玉米粉液化條件對檸檬酸發(fā)酵的影響

（新疆天業(yè)（集團）公司，石河子市，832000） 黃曉燕

1 前言

檸檬酸是一種重要的有機酸，又名枸櫞酸，無色晶體，常含一分子結晶水，無臭，有很強的酸味，易溶于水。其鈣鹽在冷水中比熱水中易溶解，此性質常用來鑒定和分離檸檬酸。結晶時控制適宜的溫度可獲得無水檸檬酸。在工業(yè)，食品業(yè)，化妝業(yè)等具有極多的用途。

玉米粉中含有豐富的碳源、氮源及微量元素，是發(fā)酵檸檬酸的良好原料，玉米粉中淀粉含量占70%以上，蛋白質占9%以上，還含有脂肪、纖維等。玉米粉在用于檸檬酸發(fā)酵時，需先經過淀粉液化過程，主要研究玉米粉液化對檸檬酸發(fā)酵的影響。

2 玉米粉液化

2.1 玉米粉液化工藝

玉米粉液化工藝是指玉米粉在一定的條件下,利用液化酶使糊化淀粉水解成小分子糊精和低聚糖,淀粉分子量越來越小、反應液粘度不斷下降、流動性斷增強的過程,工業(yè)上稱為液化。液化需具備三大基本條件:水、熱、酶。酶是一種蛋白質,在淀粉液化過程起著至關重要的作用,影響起作用的主要因素是底料顆粒度、環(huán)境PH值和溫度。常用的液化方法包括一次升溫液化法、連續(xù)進出料液化法、噴射液化法和分段液化法。本文研究的玉米粉液化工藝即為噴射液化法和分段液化相結合的工藝,也就是一次加酶噴射液化工藝和二次加酶工藝相結合的液化工藝。

2.2 玉米粉碎

玉米粉在液化前需把原料玉米進行粉碎，玉米經粉碎后成為粉末原料，其目的是使植物組織破壞，釋出淀粉，增加原料與蒸汽的接觸面，增加受熱面積，有利于淀粉顆粒的吸水膨脹、糊化，提高熱處理效率，縮短熱處理時間，為酶能均勻地水解淀粉創(chuàng)造良好的條件。另外，粉末狀原料加水混合后容易流動輸送。

2.3 玉米粉浸泡

原料玉米經過粗碎后粒度仍比較大，通過預先對其用熱水進行浸泡，加快吸收水分，促進組織軟化，淀粉膨化，提高了原料的粉碎細度，從而也就提高了原料的液化效果。浸泡效果與浸泡時間、原料質量、浸泡水溫有關。浸泡時水溫不能太高，否則，原料與高溫水接觸時，來不及混合均勻，部分原料已糊化而結塊，將造成料液輸送困難，并可能導致最終液化不徹底。另外要防止低溫浸泡時間過長，因為原料在低溫浸泡時除吸水速度慢外，乳酸菌易于發(fā)酵，產生乳酸，致使發(fā)生液化困難。

2.4 玉米粉中淀粉的糊化

淀粉顆粒是一種親水膠體，水分能滲入到淀粉顆粒內部，吸收水分后開始膨脹，當溫度達到一定限度后，淀粉突然很快地吸收大量水分繼續(xù)膨脹，當淀粉顆粒的體積增大到50～100倍時，各巨大分子之間的聯(lián)結便減弱到解體的程度，粘度增加很多，淀粉擴散到溶液中，這種現(xiàn)象稱為淀粉的糊化。

淀粉顆粒對于酶作用的抵抗力強，很難直接液化，淀粉液化的實質是在淀粉顆粒因受熱膨脹、糊化破壞了其結晶結構之后進行的，例如：細菌α-淀粉酶水解淀粉和水解糊化淀粉速度比為1：20 000，因此淀粉糊化是酶法液化的第一個重要步驟。淀粉是由許多葡萄糖分子經脫水縮合而成的高分子化合物，檸檬酸生產菌黑曲霉只能利用單糖進行檸檬酸的合成，因此必須將大分子的淀粉逐步水解成單糖才能被微生物細胞所吸收和利用。

2.5 玉米粉的液化

玉米經過粉碎、調漿、浸泡、糊化后，添加細菌α-淀粉酶后，經過噴射液化及二次加酶液化后，將玉米粉中淀粉由α-淀粉酶催化完成液化，這種酶能夠將大分子的淀粉水解，生成小分子的短鏈糊精及低聚糖，為檸檬酸發(fā)酵提供良好的碳源。

3 玉米粉液化對檸檬酸發(fā)酵的影響

3.1 玉米粉碎粒度對液化、過濾及發(fā)酵的影響

原料的粉碎粒度對糊化率有影響。原則上是粉碎越細越好，從糊化角度考慮，粒度細的粉漿溶解性好，容易糊化，從過濾性看，粉漿太細，淀粉粒易堵塞濾布孔眼，不利于過濾，濾餅抽吸不干，濾渣中含糖量增加，造成糖的損失。另外粉碎過細，消耗電力。此外淀粉的溶解還受噴射過程中的摩擦和放料等條件影響，因此，粉碎度過細也無必要。而粒度過大，蒸汽很難滲透到粉粒的內部，可能造成糊化不完全，由于淀粉顆粒的結晶結構對酶的抵抗力增強，從而使液化不透，導致液化不能完全進行，從而降低效率，并使蛋白飼料的量增加，蛋白飼料損失糖量增加，使發(fā)酵總糖降低，最終降低了產酸量。這樣的液化液作為調氮液進入發(fā)酵罐會使發(fā)酵液滅菌不透，給正常發(fā)酵帶來麻煩。根據工業(yè)化規(guī)模生產結果表明，粉漿細度不低于50目，不高于80目，以70目為宜，這樣液化性和過濾性均好。

3.2 液化條件對液化效果的影響

3.2.1 液化溫度

液化溫度影響淀粉酶的活力，根據使用淀粉酶的最佳活性溫度，確定液化溫度，溫度高于淀粉酶活性溫度，會使淀粉酶失效，或者降低淀粉酶活力，無法正常完成液化；溫度低于淀粉酶活性溫度，會使淀粉酶無法充分發(fā)揮活力，會使玉米粉中淀粉的分解不完全，通過淀粉碘液測試可判斷液化效果

3.2.2 液化時間

液化時間與料液還原糖含量、碘試劑顯色反應有著密切關系，合適的液化時間，會使淀粉酶發(fā)生充分作用，合格的碘試顯色為碘試劑原色，這種液化時間，會增加液化液過濾性能。

3.2.3 液化起始pH值

液化起始pH值對液化過濾影響較大，通常在玉米粉液化前會使用堿液（氫氧化鈉）調pH值至6.0～6.5，在此pH值下，淀粉酶的水解力加強，液化液過濾速度會加快，濾液也較澄清。

3.2.4 加酶量

加酶量大，會縮短液化時間，但是有報道稱加酶量過大，會使濾液中的Mn、Ga、溶磷、Fe等含量增加，在檸檬酸發(fā)酵過程中，這些元素的處于較低含量才有利于檸檬酸產酸，加酶量少，液化時間長，濾液中的Mn、Ga、溶磷、Fe等含量太低，不利于檸檬酸發(fā)酵，因此，在玉米粉發(fā)酵檸檬酸過程中，適當的加大用酶量，保證液化液中Mn、Ga、溶磷、Fe等處于較低水平，利用檸檬酸發(fā)酵。

3.3 液化效果對檸檬酸發(fā)酵的影響

玉米粉液化效果良好的表現(xiàn)為得到的液化過濾液總糖較高，還原糖較高，合適的蛋白質含量及Mn、Ga、溶磷、Fe等元素，因此液化效果對檸檬酸發(fā)酵影響較大，液化效果不好的液化液會造成檸檬酸產酸低，發(fā)酵終止后殘總糖含量高，糖酸轉化率低，也有可能造成發(fā)酵不正常，發(fā)生倒罐現(xiàn)象，增加生產成本。

[1]何國慶主編《食品發(fā)酵與釀造工藝學》，中國農業(yè)出版社2003：254～255

[2]陳小真，陳惠萍，郭杰炎.玉米粉原料的檸檬酸發(fā)酵初步研究[J]，工業(yè)微生物，2000（3），第30卷，第1期

[3]代真真，周勇等.檸檬酸發(fā)酵過程中液化條件的影響，食品與生物技術，2011（9）：第30卷，第5期