適于用來制備多孔淀粉。多孔淀粉傳統的制備方法在酶解過程中，為了保持最終產物的顆粒形態，以及順利進行后序的洗滌精制，酶解反應必須在糊化溫度下完成，反應溫度一般小于50°C，目前采用的反應溫度范圍多為室溫 50°C，其他的酶解條件，如pH控制在淀粉酶的作用條件范圍，以酶用量、酶解時間來控制淀粉顆粒的水解率。
用酶作用淀粉顆粒，水解的程度合適，所得的多孔淀粉才有較好的性能與應用效果。水解率過低，孔徑、孔數和比表面積太小，吸附性能差。水解率很高，產品得率低，孔徑一般較大，孔數和比表面積也反而變小，多孔淀粉顆粒的強度也變差，綜合性能不佳。一般的水解率控制在20 % 70 %范圍，在30 % 50 %的范圍內具有最廣較佳的適用性。如上所述，多孔淀粉的傳統制備方法比較簡單，在淀粉顆粒形成多孔的過程中，淀粉受酶的作用產生水溶的片段，通過過濾、洗滌、脫水和干燥固體的部分，得到多孔淀粉產物。但是，如水解率控制30% 50%的范圍，就有30% 50% (對淀粉干物質)的水溶部分被過濾丟棄，這樣做法既浪費，又造成污染，所以也有研究對這水溶的(副產物)部分進行利用，經過精制、濃縮等處理，制備葡萄糖或葡萄糖發酵糖液，從而降低多孔淀粉的生產成本。為了提高多孔淀粉的生產產能效率，淀粉調漿濃度都盡量調高，在相同的水解率下，酶解后過濾液的糖濃度也會較高。比如，在質量濃度分別為30% (w/w)和45% (w/w)的100重量份的淀粉乳體系中，在40%的水解率下，母液的重量份分別為82和73，母液中淀粉酶解水溶物的質量濃度則。約分別為17. 1% (w/w)和32. 7% (w/w)，可見，采用較低的淀粉乳濃度，在相同的水解率下，過濾液的份量大，而且其水溶干固物的濃度小，濃縮利用的成本就會較高。但是，受淀粉乳濃度 粘度的影響以及攪拌設備的限制，生產制備多孔淀粉時的淀粉乳質量濃度一般能夠達到45% (w/w,固態的淀粉的干物質質量/固態的淀粉的干物質質量加上水的質量)，淀粉乳體系在此濃度之上，每提高一個百分點的濃度，其粘度的增幅都急劇變大，當淀粉乳濃度至50% (w/w)或以上，“淀粉乳”已成為團漿狀。在此狀態下，攪拌阻力大，耗能也大，故淀粉乳濃度一般調在40 % 45 %之間，當水解率為20 % 60 %時，其水溶物的干固物的濃度肯定在40% (w/w)質量濃度之下。采用酶法制備多孔淀粉所得的這部分水溶的副產物，干固物濃度不高，水溶的糖分組成也與制備多孔淀粉所用的淀粉酶種類等因素條件有關，根據目前所用的淀粉酶，無非為葡萄糖或麥芽糖或低聚糖等單一的一種糖或者它們混合物，其有效經濟的利用也關系到多孔淀粉的生產和應用的經濟效益。因此，為了更好的經濟效益，在制備合適水解率的多孔淀粉的同時，也要求兼顧其水溶的副產物的干物質濃度較高，需要蒸發的水分較少；糖組分具有較高的市場經濟價值，比如，目前的淀粉糖市場，高的麥芽糖就比葡萄糖有更高的產品售價。目前在國內外，酶法淀粉糖的生產工藝技術已經非常普遍，生產規模也很大，一條生產線每年具有數萬到十幾萬噸甚至更高的產能，技術設備先進，跑冒滴漏基本杜絕，原料干物質的回收率高，所以降低蒸汽用量，節能降耗稱為了當前酶法淀粉糖企業降低生產過程成本的重要一環。在淀粉糖漿產品的質量指標中，糖漿濃度為其中一個必檢的指標。不同的糖漿產品，有不同的濃度指標要求，但一般都在70% (w/w)或以上，這也意味著糖化了的糖化液經過精制處理，必須將它濃縮至70% (w/w)或以上的濃度，成為糖漿的產品。因此，糖化液的濃度越高，濃縮至產品指標要求的濃度，需要蒸發掉的水分越少，泵送物料的質量也較少，能耗就越低。不同濃度的糖化液濃縮成I噸濃度70% (w/w)的糖漿的情況，見下表I。由表I的計算結果可見，如果能夠提高起始糖化液的濃度，對減少濃縮能耗有積極的意義。
表1、不同濃度的糖化液濃縮成I噸濃度70%(w/w)的糖漿的情況
權利要求
1.一種多孔淀粉及其發酵用糖漿的聯合制備方法，其特征在于包括如下步驟 1)調漿把1000重量份干基原淀粉，用水調漿，控制質量濃度35% 50%，在30°C 55°C，用鹽酸溶液調節淀粉乳pH為4.1 4.5 ;所述原淀粉來源于玉米、小麥、木薯、馬鈴薯、甘薯、大米和芭蕉芋中的一種或多種； 2)多孔淀粉的酶解步驟I)所得產物攪拌加入0.5 5. 0重量份的葡萄糖淀粉酶或復合糖化酶，酶解5 30小時；控制酶解結束時淀粉水解率控制在20% 60% ； 3)脫液、洗滌、干燥酶解結束后，泵送物料通過壓濾機或離心過濾機，脫除淀粉水解液，再用200 500重量份的水，分I 3次進行洗滌，洗滌的水與脫除淀粉水解液混合形成調漿液；洗滌后的多孔淀粉輸送到氣流干燥機干燥，粉碎過篩，控制水分質量含量< 12%，制得多孔淀粉產品； 4)淀粉調漿稱取350 400重量份的干基原淀粉，用600 650重量份所述調漿液調漿，調成固態淀粉顆粒質量濃度為35% 40%的淀粉乳，添加氯化鈣，控制體系中鈣離子濃度為20-40mg/kg，用碳酸鈉溶液調節pH為5. 8 6. 0，加入0. 2 0. 3重量份的高溫a -淀粉酶，攪勻； 5)液化、糖化液化，液化液經過冷卻進入糖化罐，用鹽酸溶液調節淀粉乳PH為4.1 4.5，攪拌加入0. 5 1. 0重量份的葡萄糖淀粉酶或復合糖化酶，保持體系的pH值和55°C 60°C的溫度，進行酶解，糖化至糖化液的DE ^ 95% ； 6)蛋白轉化保持體系的pH值4.1 4. 5和50°C 55°C的溫度，往糖化液中加入0. 05 0. 10重量份的酸性蛋白酶，攪拌反應8 12小時； 7)過濾、濃縮用硅藻土過濾機過濾去除糖液中的固體物質，用多效濃縮器濃縮至糖漿干固物質量濃度>65%，得到葡萄糖為主要糖組分的發酵用糖漿。
2.根據權利要求1所述的多孔淀粉及其發酵用糖漿的聯合制備方法，其特征在于所述鹽酸溶液的體積濃度都為10-15% ;碳酸鈉溶液的質量濃度為5. 0-10%。
3.根據權利要求1所述的多孔淀粉及其發酵用糖漿的聯合制備方法，其特征在于所述的蛋白酶為胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、Neutrase或Protamex。
4.根據權利要求1所述的多孔淀粉及其發酵用糖漿的聯合制備方法，其特征在于所述的葡萄糖淀粉酶為AMG或0PTIDEX ;所述復合糖化酶為Dextrozyme或0PTIMAX。
5.根據權利要求1所述的多孔淀粉及其發酵用糖漿的聯合制備方法，其特征在于所述糖化至糖化液的DE≥95%所用時間為20小時以上。
6.一種多孔淀粉及其發酵用糖漿的聯合制備方法，其特征在于包括如下步驟 1)調漿把1000重量份干基原淀粉，用水調漿，控制質量濃度35% 50%;調溫在30°C 55°C，用碳酸鈉溶液或鹽酸溶液調節淀粉乳pH為5. 5 6. 0 ;所述原淀粉來源于玉米、小麥、木薯、馬鈴薯、甘薯、大米和芭蕉芋中的一種或多種； 2)多孔淀粉的酶解步驟I)所得產物攪拌分別加入1.0 5. 0重量份的中溫a -淀粉酶和P -淀粉酶，酶解5 30小時；控制酶解結束時淀粉水解率控制在20% 60% ; 3)脫液、洗滌、干燥酶解結束后，泵送物料通過壓濾機或離心過濾機，脫除淀粉水解液，再用200 500重量份的水，分I 3次進行洗滌，洗滌的水與脫除的淀粉水解液混合形成調漿液；洗滌后的多孔淀粉輸送到氣流干燥機干燥，粉碎過篩，水分質量含量控制(12%，得多孔淀粉產品；. 4)淀粉調漿稱取350 400重量份的干基原淀粉，用600 650重量份的多孔淀粉酶解及洗滌液攪拌調漿，調成固態淀粉顆粒質量濃度為35% 40%的淀粉乳，添加氯化鈣，控制體系中鈣離子濃度為20-40mg/kg，用碳酸鈉溶液或鹽酸溶液調節pH為5. 8 6. 0，加入0. 2 0. 3重量份的高溫a -淀粉酶； .5)液化、糖化液化，液化液經過冷卻進入糖化罐，調節體系pH為5.5 6. 0，攪拌加入.0.3 0. 5重量份的3 -淀粉酶或真菌淀粉酶,或者3 -淀粉酶或真菌淀粉酶和脫支酶的混合酶，保持體系的PH值和55°C 60°C的溫度，糖化至糖化液的DE彡50%，或者糖化至用高效液相色譜儀測定麥芽糖含量比例超過55% ； . 6)蛋白轉化保持體系的pH值5.5 6.0和50°C 55°C的溫度，往糖化液加入0. 05 .0.10重量份的中性蛋白酶，攪拌反應8 12小時； . 7)過濾、濃縮用硅藻土過濾機過濾去除糖液中的固體物質，用多效濃縮器濃縮至糖漿干固物質量濃度> 70%，得到麥芽糖為主要糖組分的發酵用糖漿。
7.根據權利要求6所述的多孔淀粉及其發酵用糖漿的聯合制備方法，其特征在于所述的中性蛋白酶為木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、Neutrase或Protamex。
8.根據權利要求6所述的多孔淀粉及其發酵用糖漿的聯合制備方法，其特征在于所述鹽酸溶液的體積濃度都為10-15% ;碳酸鈉溶液的質量濃度為5. 0-10%。
9.根據權利要求6所述的多孔淀粉及其發酵用糖漿的聯合制備方法，其特征在于所述的中溫a -淀粉酶為BF7658或BAN。
全文摘要
本發明涉及一種多孔淀粉及其發酵用糖漿的聯合制備方法，包括把1000干重量份的淀粉原料用水調漿，調節淀粉乳濃度40.0％～50.0％，pH為4.0～6.0，在30℃～55℃，添加0.5～5.0重量份的淀粉酶，攪拌酶解5～30小時，脫液，洗滌，干燥粉碎得到固體粉末狀的多孔淀粉；制備多孔淀粉過程的酶解的糖液和洗滌液，一并用于淀粉調漿，經過液化、糖化、蛋白轉化、過濾和濃縮等步驟。本發明用葡萄糖淀粉酶或復合糖化酶酶解制備多孔淀粉，淀粉水解液的糖組分主要為葡萄糖，生產以葡萄糖為主的產物，如果用β-淀粉酶或真菌淀粉酶，或者β-淀粉酶或真菌淀粉酶和脫支酶進行糖化，生產以麥芽糖較多的產物。
文檔編號C12P19/20GK103060400SQ20121055692
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月19日 優先權日2012年12月19日
發明者黃立新, 徐正康, 羅建勇, 周彥斌, 尹壽偉, 王立亞 申請人:華南理工大學, 廣州雙橋股份有限公司