一种提高玉米淀粉收率的方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 110981978 A(43)申请公布日 2020.04.10

(21)申请号 201911221765.7(22)申请日 2019.12.03

(71)申请人 呼伦贝尔东北阜丰生物科技有限公

司

地址 162650 内蒙古自治区呼伦贝尔市岭

东工业开发区（扎兰屯）开创大街(72)发明人 刘世周　赵兰坤　李树标　王小平　刘少堂　毛松举　刘庆波　(74)专利代理机构 北京开阳星知识产权代理有

限公司 11710

代理人 王璐(51)Int.Cl.

C08B 30/02(2006.01)C08B 30/04(2006.01)

权利要求书1页 说明书5页 附图1页

(54)发明名称

一种提高玉米淀粉收率的方法(57)摘要

本发明属于生物技术领域，具体公开了一种提高玉米淀粉收率的方法，其包括如下步骤：1)将玉米粒打入浸泡罐，添加酸溶液浸泡，然后微波处理；2)往浸泡罐中添加蛋白酶进行酶解处理；任选地，3)进入淀粉加工程序。本发明玉米淀粉经过浸泡和多级分离纯化程序，提高了淀粉收

降低了工业能耗。率，节约了工业流程，

CN 110981978 ACN 110981978 A

权　利　要　求　书

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1.一种提高玉米淀粉收率的方法，其包括如下步骤：1)将玉米粒打入浸泡罐，添加柠檬酸水溶液浸泡，然后微波处理；2)往浸泡罐中添加酸性蛋白酶，酶解处理；任选地，

3)进入淀粉加工程序。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述柠檬酸水溶液的浓度为0.2-0.4％。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述柠檬酸水溶液添加量为：玉米粒：柠檬酸水溶液＝1kg：1-3L。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述柠檬酸水溶液的浸泡时间为8-12h。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述微波处理的时间为3-6min，微波功率为300W。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述酸性蛋白酶添加量为200-300U/L。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述酸性蛋白酶的酶解条件为：40-45℃条件下酶解4-6h。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将玉米粒打入浸泡罐，然后向浸泡罐中添加0.2-0.3％的柠檬酸水溶液，添加量为：玉米粒：柠檬酸水溶液＝1kg：1.5-2L，浸泡8-10h，然后微波处理4-6min，微波功率为300W，停止微波，再添加酸性蛋白酶，添加量为200-300U/L，在40-45℃条件下酶解4-6h；最后进入淀粉加工程序，制得玉米淀粉。

9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述淀粉加工程序包括：破碎分离胚芽、精磨、筛分、离心分离、洗涤、脱水和干燥。

10.按照权利要求1-9任其一所述的方法制得的玉米淀粉。

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一种提高玉米淀粉收率的方法

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技术领域

[0001]本发明属于生物技术领域，具体涉及一种提高玉米淀粉收率的方法。

背景技术

[0002]玉米淀粉又称玉蜀黍淀粉，俗名六谷粉，白色微带淡黄色的粉末。玉米中的淀粉含量一般约70-75％，玉米淀粉是将玉米用0.3％亚硫酸浸泡后，通过破碎、过筛、沉淀、干燥、磨细等工序而制成。普通产品中含有少量脂肪和蛋白质等。[0003]玉米淀粉的用途广泛，可应用于制备淀粉糖、微生物发酵制备氨基酸和抗生素等活性物质的培养基组分、以及食品医药领域。1、淀粉糖是淀粉深加工产量最大的一类产品。主要是食品添加，也是工业的原料，作为下游产品的一个原料，比如葡萄糖、麦芽糖、高果糖浆，这些都是用于食品的，还有淀粉糖可以做成山梨醇，还可以做成氨基酸，这也是下游产品的上游的原料，这方面的需求也是相当大的。和蔗糖相比，淀粉糖无论从保健还是实用性还是成本，它还是有很大的竞争力的，这个空间仍然很大。中国淀粉糖的生产品种主要还是以麦芽糖浆、高麦芽糖浆和葡萄糖为主，这类品种占淀粉糖比重的80％以上。2、以淀粉为原料生产的氨基酸有味精、赖氨酸、柠檬酸、异亮氨酸、精氨酸、缬氨酸等。氨基酸的世界需求量增长迅速。用玉米或淀粉生产的有机酸有柠檬酸、乳酸、苹果酸、草酸等。其中柠檬酸产量较大，柠檬酸在食品工业、医药业、洗涤业、纺织工业、化妆品业上都有广泛的应用，柠檬酸在非食品工业上应用日益扩大，因此世界的消费量近20年以5％的速度递增。中国柠檬酸产量排世界的第一或第二位，出口贸易量占第一位，年出口在20万吨左右。过去中国柠檬酸生产主要用薯干作为原料，由于玉米原料收率高，部分生产企业已改用玉米原料，从行业看有向改用玉米原料的趋势。乳酸主要用于食品工业，约占乳酸总量的50％。世界需求量13-15万吨，仍以5-8％的速度增长，不少国家开发聚乳酸生物可降解塑料，乳酸有较大增长的潜在市场。3、变性淀粉是利用物理、化学和酶等手段改变天然淀粉的性质，使其符合各行各业应用的需要。变性淀粉的使用量和范围非常广，中国已经生产出了预糊化淀粉、酸化淀粉、氧化淀粉、醚化淀粉、酯化淀粉、交联淀粉、接枝淀粉等应用到纺织、造纸、食品、石油、医用、建筑、农业饲料、日用化工等行业共70多个品种。4、就医药工业而言，淀粉是抗生素工业最重要的原料，因为几乎所有抗生素都采用淀粉发酵法生产，如销量极大的青霉素、头孢菌素、四环素、土霉素、金霉素、链霉素与各种氨基糖苷类抗生素等，无一不是用淀粉为底物经工业微生物发酵、提取而成。另外，淀粉的另一重要用途是作为药物赋型剂，早期各国药厂生产的片剂绝大多数使用玉米淀粉为填充剂及粘合剂。5、淀粉作为原料可以直接用于粉丝、粉条、肉制品、冰激凌等方面，需求稳定。6、另外，淀粉还可以应用于啤酒糖浆、造纸、增稠剂、凝固剂等方面。

[0004]浸泡过程是玉米湿法生产加工工艺中的关键环节，传统工艺中，一般操作条件如下：浸泡水的二氧化硫浓度为0.15～0.2％，pH值为3.5。在浸泡过程中，二氧化硫被玉米吸收，浓度逐渐降低，最后放出的浸泡水内含二氧化硫的浓度约为0.01～0.02％，pH值为3.9～4.1；浸泡水温度为50～55℃；浸泡时间为40～70小时。在浸泡过程中，浸泡水不是从玉米

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颗粒的表皮各部分渗透到内部组织，而是从颗粒底部的疏松组织进入颗粒，通过麸皮底层的多孔性组织渗透到颗粒内部，所以必须保证足够的浸泡时间。玉米在50℃浸泡4小时后，胚芽部分吸收水分达到最高值，8小时后，胚体部分也吸收水分达最高值。这个时候玉米颗粒变软，经过粗碎，胚芽和麸皮可以分离开。但蛋白质网尚未被分散和破坏，淀粉颗粒还不能游离出来。若继续浸泡，能使蛋白质网分散。浸泡约24小时后，软胚体的蛋白质网基本上分散，约36小时后，硬胚体的蛋白质网也分散。因为蛋白质网的分散过程是先膨胀，后转变成细小的球形蛋白质颗粒，最后网状组织破坏。所以要使蛋白质网完全分散，需要48小时以上的浸泡时间。

[0005]SO2的作用有两个，一是防止腐败微生物的生长；二是亚硫酸离子作用于二硫键，把蛋白质从淀粉颗粒里分离出来，从而减少蛋白质的分子质量，增加蛋白质的溶解度。浸泡过程便于将淀粉从蛋白质的基质里释放出来从而增加淀粉的收率。然而，使用SO2的安全问题应得到重视，SO2会对人类的健康造成严重影响，当吸入或摄入过量的SO2后，会对血液产生明显的毒副作用，并且对肺、肝脏及免疫系统都有一定程度的伤害。此外，亚硫酸的浸泡时间较长，对设备有较大的腐蚀作用，不但给企业带来较大的经济负担，而且使得程序大大延长，能耗提高，排污量增大，降低了生产效率

[0006]许多研究已经开发和改进SO2浸泡玉米的传统湿法生产淀粉的工艺。中国专利CN107353353A在浸泡液中加入了乳酸，以配合亚硫酸使用，其能够使得浸泡时间缩短，但是使用乳酸仅可以使玉米的种皮和胚乳的软化速度加快，更有利于SO2吸收，但不能代替SO2，而且过量的乳酸会导致蛋白质变性，使淀粉和蛋白质分离更加困难。中国专利CN101824092A加入了复合酶制剂，该方法可消除SO2的加入量，且淀粉的收率和质量与常规方法差异不大，但是酶法加工的成本偏高，且稳定性差，容易受底物种类、温度、pH等条件的影响，企业的负担大大增加。国外文献(RUAN Roger，et al.Ozone－aided corn steeping process.Cereal Chemistry，2004)研究使用臭氧来代替SO2的玉米浸泡的可行性，并证明了臭氧辅助浸泡处理的淀粉收率高于常规的SO2浸泡法。这些方法在实践中操作复杂，成本高，也对环境有一定的负面影响。因此，研究一种适合于工业化应用的环保、安全、经济的新方法来代替SO2浸泡的常规方法对淀粉加工行业意义重大。

发明内容

[0007]为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种提高玉米淀粉收率的方法。[0008]本发明是通过如下方案来实现的。[0009]一种提高玉米淀粉收率的方法，其包括如下步骤：[0010]1)将玉米粒打入浸泡罐，添加柠檬酸水溶液浸泡，然后微波处理；[0011]2)往浸泡罐中添加酸性蛋白酶，酶解处理；[0012]任选地，

[0013]3)进入淀粉加工程序。[0014]优选地，所述柠檬酸水溶液的浓度为0.2-0.4％。[0015]优选地，所述柠檬酸水溶液添加量为：玉米粒：柠檬酸水溶液＝1kg：1-3L。[0016]优选地，所述柠檬酸水溶液的浸泡时间为8-12h。[0017]优选地，所述微波处理的时间为3-6min，微波功率为300W。

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优选地，所述酸性蛋白酶添加量为200-300U/L。

[0019]更优选地，所述酸性蛋白酶的酶解条件为：40-45℃条件下酶解4-6h。[0020]具体地，所述方法包括如下步骤：将玉米粒打入浸泡罐，然后向浸泡罐中添加0.2-0.3％的柠檬酸水溶液，添加量为：玉米粒：柠檬酸水溶液＝1kg：1.5-2L，浸泡8-10h，然后微波处理4-6min，微波功率为300W，停止微波，再添加酸性蛋白酶，添加量为200-300U/L，在40-45℃条件下酶解4-6h；然后进入淀粉加工程序，制得玉米淀粉。[0021]进一步地，所述淀粉加工程序包括：破碎分离胚芽、精磨、筛分、离心分离、洗涤、脱水和干燥。

[0022]本发明还要求保护按照上述的方法制得的玉米淀粉，及其在医药、食品领域中的应用。

[0023]本发明的出发点和取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：[0024]规模化工业生产中，最需要解决的问题是，节约工业化程序，降低能耗；本发明采用两次浸泡，第一次采用低浓度的柠檬酸，并且辅助以微波，第二次采用酸性蛋白酶；浸泡总时间控制在20小时以内，酸的浓度较低，不会对设备造成较大的损害，浸泡时间短，节约了程序；浸泡工艺过程中无需对一次浸泡液进行排出，节约了操作程序，降低了能耗，一次浸泡后的pH为3-4左右，有利于保持二次浸泡中的酸性蛋白酶的酶活力。

[0025]低浓度的柠檬酸水溶液浸泡玉米籽粒能够使得玉米表皮膨胀和松散，而微波使得细胞壁的纤维素和果胶等组份在电磁场中发生震动，还能使得细胞内的蛋白结构变得松散，内部结构发生改变，减弱分子间作用力和氢键的作用，从而有利于二次浸泡工艺中酸性蛋白酶的酶解；通过酸性蛋白酶的酶解，破坏蛋白质网使淀粉析出。[0026]本发明通过低浓度柠檬酸水溶液浸泡、微波以及酸性蛋白酶水解进行浸泡处理，协同性能好，反应条件温和，不会对淀粉颗粒造成破坏；玉米浸泡时间大幅降低，节约了操作工序流程，玉米淀粉得率有所提高，工业能耗降低，而且对玉米淀粉的纯度保持不变。附图说明

[0027]图1：柠檬酸浓度对玉米淀粉得率的影响；[0028]图2：微波时间对玉米淀粉得率的影响；[0029]图3：酶及其组合方式对淀粉得率的影响。

具体实施方式

[0030]本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的产品及方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的产品及方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。[0031]实施例1

[0032]一种提高玉米淀粉收率的方法，其包括如下步骤：[0033]将玉米粒打入浸泡罐，然后向浸泡罐中添加0.3％(w/v)的柠檬酸水溶液，添加量为：玉米粒：柠檬酸水溶液＝1kg：1.5L，浸泡8h，然后微波处理4min，微波功率为300W，停止

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微波，再添加酸性蛋白酶(20000U/g)，添加量为200U/L，在45℃条件下酶解6h。经过破碎分离胚芽、精磨、筛分、离心分离、洗涤、脱水和干燥得到玉米淀粉。[0034]具体可参照常规工艺制得玉米淀粉：[0035]破碎分离胚芽：

[0036]粗碎的目的主要是将浸泡后的玉米破成10块以上的小块，以便分离胚芽。[0037]精磨、筛分：

[0038]经过分离胚芽后的玉米碎块和部分淀粉的混合物，为了提取淀粉，必须进行精磨，破坏玉米细胞，游离出与纤维、蛋白联结的淀粉颗粒，采用筛分的方法将淀粉和粗细渣分开，通过洗涤去除纤维；[0039]离心分离：

[0040]淀粉和蛋白质通过蝶式离心机进行分离，收集蛋白和湿淀粉；湿淀粉颗粒较蛋白质大，在悬浮液中的沉降速率更快，该原理使得淀粉和蛋白有效分离；[0041]洗涤、脱水和干燥：

[0042]将所得淀粉乳进行洗涤和脱水处理，送入离心分离机进行脱水，可得含水分为45％的湿淀粉，最后进行干燥处理，将淀粉含水分降低至6-12％，即得。[0043]实施例2

[0044]一种提高玉米淀粉收率的方法，其包括如下步骤：[0045]将玉米粒打入浸泡罐，然后向浸泡罐中添加0.25％(w/v)的柠檬酸水溶液，添加量为：玉米粒：柠檬酸水溶液＝1kg：2L，浸泡8h，然后微波处理6min，微波功率为300W，停止微波，再添加酸性蛋白酶(20000U/g)，添加量为300U/L，在45℃条件下酶解4h；经过破碎分离胚芽、精磨、筛分、离心分离、洗涤、脱水和干燥得到玉米淀粉。[0046]对比例1

[0047]一种提高玉米淀粉收率的方法，其包括如下步骤：[0048]将玉米粒打入浸泡罐，然后向浸泡罐中添加0.5％(w/v)的乳酸水溶液，添加量为：玉米粒：乳酸水溶液＝1kg：1.5L，浸泡12h，排出浸泡液，再添加0.3％的亚硫酸水溶液浸泡48h；然后进入淀粉加工工序，经过破碎分离胚芽、精磨、筛分、离心分离、洗涤、脱水和干燥得到玉米淀粉。[0049]对比例2

[0050]一种提高玉米淀粉收率的方法，其包括如下步骤：[0051]将玉米粒打入浸泡罐，然后向浸泡罐中添加0.5％的亚硫酸水溶液浸泡60h；然后进入淀粉加工工序，经过破碎分离胚芽、精磨、筛分、离心分离、洗涤、脱水和干燥得到玉米淀粉。

[0052]对比例3

[0053]一种提高玉米淀粉收率的方法，其包括如下步骤：[0054]将玉米粒打入浸泡罐，然后向浸泡罐中添加0.5％(w/v)的乳酸水溶液，添加量为：玉米粒：乳酸水溶液＝1kg：1.5L，浸泡8h，然后微波处理4min，微波功率为300W，停止微波，再添加酸性蛋白酶(20000U/g)，添加量为200U/L，在45℃条件下酶解6h。经过破碎分离胚芽、精磨、筛分、离心分离、洗涤、脱水和干燥得到玉米淀粉。[0055]实施例3

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实施例1-2、对比例1-3的玉米淀粉得率比较。

[0057]玉米淀粉得率计算方式参照常规方法，具体可以参照以下方法：[0058]D＝(X2/X1)×100％[0059]式中，D为玉米淀粉得率；X2为玉米淀粉质量；X1为玉米干重。[0060]本发明玉米籽粒中淀粉含量为72.1％，各组别的淀粉加工工序完全相同，具备可比较性；具体结果见表1：[0061]表1

组别玉米淀粉得率％实施例169.86实施例269.71对比例165.49对比例261.32对比例367.15

[0063]通过各对比例比较发现，本发明玉米淀粉得率最高，可达到69.86％，明显高于对比例2中常规的亚硫酸浸泡法，也高于对比例1中的乳酸+亚硫酸二次浸泡方式，当对比例3将柠檬酸替换为乳酸时，淀粉得率有所下降，下降了约2.7个百分点。[0064]实施例4

[0065]不同因素对玉米淀粉得率的影响。[0066]1、柠檬酸浓度对玉米淀粉得率的影响，以实施例1的方案为例，分别设置浓度分别为0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,1.0(％)，七个浓度梯度，如图1所示，随着柠檬酸浓度的增加，玉米淀粉得率有所提高，当浓度为0.3％时，达到峰值，继续增大柠檬酸的浓度，对玉米淀粉得率影响并不大，考虑到成本和对设备的腐蚀问题，选择0.2-0.3％的浓度最为合适。[0067]2、微波时间对玉米淀粉得率的影响，设置微波时间分别为0,1,2,4,6,8,10(min)，如图2所示，处理前期，对淀粉得率影响较大，1min时较不使用微波能够提高1.75个百分点，继续增加微波时间，淀粉得率仍有所提升，可能原因是，微波使得细胞壁在电磁场中发生震动，还能使得细胞内的蛋白结构变得松散，内部结构发生改变，减弱分子间作用力和氢键的作用，有利于淀粉的析出；微波处理时间过长后，淀粉得率有一定的降幅，因为过长时间的微波会对淀粉颗粒造成一定的破坏，造成淀粉流失，从而导致淀粉得率有所下降。[0068]3、酶组合方式对淀粉收率的影响，组1：酸性蛋白酶200U/L；组2：酸性蛋白酶100U/L+纤维素酶100U/L；组3：酸性蛋白酶100U/L+木瓜蛋白酶100U/L。如图3所示，较采用单一的酸性蛋白酶的方式相比较，组2和组3采用两种酶组合的方式，淀粉得率并没有提高，反而有所下降，其中，组2下降了1.56％，组3下降了2.71％。[0069]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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