阅读说明：本技术 一种小麦粒宏量组分分层定向酶解与产品分制的方法 (method for layering and orienting enzymolysis of macro-components of wheat grains and product preparation ) 是由 朱新贵 苗春雷 李志铭 于 2019-08-28 设计创作，主要内容包括：本发明属于食品生物技术领域,具体涉及一种小麦粒宏量组分分层定向酶解与产品分制的方法。该方法通过淀粉酶、蛋白酶或微生物逐级剥离完整麦粒中的淀粉及蛋白质,将分离的淀粉及蛋白质彻底分解为可发酵性糖和游离氨基酸,最后浓缩得到可广泛应用于食品及发酵行业的浓缩糖化液及复合氨基酸溶液。该方法中的原料无需粉碎以及任何前处理,可同步分制出几种有价值的产品,是小麦各宏量组分同步高值化全利用的一体化工艺技术。整个过程利用麦粒纤维素架构的支撑作用,加上淀粉酶较温和的水解条件,使得每步水解后的残渣都能保持团粒结构,便于渣液分离。该方法采用酶水解法,反应条件温和,不会产生有害物质,安全可控,具有广阔的应用前景。(The invention belongs to the technical field of food biology, and particularly relates to a method for layering and directional enzymolysis of macro-components of wheat grains and product preparation. The method comprises the steps of stripping starch and protein in the complete wheat grains step by amylase, protease or microorganism, thoroughly decomposing the separated starch and protein into fermentable sugar and free amino acid, and finally concentrating to obtain concentrated saccharified liquid and compound amino acid solution which can be widely applied to food and fermentation industries. The raw materials in the method do not need to be crushed and any pretreatment, can be synchronously separated into a plurality of valuable products, and is an integrated process technology for synchronously and highly utilizing each macro component of the wheat. The whole process utilizes the supporting function of the wheat cellulose framework and the milder hydrolysis condition of amylase, so that the residue after each step of hydrolysis can keep the granular structure, and the residue-liquid separation is convenient. The method adopts an enzymatic hydrolysis method, has mild reaction conditions, does not generate harmful substances, is safe and controllable, and has wide application prospect.)

一种小麦粒宏量组分分层定向酶解与产品分制的方法

技术领域

本发明属于食品生物技术领域，具体涉及一种对完整小麦粒宏量组分进行分层定向酶解以及与酶解产物相关产品同步分制的技术与工艺。

背景技术

小麦是全球三大谷物之一，是全世界多数国家和民族的主粮，也是重要的工业原料。小麦作为主粮通常制作成面粉，然后加工成各种主食和副食，包括面包、馒头、面条、包点等，以及多种休闲小食。而小麦作为工业原料时，通常主要利用其所含有宏量组分进行工业化加工。小麦粒中宏量组分包括淀粉(含量72.59％)、蛋白质(含量12.57％)、纤维素类(10.29％)、脂肪(2.24％)。利用其淀粉组分制作的多种工业产品，包括淀粉、变性淀粉、水解糖类，并进一步作为工业原料，用于食品或化学工业；而蛋白质成分主要用于制作面筋、蛋白质水解物等。小麦的工业化加工，往往针对其中的一种宏量组分，而其他宏量组分通常被忽视，会被当作废弃物丢弃，或者仅作为副产物被回收利用。由于在工艺设计时主要是针对目标宏量组分，其他宏量组分充分回收和利用往往不在设计之中，造成相应成分物质回收困难或回收率低。

淀粉水解糖是一种重要食品工业原料，广泛用于各种食物的制作以及发酵的碳源(如酒精、有机酸发酵等)。工业上制作淀粉水解糖多数是把谷物或者薯类等富含淀粉的材料粉碎后进行糖化，或者提取淀粉后再进行水解。小麦是制作淀粉水解糖常用原料，使用全麦粉进行水解糖制作时，原料中还含有其他宏量组分(主要是蛋白质)，给后处理(如产物分离)带来一定的困难，这不仅导致产物纯度低，而且加工后的废渣往往只作为低值副产物使用，造成其中的其他宏量组分浪费。而小麦蛋白是一种优质植物蛋白，可以补充人和动物蛋白所需，蛋白质水解液含有多种氨基酸，可以作为食品营养和风味强化剂。小麦中纤维也是重要膳食纤维来源。

发明内容

为了充分利用小麦中各宏量组分物质，简化工艺，针对小麦粒的结构和组分特点以及应用方向，创立了本项工艺技术。本发明的首要目的在于提供一套针对小麦粒中主要宏量组分淀粉、蛋白质、纤维素同步全利用方法与工艺。该方法根据小麦粒结构特点，通过机械脱去麦粒部分(局部)种皮，使得内容物(胚乳和胚芽)暴露，然后使用淀粉酶类在控制条件下直接水解麦粒中的淀粉，制成淀粉水解糖，用作各种食品或工业原料。淀粉水解后的残渣仍保持麦粒形状，有利于糖化液分离。残渣主要成分是小麦蛋白和纤维素，脱水后可以用作提供蛋白质和膳食纤维的食品配料；同时由于该残渣没有淀粉等糖类成分，可以用作低血糖指数(GI)的特医食品配料。脱去淀粉后的小麦残渣进一步利用微生物或蛋白酶水解其中的蛋白质，分离获得蛋白质水解液。该溶液包含多种氨基酸和肽类，可以用于食品的氨基酸营养强化剂，也可以用于制作鲜味调味品或者调味品配料。水解蛋白质后的麦粒残渣富含纤维素，经处理后，可以作为膳食纤维原料用以制作功能性食品。该方法采用局部或大部去除麦皮的小麦粒进行定向分层水解，整个过程利用麦粒蛋白质及纤维素架构的支撑作用，使得每步水解后的残渣都能保持较大团粒结构，便于渣液分离。该方法可同步分制出几种有价值的产品，是小麦各宏量组分同步高值化全利用的一体化工艺技术。该方法在整个加工过程中采用生物(酶)技术，条件温和，制得糖化液相对纯净，避免热酸水解反应剧烈产生低聚糖(如异麦芽糖、龙胆二糖等)、羧甲基糠醛、有机酸和有色物等杂质或有害物等问题，可以通过浓缩或干燥制成安全的食品配料或工业原料。该方法生产的蛋白质水解液属于生物法水解液，不会产生酸水解时常见的有害物质，如氯丙醇，因此具有很好安全性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种小麦粒宏量组分分层定向酶解与产品分制的方法，包括以下步骤：

(1)小麦粒去皮

对小麦粒进行去皮，使得小麦粒内容物裸露；

(2)淀粉的液化

将去皮的小麦粒浸没在水中，加入淀粉液化酶，加热至液化温度后，进行保温液化，液化结束后将温度降至适宜于糖化的温度；

(3)淀粉的糖化

向步骤(2)得到的物料中加入糖化酶进行淀粉的糖化反应，反应后进行分离，得到小麦淀粉糖化液和滤渣，用水洗涤滤渣，得到脱淀粉小麦粒；

(4)蛋白质的酶水解或微生物水解

将步骤(3)中得到的脱淀粉小麦粒用蛋白酶水解，具体操作如下：将脱淀粉小麦粒浸没在水中，加入蛋白酶进行蛋白质水解，水解后进行固液分离，洗涤滤渣，即得到小麦蛋白质水解液和小麦粗纤维渣；

或将步骤(3)中得到的脱淀粉小麦粒用微生物水解，具体操作如下：将脱淀粉小麦粒调整水分后，接种微生物菌种，然后依次进行培养、发酵和固液分离，即可得到小麦蛋白水解液和小麦粗纤维渣。

优选的，步骤(1)中所述的对小麦粒进行去皮采用能够去除小麦种皮而不会破坏内容物的机械去皮法。

优选的，步骤(1)中所述的小麦粒内容物指胚乳和胚。

优选的，步骤(2)中所述的将去皮的小麦粒浸没在水中时，料液比不高于1:2g/ml。

优选的，步骤(2)中的液化温度根据所选液化酶的最适作用温度来确定。

优选的，步骤(2)中所述的淀粉液化酶为高温α-淀粉酶。关于淀粉液化酶的选取，由于反应过程中，小麦中的淀粉需在高温下迅速吸水膨胀并糊化完全，才能使致密的小麦种子结构松散开，进而才能让淀粉分子暴露出更多的酶解位点，易于淀粉酶渗透进小麦内部进行水解。因此，耐高温α-淀粉酶是最佳选择，其他淀粉酶类例如中温淀粉酶、普鲁兰酶等虽对纯淀粉的水解效果显著，但对于颗粒麦粒会由于温度过低、糊化程度缓慢且颗粒中心糊化不彻底等问题严重限制水解效率。

更优选的，所述的高温α-淀粉酶的酶活力为180000U/mL，添加量不小于15μL/100g去皮的小麦粒，液化温度为90～100℃，pH维持在5.0～7.0。

进一步优选的，加入淀粉液化酶的同时向水中加入浓度不大于30mmol/L的钙离子进行液化。

优选的，步骤(2)中所述的糖化的温度根据步骤(3)中所选的糖化酶最适作用温度来确定。

优选的，步骤(3)中所述的糖化酶为葡萄糖淀粉酶，目的是获得以葡萄糖为主要成分的产品并获得相应的高转化率，从而将料液中的多糖彻底水解为可发酵性糖。若期待产品为麦芽糊精或其他DE值的糖浆，亦可选取其他产品酶类。

更优选的，所述的葡糖淀粉酶的酶活力为260AGU/mL，添加量不小于80μL/100g去皮的小麦粒，糖化温度控制在50～65℃，pH维持在3.5～5.5。

优选的，步骤(3)中所述的分离的方法为过滤、离心或自然沉降。

优选的，步骤(3)中所得的小麦淀粉糖化液通过加热蒸发浓缩即得商品糖浆。

优选的，步骤(4)中所述的将脱淀粉小麦粒浸没在水中时，料液比不高于1:5g/ml。

优选的，步骤(4)中所述的蛋白酶为食品级单一或复合酶，对应获得的小麦蛋白水解液是包含多种氨基酸为主的混合溶液。

更优选的，所述的蛋白酶为风味蛋白酶，该风味蛋白酶是从米曲霉中提取得到的内肽酶和外肽酶的混合物，风味蛋白酶的活力为15000U/g，酶添加量不小于20U/g脱淀粉小麦粒，水解温度30～60℃，pH维持在5～8。

优选的，步骤(4)中所述的微生物菌种为具有食品安全性的高产蛋白酶且水解产物以氨基酸为主的微生物，包括细菌和/或真菌。

更优选的，步骤(4)中所述的微生物为米曲霉，脱淀粉小麦粒调整水分后的水份含量控制在40～60％，米曲霉孢子接种量不低于0.5‰，培养温度不高于35℃，培养湿度不低于70％，制曲时间不长于48h，成曲后加入高浓度盐水进行发酵。

优选的，步骤(4)中所述的小麦蛋白水解液还经过浓缩，获得商品小麦蛋白水解液。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本发明中的技术方案通过淀粉酶类和蛋白酶或微生物作用，逐级剥离完整麦粒中的宏量组分淀粉及蛋白质，并逐级转化分解产生可发酵性糖和氨基酸，最后经浓缩得到可广泛应用于食品及发酵行业的浓缩糖化液和复合氨基酸溶液。通过工艺安排，同时还可获得以蛋白质纤维素为主要成分的脱淀粉小麦粒用作低GI特医食品配料，以及以纤维素为主要成分的食品材料。该方法中的原料无需粉碎以及其他预处理，其工艺简单、节能降耗、可操作性强。该方法可同步分制出几种有价值的产品，是小麦各宏量组分同步高值化全利用的一体化工艺技术。

(2)该方法整个过程利用麦粒蛋白质和/或纤维素架构的支撑作用，加上酶解过程温和的条件，使得每步水解后的残渣都能保持团粒结构，便于渣液分离。

(3)该方法在整个加工过程中采用酶水解法，反应条件温和，安全可控，环境友好。一方面，酶水解避免热酸水解反应剧烈而导致的产物葡萄糖产生低聚糖(如异麦芽糖、龙胆二糖等)、羧甲基糠醛、有机酸和有色物等杂质问题，所得淀粉糖化液可以通过浓缩或干燥制成安全的食品配料或工业原料，提高葡萄糖回收率，降低糖化液精制的难度。另一方面，该方法生产的蛋白质水解液属于生物法水解液，不会产生酸水解时常见的有害物质，如氯丙醇，因此具有很好安全性。

附图说明

图1为本发明技术方案的工艺流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。下面给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

下列实施例中采用的高温α-淀粉酶为国产夏盛耐高温α-淀粉酶；葡萄糖淀粉酶为诺维信Amylase AG 300L。风味蛋白酶购自索莱宝公司。

实施例1

本实施例提供一种小麦粒宏量组分分层定向酶解与产品分制的方法，包括以下步骤：

(1)于反应容器内加入脱皮小麦1000g，自来水4000g，加入氯化钙，使自来水中钙离子的浓度为25.0mmol/L(按液体体积计算)，液化过程中加入NaOH维持pH＝6.0，高温α-淀粉酶添加量为30.0uL/100g，水浴加热温度为95.0℃的条件下进行液化，液化过程中通过搅拌器低速搅拌，使酶与小麦充分接触，提高反应速率，液化完成时间为5h。

(2)待上述液化后的溶液温度冷却至60℃并保持，用柠檬酸调节溶液pH调至4.0，在上述不含淀粉的反应液中继续加入葡萄糖淀粉酶120.0uL/100g，糖化过程中通过搅拌器低速搅拌，使酶与小麦充分接触，提高反应速率，糖化时间为6h，反应后过滤获得糖化液和小麦滤渣，用水洗涤小麦滤渣。所得糖化液杂质含量少，颜色纯正。采用直接滴定法滴定还原糖含量，可溶性固形物含量可以达到15.15wt.％，还原糖含量为14.005g/100g(每100g料液)，DE值为92.44％。

(3)将200g小麦滤渣与自来水按照质量比1:10混合，水浴加热至50℃，加入食品级酸碱调节溶液pH值至7.0±0.1，待温度和pH值稳定后，加入风味蛋白酶，添加量为每克小麦滤渣65U蛋白酶，反应过程中低速搅拌，水解20h。反应后分离水解液，洗涤残渣，对洗涤合并后的料液进行测定，水解过程中氨基酸产率为42.63％，蛋白质水解度为50.67％。残渣烘干后测定各指标：粗纤维含量81.23％、粗脂肪含量5.79％、粗灰分含量6.34％。

实施例2

本实施例提供一种小麦粒宏量组分分层定向酶解与产品分制的方法，包括以下步骤：

(1)于反应容器内加入脱皮小麦1000g，自来水4000g，加入氯化钙，使自来水中钙离子的浓度为15.0mmol/L(按液体体积计算)，液化过程中加入NaOH维持pH＝5.0，高温α-淀粉酶添加量为30.0uL/100g，水浴加热温度为90.0℃的条件下进行液化，液化过程中通过搅拌器低速搅拌，使酶与小麦充分接触，提高反应速率，液化完成时间为6.5h。

(2)待上述液化后的溶液温度冷却至60℃并保持，用柠檬酸调节溶液pH调至4.0，在上述不含淀粉的反应液中继续加入葡萄糖淀粉酶100.0uL/100g，糖化过程中通过搅拌器低速搅拌，使酶与小麦充分接触，提高反应速率，糖化时间为7h，反应后过滤获得糖化液和小麦滤渣，用水洗涤小麦滤渣。所得糖化液杂质含量少，颜色纯正。采用直接滴定法滴定还原糖含量，可溶性固形物可以达到15.2wt.％，还原糖含量为13.999g/100g(每100g料液),DE值为92.10％。

(3)将200g小麦滤渣与自来水按照质量比1:14混合，水浴加热至55℃，加入食品级酸碱调节溶液pH值至7.5±0.1，待温度和pH值稳定后，加入风味蛋白酶，添加量为每克小麦滤渣60U蛋白酶，反应过程中低速搅拌，水解20h。反应后分离水解液，洗涤残渣，对洗涤合并后的料液进行测定，水解过程中氨基酸产率为38.63％，蛋白质水解度为48.14％。残渣烘干后测定各指标：粗纤维含量78.96％、粗脂肪含量5.71％、粗灰分含量6.03％。

实施例3

本实施例提供一种小麦粒宏量组分分层定向酶解与产品分制的方法，包括以下步骤：

(1)于反应容器内加入脱皮小麦1000g，自来水5000g，加入氯化钙，使自来水中钙离子的浓度为15.0mmol/L(按液体体积计算)，液化过程中加入NaOH维持pH＝5.5，高温α-淀粉酶添加量为30.0uL/100g，水浴加热温度为95.0℃的条件下进行液化，液化过程中通过搅拌器低速搅拌，使酶与小麦充分接触，提高反应速率，液化完成时间为5.5h。

(2)待上述液化后的溶液温度冷却至60℃并保持，用柠檬酸调节溶液pH调至4.5，在上述不含淀粉的反应液中继续加入葡萄糖淀粉酶120.0uL/100g，糖化过程中通过搅拌器低速搅拌，使酶与小麦充分接触，提高反应速率，糖化时间为6h，反应后过滤获得糖化液和小麦滤渣，用水洗涤小麦滤渣。所得糖化液杂质含量少，颜色纯正。采用直接滴定法滴定还原糖含量，可溶性固形物可以达到12.16wt.％，还原糖含量为11.133g/100g(每100g料液)，DE值为91.55％。

(3)将200g小麦滤渣与自来水按照质量比1:12混合，水浴加热至50℃，加入食品级酸碱调节溶液pH值至7.0±0.1，待温度和pH值稳定后，加入风味蛋白酶，添加量为每克小麦滤渣60U蛋白酶，反应过程中低速搅拌，水解18h。反应后分离水解液，洗涤残渣，对洗涤合并后的料液进行测定，水解过程中氨基酸产率为39.36％，蛋白质水解度为46.77％。残渣烘干后测定各指标：粗纤维含量80.09％、粗脂肪含量5.84％、粗灰分含量6.22％；

将步骤(2)中得到的小麦滤渣水份烘至50％，按原料干重1‰拌入米曲霉孢子，在90％湿度以及30℃下培养40h。成曲后取出按成曲质量：盐水体积为1:3拌入15波美度的盐水并置于40℃下保温发酵10天。10天后取样测得各项指标：可溶性固形物含量为28.25％、氨基酸态氮含量0.642g/100mL、pH＝5.34、总酸含量1.128g/100mL(以乳酸计)、还原糖含量1.079g/100mL。。

实施例4

本实施例提供一种去皮整粒小麦中淀粉的分离及其糖化液的制备方法，包括以下步骤：

(1)于反应容器内加入脱皮小麦1000g，自来水4000g，加入氯化钙，使自来水中钙离子的浓度为20.0mmol/L(按液体体积计算)，液化过程中加入NaOH维持pH＝6.0，高温α-淀粉酶添加量为30.0uL/100g，水浴加热温度为95.0℃的条件下进行液化，液化过程中通过搅拌器低速搅拌，使酶与小麦充分接触，提高反应速率，液化完成时间为6h。

(2)待上述液化后的溶液温度冷却至55℃并保持，用柠檬酸调节溶液pH调至4.0，在上述不含淀粉的反应液中继续加入葡萄糖淀粉酶120.0uL/100g，糖化过程中通过搅拌器低速搅拌，使酶与小麦充分接触，提高反应速率，糖化时间为6h。所得糖化液杂质含量少，颜色纯正。采用直接滴定法滴定还原糖含量，可溶性固形物可以达到15.15wt.％，还原糖含量为13.793g/100g(每100g料液)，DE值为91.04％。

实施例5

本实施例提供一种采用水的沸腾温度来进行淀粉的液化的技术方案，包括以下步骤：

将1000g脱皮小麦置于反应釜中，加入4000g自来水，液化过程中加入NaOH维持pH＝5.5，在氯化钙浓度为20.0mmol/L(按液体体积计算)，高温α-淀粉酶添加量为40uL/100，水浴加热温度为100.0℃的条件下进行液化，液化过程中通过搅拌器低速搅拌，液化时间为6.5h。

沸腾状态下淀粉液化并未得到更高的水解效率，反而持续沸腾会难以维持小麦颗粒的完整性，使料液中非糖杂质增加，加大分离难度，同时使糖化液澄清度及纯度下降。

实施例6

本实施例提供一种未加入钙盐来进行淀粉液化的技术方案，包括以下步骤：

将1000g脱皮小麦置于反应釜中，加入4000g自来水，液化过程中加入NaOH维持pH＝6.0，在高温α-淀粉酶添加量为30.0uL/100g，水浴加热温度为95.0℃的条件下进行液化，液化过程中通过搅拌器低速搅拌，液化完成时间为6.5h。

待温度冷却至60℃并保持，用柠檬酸将糖化pH调至4.0，在上述不含淀粉的反应液中继续加入糖化酶120.0uL/100g，糖化过程中通过搅拌器低速搅拌，使酶与小麦充分接触，提高反应速率，糖化时间为8h。采用直接滴定法滴定还原糖含量。其中，最终糖化液可溶性固形物可以达到15.20％，还原糖含量为12.940g/100g。DE值为85.13％。

比较例1

本实施例提供一种本发明技术方案的对比例，本对比例采用未脱皮的整粒小麦为原料，且采用中温淀粉酶，包括以下步骤：

将1000g原粒(未脱皮)小麦置于反应釜中，加入4000g自来水，液化过程中加入NaOH维持pH＝6.0，加入中温淀粉酶，添加量为40uL/100g，水浴加热温度为95.0℃的条件下进行液化，液化过程中通过搅拌器低速搅拌，液化10h后取样进行检测仍有大量淀粉未水解。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。