玉米粉糖化工艺优化研究_温磊.pdf

农产品加工2023 年第 1 期摘要：玉米是啤酒酿造的主要谷物之一，直接添加玉米粉会降低糖化效率，增加啤酒酿造风险，影响啤酒的泡沫性能及风味。采用酶解法，以玉米粉糖化液中的还原糖含量为评价指标，研究了玉米粉糖化工艺。结果表明，最优的糖化工艺条件为料液比 15（gmL），pH 值 5.33，耐高温 -淀粉酶 Y1 的用量 42 U/g，在 90 下糊化、液化30 min，煮沸后加入糖化酶 N2 124.6 U/g，并在 60 下糖化 30 min。从而可以确定，玉米经过糖化后的糖化液可以直接用于啤酒生产，不仅提高了生产效率，也能提高产品质量。关键词：酶解法；啤酒；玉米粉；糖化；正交试验中图分类号：TS245.5文献标志码：Adoi：10.16693/ki.1671-9646（X）.2023.01.010Study on Optimization of Saccharification Process of Corn FlourWEN Lei1，2，LI Li1，LI Yuanyi1，*ZONG Xuyan1，2（1.College of Biological Engineering，Sichuan University of Science&Engineering，Yibin，Sichuan 644000，China；2.Liquor Brewing Biotechnology and Application Key Laboratory of Sichuan Province，Sichuan University of Science andEngineering，Yibin，Sichuan 644000，China）Abstract：Corn is one of the main grains in beer brewing.Adding corn flour directly will reduce the saccharification efficiency，increase the risk of beer brewing，and affect the foam performance and flavor of beer.In this experiment，enzymatic hydrolysiswas used to study the saccharification process of corn flour with the content of reducing sugar in the saccharification solution ofcorn flour as the evaluation index.The results showed that the optimal saccharification process conditions were as follows:theratio of material to liquid was 15（gmL），the pH of liquid to material was 5.33，the amount of high-temperature resis-tant-amylase Y1 was 42 U/g，gelatinized and liquefied at 90 for 30 min，boiled，added 124.6 U/g of saccharifying en-zyme N2，and saccharified at 60 for 30 min.Thus，it could be determined that the saccharified liquid of corn after sac-charification could be directly used in beer production，which not only improved production efficiency but also improved prod-uct quality.Key words：enzymatic hydrolysis；beer；corn flour；saccharification；orthogonal experiment玉米粉糖化工艺优化研究温磊1，2，李丽1，李远谊1，*宗绪岩1，2（1.四川轻化工大学 生物工程学院，四川 宜宾644000；2.四川轻化工大学 酿酒生物技术及应用四川省重点实验室，四川 宜宾644000）收稿日期：2022-09-14基金项目：五粮液产学研合作项目（CXY2021ZR007）；四川省大学生创新创业训练计划项目（S202010622087）。作者简介：温磊（1997），男，硕士，研究方向为发酵工程。*通讯作者：宗绪岩（1976），男，博士，副教授，研究方向为发酵工程与过程控制。啤酒是以谷物为主要原料，辅以啤酒花，在酵母作用下发酵而成，是世界上最受欢迎的饮料酒1。啤酒工业已经成为我国食品行业中一个极为重要的产业，我国啤酒的年产量已位居世界第一，对啤酒酿造原材料的需求量也是极为庞大2。然而，作为啤酒酿造主要原料的大麦、大麦芽主要依靠进口，直接导致了啤酒生产的成本升高3。针对这种情况，可在啤酒酿造时选择其他谷物作为啤酒生产的辅料，如玉米、大米、小麦等谷物都是常用的辅料4。通过添加辅料可以降低原料成本，有研究证明 30%的玉米辅料添加量可以降低 8%的生产成本，同时，使用辅料还可以修饰啤酒感官品质，控制啤酒风味5。然而，以玉米粉为辅料酿造啤酒时可能会出现几个问题，一是过高的脂肪含量会导致啤酒的泡沫性能差且口味较淡，二是游离 -氨基氮含量低，三是不同的添加量会影响最终成品啤酒的风味6。为了尽量减少添加玉米粉给啤酒酿造带来的风险，试验使用了淀粉酶先将谷物进行糊化，让玉米里面的长链多糖断裂为短链多糖，易于后面的糖化，提高糖化的效率7，加入糖化酶，使多糖断裂为葡萄糖，比传统方法糖化酶从磨碎的麦芽中释放，淀粉酶作用于淀粉，再使淀粉转化为葡萄糖更为稳定，更能掌控各种酶的用量8-9。试验通过研究最佳料液比、淀粉酶的选择和用文章编号：1671-9646（2023）01a-0036-05第 1 期（总第 567 期）农产品加工No.12023 年 1 月Farm Products ProcessingJan.2023 年第 1 期量、糖化酶的选择和用量、pH 值对糖化结果的影响，以糖化液中的还原糖含量作为指标评价玉米粉的糖化效果。对减少啤酒酿造的工作量和周期提供了理论支持和实践经验，并且能降低啤酒酿造风险，让糖化液中的成分变得可控。1材料与方法1.1材料与试剂玉米粉，市售；淀粉酶，Liquoflow，诺维信（中国）投资有限公司提供（本文缩写成 N1）；SpezymeAlpha，杰能科（中国）生物工程有限公司提供（本文缩写成 J1）；C5，南京百斯杰生物工程有限公司提供（本文缩写成 B1）；207A Pro，广东溢多利生物科技有限公司提供（本文缩写成 Y1）。糖化酶：Suhong，诺维信（中国）投资有限公司提供（本文缩写成 N2）；杰能科糖化酶，杰能科（中国）生物工程有限公司提供（本文缩写成 J2）；百利醇 A1，南京百斯杰生物工程有限公司提供（本文缩写成 B2）；红鹰糖化酶，广东溢多利生物科技有限公司提供（本文缩写成 Y2）。氯化钙、浓盐酸、氢氧化钠、3,5-二硝基水杨酸、葡萄糖、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、96%乙醇，均为分析纯，成都市科龙化工试剂厂提供。1.2试验仪器BHS-6 型电热恒温水浴锅，宁波市群安试验仪器有限公司产品；OHAUS AR2140 型电子分析天平，梅特勒-托利多仪器上海有限公司产品；UV2400 型紫外分光光度计，北京普析通用仪器有限公司产品。1.3试验方法1.3.1糖化工艺流程玉米粉加水加淀粉酶液化煮沸灭活降温加糖化酶过滤检测。1.3.2操作要点（1）按照料水比加入水，0.2%氯化钙，调节 pH值，并用玻璃棒搅拌使其与玉米粉充分混合；（2）加入耐高温 -淀粉酶并放入 90 水浴锅中液化 30 min；（3）将液化完毕的玉米粉放于沸水浴中煮沸2 min 将淀粉酶灭活；（4）将灭酶后的样品放入冷水浴中降温至 60；（5）加入糖化酶于 60 水浴锅中糖化 1 h；（6）用滤纸将糖化液过滤，保留滤液进行测定。1.3.3糖化工艺单因素试验针对玉米粉糖化，考虑淀粉酶品种、淀粉酶用量、液化时间、料液比、初始 pH 值、蛋白酶用量、糖化酶品种和糖化酶用量等因素，然后以还原糖含量、-氨基氮含量为主要评价指标确定其对糖化液的影响，研究玉米粉糖化工艺的最优条件。1.3.4糖化工艺正交试验根据单因素试验的结果，选择出对试验结果影响较大的几个单因素进行正交试验，以减小单因素试验过程中的误差，进一步考查在几种单因素相互变化的情况下这些单因素的最佳试验条件。1.3.5还原糖的测定采用 3,5-二硝基水杨酸（DNS）法对样品中的还原糖进行测定10。1.3.6数据分析采用 Origin 2021 软件和 Excel 软件对试验数据进行整理作图和统计学分析，使用 DPS 进行模型计算，所有单因素试验均重复 3 次，正交试验重复 2 次。2结果与分析2.1料液比对液化的影响按照料液比 1318，自然 pH 值，加入 30 U/g的 N1 淀粉酶，90 下进行糊化，液化 30 min，煮沸灭酶冷却后加入 N2 糖化酶 130 U/g（以干物计算）60 下糖化 30 min，并换算成料液比 15 情况下的还原糖质量浓度，确定料液比对糖化产物的影响。料液比对糖化产物的影响见图 1。由图 1 可知，随着料液比的增加，糖化液中的还原糖质量浓度也增加，当料液比达到 15 时还原糖质量浓度达到最大，随着料液比继续增加，还原糖质量浓度逐渐降低。这可能是由于料液比较低时，水分少，淀粉含量高，黏度大，与酶接触少，造成水解不彻底11。当料液比增加到一定程度时，水含量太大，稀释了物料，也稀释了酶，减少了酶与底物接触和作用的几率，也使得淀粉水解不够彻底12。2.2淀粉酶的选择按照料液比 15，自然 pH 值，分别加入 30 U/g的不同淀粉酶，90 下进行糊化，液化 30 min，煮沸灭酶冷却后加入 N2 糖化酶 130 U/g（以干物计算）60 下糖化 30 min，确定淀粉酶对产物的影响。淀粉酶种类对糖化产物的影响见图 2。在液化过程中淀粉受到热作用会发生糊化，使得体系黏度增加，同时体系中添加的耐高温 -淀粉酶会迅速水解糊化后的淀粉，造成黏度下降，出图 1料液比对糖化产物的影响还原糖质量浓度/mg mL-11009080701314151617料液比/gmL温磊，等：玉米粉糖化工艺优化研究37农产品加工2023 年第 1 期图 2淀粉酶种类对糖化产物的影响现液化现象13。由图 2 可知，不同的淀粉酶对产物影响较小，其中，溢多利的淀粉酶 207A Pro 效果较好，即淀粉酶 Y1。2.3淀粉酶用量的确定按照料液比 15，自然 pH 值，分别加入 2545 U/g 的 Y1 淀粉酶，90 下进行糊化，液化 30 min，煮沸灭酶冷却后加入 N2 糖化酶 130 U/g（以干物计算）60 下糖化 30 min，确定淀粉酶用量对产物的影响。耐高温 -淀粉酶用量对糖化产物的影响见图 3。由图 3 可知，随着耐高温 -淀粉酶用量的增加，糖化液中还原糖质量浓度在逐渐增加，当耐高温 -淀粉酶用量达到 40 U/g 时，糖化液中还原糖质量浓度逐渐趋于平缓，说明玉米淀粉中大部分不溶性的淀粉类物质都已经被分解成可溶性物质14，即耐高温 -淀粉酶用量达到 40 U/g 时液化基本彻底，当继续增加耐高温 -淀粉酶用量不能显著增加后期还原糖生成。2.4液化时间的影响按照料液比 15，自然 pH 值，加入 40 U/g 的Y1 淀粉酶，90 下分别进行糊化，液化 1050 min，煮沸灭酶冷却后加入 N2 糖化酶 130 U/g（以干物计算）60 下糖化 30