玉米甜味浸泡的制作方法

1.公开了一种在高温浸泡期间从基本上完整的种子和水果中释放可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆的方法，以及蛋白质和油增加、碳水化合物耗尽的残余物的回收，这些残余物理想地适合用作有附加值的动物饲料或其他饲料或食品级产品。


背景技术：

2.湿磨和干磨是将谷物加工成糖浆、乙醇和副产品(如动物饲料和油)的主要方法。玉米是通过这些方法加工的主要谷物，但小麦、大麦、黑麦、高粱、蜀黍、水稻等可以以类似的方式加工。
3.以玉米为例，湿磨工艺被设计成从玉米仁的每种成分中获取最大价值。首先将玉米仁在约50℃的水中浸泡36小时，任选地添加so2和乳酸。浸泡会破坏二硫键并弱化麸质淀粉基质，从而改善淀粉颗粒的释放。可以使用酸性蛋白酶代替so2。浸泡水含有玉米可溶性固体，如盐、可溶性氨基酸、多肽、蛋白质以及其他微量营养素，但是几乎不含淀粉。
4.然后对软化的仁进行机械加工以去除胚芽，将其进一步加工以回收高价值的玉米油。去除胚芽后，将剩余的仁组分筛分以回收用于生产动物麸质饲料的纤维。淀粉和一些麸质通过筛网并且随后经受离心以从淀粉中分离出较轻的麸质蛋白质(其可以添加到麸质粉中)。淀粉经受α-淀粉酶酶促水解产生水解淀粉糖浆，然后可以将所述水解淀粉糖浆转化成葡萄糖、麦芽糖或其他糖类，用于生产糖浆。此类糖还可以用作发酵原料，用于生产乙醇和其他有价值的生物化学品，它们更经常被制成更有价值的食品产品，包括特质糖浆和高果糖玉米糖。
5.玉米干磨工艺是资本密集程度较低的工艺，主要集中在谷物乙醇的生产上。在此工艺中，在酶促加工之前，首先将玉米仁锤磨至中等至精细研磨。酶促加工首先用热稳定的α-淀粉酶(任选地用蛋白酶和其他酶)在处于或高于淀粉糊化温度下进行。在更高的温度下加工需要喷射式蒸煮锅，这是昂贵的资本并且消耗大量能量。和湿磨一样，所得麦芽糖糊精之后可以被转化成葡萄糖或理论上的其他糖类。然而，干磨往往是一种将全磨玉米用于工业级产品的工艺，并且不适合用于生产食品级产品。因此，燃料乙醇、干酒糟(低价值的动物饲料产品)和油(用于生产生物柴油)往往是唯一的产品。
6.近年来，已经改进了干磨分级工艺，以增加高价值副产品的生产和回收。然而，此类产品不太可能是食品级的，并且通常需要资本投资和使用许多另外的酶和加工步骤。需要优异的方法来加工谷物，从而以最小的资本投资获取最大的价值。


技术实现要素：

7.描述了一种在高温浸泡期间从基本上完整的种子和水果中释放可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆的方法，以及蛋白质和油增加、淀粉耗尽的残余物的回收，这些残余物理想地适合用作有附加值的动物饲料或其他饲料或食品级产品。本发明的组合物和方法的各方面和实施例总结在以下分别编号的段落中：
8.1.在一个方面，提供了一种从玉米仁生产可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆的方法，所述方法包括在处于或高于所述玉米仁中的淀粉的糊化温度的温度下在水中浸泡基本上完整的玉米仁，其中浸泡在外源性热稳定的α-淀粉酶的存在下进行，所述淀粉酶从所述玉米仁中存在的淀粉中生产可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆，并且所述浸泡温度使所述玉米仁中存在的内源性玉米蛋白酶和碳水化合物水解酶失活；以及随后将所述浸泡过的玉米仁部分以获得可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆部分和基本上完整的、淀粉耗尽并且蛋白质和油增加的玉米仁残余物。
9.2.在如段落1所述的方法的一些实施例中，使所述浸泡过的玉米仁经受温和的挤压条件，以在分级前挤出夹带的可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆。
10.3.在如段落1或2所述的方法的一些实施例中，使所述浸泡过的玉米仁经受温和的离心条件，以在分级前挤出夹带的可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆。
11.4.在如段落1-3中任一项所述的方法的一些实施例中，浸泡进一步在另外的酶的存在下进行。
12.5.在如段落1-4中任一项所述的方法的一些实施例中，所述可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆部分与另外的酶进一步接触。
13.6.如段落4或5中所述的方法，其中所述另外的酶选自由以下组成的组：葡糖淀粉酶、支链淀粉酶、β-淀粉酶、生麦芽糖α-淀粉酶、植酸酶、及其组合。
14.7.在如段落1-6中任一项所述的方法的一些实施例中，所述可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆部分被转化成乙醇。
15.8.在如段落1-6中任一项所述的方法的一些实施例中，所述可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆用于生产特制糖浆。
16.9.在如段落1-6中任一项所述的方法的一些实施例中，将所述可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆用作发酵原料，用于生产蛋白质、酶和/或其他生物化学品。
17.10.在如段落1-6中任一项所述的方法的一些实施例中，所述可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆用于生产高果糖玉米糖浆。
18.11.在如段落1-10中任一项所述的方法的一些实施例中，所述淀粉耗尽且蛋白质和油增加的玉米仁残余物用于动物饲料。
19.12.在如段落1-10中任一项所述的方法的一些实施例中，所述淀粉耗尽且蛋白质和油增加的玉米仁残余物用于生产油和/或麸质。
20.13.在如段落1-12中任一项所述的方法的一些实施例中，在处于或高于所述玉米仁中的淀粉的糊化温度的温度下高温浸泡基本上完整的玉米仁是通过在常规浸泡温度下的常规浸泡步骤进行的，以在高温下浸泡之前在热稳定的α-淀粉酶的存在下洗去碎屑和杂质。
21.14.在如段落1-13中任一项所述的方法的一些实施例中，在处于或高于所述玉米仁中的淀粉的糊化温度的温度下浸泡基本上完整的玉米仁通是过机械磨损进行的，以改善所述热稳定的α-淀粉酶进入所述基本上完整的玉米仁。
22.15.在如段落1-14中任一项所述的方法的一些实施例中，在浸泡水接触所述基本上完整的玉米仁之前，热稳定的α-淀粉酶存在于所述浸泡水中。
23.16.在如段落1-15中任一项所述的方法的一些实施例中，在所述浸泡水被加热至
处于或高于所述玉米仁中的淀粉的糊化温度的温度之前，热稳定的α-淀粉酶存在于所述浸泡水中。
24.17.在另一方面，提供了一种用于生产基本上完整的、淀粉耗尽且蛋白质和油增加的玉米仁残余物的方法，在处于或高于所述玉米仁中的淀粉的糊化温度的温度下在浸泡水中浸泡基本上完整的玉米仁，其中浸泡在外源性热稳定的α-淀粉酶的存在下进行，所述淀粉酶从所述玉米仁中存在的淀粉中释放可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆，并且所述处于或高于所述玉米仁中的淀粉的糊化温度的温度使所述玉米仁中存在的内源性玉米蛋白酶和碳水化合物水解酶失活；以及随后从所述浸泡过的玉米仁中分离出含可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆的浸泡水，以获得基本上完整的、淀粉耗尽且蛋白质和油增加的玉米仁残余物。
25.18.在如段落17所述的方法的一些实施例中，所述淀粉耗尽且蛋白质和油增加的玉米仁残余物用于动物饲料。
26.19.在如段落17或18所述的方法的一些实施例中，所述淀粉耗尽且蛋白质和油增加的玉米仁残余物用于生产油和/或麸质。
27.20.在另一方面，一种用于从玉米仁组合物生产油和麸质的方法，所述方法包括在处于或高于所述玉米仁中的淀粉的糊化温度的温度下在浸泡水中浸泡基本上完整的玉米仁，其中浸泡在外源性热稳定的α-淀粉酶的存在下进行，所述淀粉酶从所述玉米仁中存在的淀粉中释放可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆，并且所述处于或高于所述玉米仁中的淀粉的糊化温度的温度使所述玉米仁中存在的内源性玉米蛋白酶和碳水化合物水解酶失活；以及随后从所述浸泡过的玉米仁中分离出含可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆的浸泡水，以获得基本上完整的、淀粉耗尽且蛋白质和油增加的玉米仁残余物；以及将所述淀粉耗尽且蛋白质和油增加的玉米仁残余物分级成油和麸质部分。
28.21.在如段落1-20中任一项所述的方法的一些实施例中，浸泡是在预选量的热稳定的蛋白酶的存在下进行的，以部分水解所述玉米仁中存在的蛋白质和/或产生氨基酸。
29.从以下说明书和所附实例中，本发明的组合物和方法的这些及其他方面和实施例将是清楚的。
附图说明
30.图1示出了总结本发明的玉米甜味浸泡方法的特征的工艺流程图。
具体实施方式
31.1.定义和缩写
32.根据此具体实施方式，以下缩写和定义适用。应当注意单数形式“一个/一种(a/an)”和“该/所述(the)”包括复数个指示物，除非上下文中另有清楚地指示。因此，例如提及“酶”包括多个这样的酶，并且提及“所述酶”包括提及本领域技术人员已知的一种或多种酶及其等效物等。
33.将本文件组织成若干部分以便于阅读；然而，读者将领会的是，在一个部分中进行的陈述可能适用于其他部分。以这种方式，用于本公开的不同部分的标题不应被解释为限制。
34.除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本领域普通技术人员通常所理解的相同的含义。为了清楚起见，以下术语定义如下。
35.1.1.缩写和首字母缩略词
36.除非另外说明，否则以下缩写/首字母缩略词具有以下含义：
37.℃
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
摄氏度
38.dh2o或di
ꢀꢀꢀꢀꢀ
去离子水
39.g或gm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
克
40.hr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
小时
41.kg
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
千克
42.m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
摩尔
43.mg
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
毫克
44.min
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
分钟
45.ml和ml
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
毫升
46.mm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
毫米
47.mm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
毫摩尔
48.mw
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
分子量
49.sec
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
秒
50.u
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
单位
51.v/v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
体积/体积
52.w/v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
重量/体积
53.w/w
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
重量/重量
54.wt％
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
重量百分比
55.1.2.定义
56.如本文所使用的，术语“淀粉”是指由植物的复合多糖碳水化合物组成的任何材料，该复合多糖碳水化合物由具有式(c6h
10
o5)
x
(其中x可以是任何数目)的直链淀粉和/或支链淀粉构成。特别地，该术语是指任何基于植物的材料，包括但不限于谷物、草、块茎、和根，并且更具体地是小麦、大麦、玉米、黑麦、水稻、高粱、豆类、木薯、粟、马铃薯、甘薯、和树薯。在复合多糖碳水化合物从其他植物组分纯化后，称其为“精制淀粉”。
57.如本文所使用的，“可溶性淀粉水解产物”是衍生自不溶性淀粉的多糖，其在室温或更高的温度下可溶于水。可溶性淀粉水解产物包括糊精和麦芽寡糖，但是葡萄糖含量低。
58.如本文所使用的，“糊精”是由不溶性淀粉部分水解产生的直链和部分支化的可溶性和不溶性多糖。
59.如本文所使用的，“麦芽寡糖”是通过酸处理或通过用内作用糖酶如α-淀粉酶处理水解不溶性淀粉和糊精而产生的直链和部分支化的多糖。
60.如本文所使用的，“麦芽糖糊精”是指精制的麦芽寡糖，通常在从dp3至dp20的范围内，但可以更长。
61.如本文所使用的，“水解淀粉糖浆”是衍生自不溶性淀粉或可溶性淀粉水解产物的多糖，其富含短麦芽寡糖，例如dp5和更少，包括葡萄糖。
62.如本文所使用的，术语“α-淀粉酶”是指这样的酶：除其他事项之外，其能够催化淀
淀粉酶的水接触。示例性的浸泡温度范围为约70℃-100℃和80℃-90℃。高的浸泡温度导致尖端打开，使浸泡水进入仁中并使其膨胀。膨胀的玉米仁中的淀粉变得可接近α-淀粉酶，它水解暴露的淀粉链以产生可溶性淀粉水解产物。由于渗透压驱动的扩散，可溶性淀粉水解产物从膨胀的玉米仁中排出。高温使内源性碳水化合物水解酶失活，从而确保避免不受控的淀粉水解，并且确保淀粉水解模式由选择用于浸泡的一种或多种热稳定的α-淀粉酶来确定。
76.高温还使内源性蛋白酶失活，使玉米仁蛋白质保持完整，并使向多肽或游离氨基酸的不受控的水解最小化。这避免了浸泡水中的多肽和氨基酸的损失，并且保持了玉米仁残余物中的蛋白质含量。
77.在改进的高温浸泡过程结束时，可以进行温和的挤压、离心或其他机械手段，将剩余的可溶性淀粉水解产物从膨胀的玉米仁中挤压到现在可以称为甜味浸泡过的水中。温和的条件是使可溶性淀粉水解产物从玉米仁残余物中分离但不会以其他方式分级或破坏玉米仁残余物的条件。甜味浸泡过的水可以用于制造可发酵糖、用于生产糖浆的糖或其他有价值的产品。剩余的淀粉耗尽的玉米仁(可替代地称为低碳水化合物玉米(lcc))表示天然玉米仁的最低限度改性的、蛋白质和油增加的版本，其理想地用作高质量动物饲料。这些淀粉耗尽的玉米仁富含未水解的蛋白质和油，并且还可以对其进行分级用于生产其他食品和饲料产品。
78.就从玉米仁中提取最大量的淀粉而言，该新方法，在本文中称为“高温酶浸泡”或“玉米甜味浸泡”，可能不像常规的湿磨或干磨那么有效。然而，设备和能量的节约超过了与淀粉提取有关的效率损失，并且高质量的蛋白质和油增加的、淀粉耗尽的残余物有望为生产者打开新的市场。
79.热稳定的α-淀粉酶可以在与玉米仁接触之前存在于浸泡水中，或者可以在玉米仁在浸泡水中加热时与玉米仁一起存在。以这种方式，热稳定的α-淀粉酶可以在玉米仁开始膨胀时进入玉米仁中。可替代地，可以在浸泡玉米仁的浸泡水达到期望的温度后添加热稳定的α-淀粉酶。
80.而玉米仁基本上是完整的，意味着没有被分级并且没有被研磨，但对玉米仁的一些损坏是可以接受的(如果无法避免)，并且不会对该方法产生不利影响。此外，可能需要玉米粒表面的机械粗糙化以改善热稳定性的α-淀粉酶进入玉米仁中。该方法可以容忍由于粗糙化导致的部分玉米仁的轻微破坏；然而，该方法不依赖于在与α-淀粉酶接触之前对玉米仁进行分级(如在湿磨的情况下)或对玉米仁进行粉碎(如在干磨的情况下)，这是本发明方法与常规方法之间的区别点。
81.在新方法的一些变体中，可以在浸泡期间添加其他碳水化合物加工酶以增强可溶性淀粉水解产物的产生或在浸泡期间产生水解淀粉糖浆。此类酶包括葡糖淀粉酶、支链淀粉酶、β-淀粉酶、生麦芽糖α-淀粉酶、异淀粉酶、海藻糖酶等。此外，还可以包括非多糖水解酶，如纤维素酶、葡聚糖酶、木聚糖酶、果胶酶、蛋白酶和植酸酶。此类酶应具有足够的热稳定性以承受浸泡温度。可替代地，这些酶可以在浸泡过程后期添加，在这种情况下，它们不必在整个浸泡时间内存活；或者可以在甜味浸泡水冷却后添加到可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆部分中，在这种情况下，它们可能不必是热稳定的。
82.冷却的甜味浸泡过的水还可以被糖化、发酵、同时进行糖化和发酵(ssf)，用于生
产葡萄糖或特制糖浆，用于生产高果糖玉米糖浆，用于生产乙醇或以本领域所述的任何常规方式使用。淀粉耗尽的并且蛋白质和油增加的玉米仁残余物可以直接用作动物饲料或进一步加工成油、麸质或其他分级产品。重要的是，本发明的方法是基于其中由玉米仁制备可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆的方式，而不是使用最终产品。
83.本发明的高温酶促浸泡法的显著优点在于升高的浸泡温度(处于或高于玉米仁中的淀粉的糊化温度)使内源性蛋白酶失活，使蛋白质保持完整用于喂养动物或制备食品。然而，在新方法的一些变体中，内源性蛋白酶并未完全失活，或者有意添加一定量选择的蛋白酶(包括热稳定的蛋白酶)，以帮助从膨胀的玉米仁中释放淀粉，以用氨基酸补充甜味浸泡过的水供发酵生物体随后使用，从而以预定且可控的方式对种子或水果蛋白进行改性。
84.可以包括另外的加工步骤来提高用于玉米甜味浸泡的玉米仁的质量，包括用水洗涤基本上完整的仁，筛选仁以去除碎屑，在少量酶的存在下温育仁以使新方法的特征不被破坏，或者甚至在常规的湿磨浸泡条件(即低于玉米仁中的淀粉的糊化温度)下温育仁。
85.可以参照图1所示的工艺流程图进一步描述玉米甜味浸泡。在图中，工艺步骤由白色方框表示，并且产品或工艺中间体由灰色方框表示。
86.任选地使基本上完整的玉米仁1经受清洁步骤2以去除碎屑和污染物。清洁步骤可以与常规的湿磨浸泡过程类似并且在相对低的温度下进行，该温度远低于玉米仁中淀粉的淀粉糊化温度。然后在高温(处于或高于玉米仁中淀粉的淀粉糊化温度)下在热稳定的α-淀粉酶的存在下使玉米仁经受浸泡3。在此步骤期间，玉米仁中的不溶性淀粉被转化成可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆，这取决于是否另外添加了另外的淀粉水解。任选地，进行机械加工步骤4(如挤压和/或离心)以帮助这些水解产物排出到浸泡水5中。可以使浸泡水与另外的酶经受二次加工6，从而将可溶性淀粉水解产物或水解淀粉糖浆转化成期望的碳水化合物产物，如葡萄糖、麦芽糖、高果糖玉米糖浆、特制糖浆等，任选地使这些碳水化合物产物经受纯化7(通过例如过滤、离心或离子交换)以生产期望的糖和糖浆8，这些糖和糖浆可以用于多种目的，包括食品或饲料应用，作为原料以酶促生产酶和其他有价值的蛋白质，并通过进一步的代谢、酶促或合成化学改性来制备其他有价值的生物化学品。
87.在高温浸泡和任选的机械加工后，可以将低碳水化合物玉米(lcc；也称为蛋白质和油增加的玉米残余物)9直接用于动物饲料，或使其经受干燥10以产生干燥的llc 11，用作动物饲料或进一步加工。进一步加工典型地意指研磨12和胚芽分离13以生产麸质饲料14和玉米胚芽15。胚芽分离后可以进行油提取16以生产玉米油17和玉米胚芽粉18。与使用典型湿磨工艺生产的玉米油不同，该玉米油可以不含亚硫酸盐。
88.3.用于玉米甜味浸泡的酶
89.用于高温浸泡的酶包括但不限于已经描述用于湿磨和干磨的所有热稳定的α-淀粉酶。此类酶包括细菌酶，如-aa、-alpha、-ethyl、-fred、-xtra和-rsl、clarase
tm l、gzyme
tm 997和gc356(杜邦公司(dupont))、termamyl
tm 120-l、termamyl
tm lc和termamyl
tm sc和supra、liquozyme
tm x、san
tm super、和(诺维信公司(novozymes a/s))以及fuelzyme
tm lf(diversa公司)。在一些实施例中，热稳定的α-淀粉酶将衍生自嗜热脂肪芽孢杆菌(bacillus stearothermophilus)、地衣芽孢杆菌(b.licheniformis)、解淀粉芽孢杆菌(b.amyloliquifaciens)、噬细胞菌属物种
(cytophaga sp.)，或衍生自基于这些酶或其他酶的一种或多种的杂交分子。可商购的热稳定真菌淀粉酶包括来自白曲霉(aspergillus kawachii)的(杜邦公司)。
90.可商购的热稳定葡糖淀粉酶包括和(诺维信公司)。在一些实施例中，热稳定葡糖淀粉酶将衍生自生物体，如篮状菌属物种(talaromyces sp.)、梭菌属物种(clostridium sp.)或青霉属物种(penicillium sp.)。
91.可商购的热稳定植酸酶包括phy(杜邦公司)和(诺维信公司)。在一些实施例中，热稳定植酸酶将衍生自生物体，如布丘氏菌属物种(buttiauxella sp.)、柠檬酸杆菌属物种(citrobacter sp.)、埃希氏菌属物种(escherichia sp.)、隔孢伏革菌属物种(peniophora sp.)、或肥杆菌属物种(obesumbacterium sp.)。
92.可商购的热稳定蛋白酶包括(杜邦公司)和amp(诺维信公司)。在一些实施例中，热稳定蛋白酶将衍生自生物体，如嗜热双岐菌属物种(thermobifida sp.)、拟诺卡氏菌属物种(nocardiopsis sp.)、热球菌属物种(thermococcus sp.)、链霉菌属物种(streptomyces sp.)或火球菌属物种(pyrococcus sp.)。典型的热稳定蛋白酶是嗜热菌蛋白酶，其是由革兰氏阳性菌嗜热溶蛋白芽孢杆菌(bacillus thermoproteolyticus)产生的中性金属蛋白酶。
93.出于所有目的，本文引用的所有参考文献均通过引用以其全文并入本文。