玉米粉液化条件对柠檬酸发酵的影响

（新疆天业（集团）公司，石河子市，832000） 黄晓燕

1 前言

柠檬酸是一种重要的有机酸，又名枸橼酸，无色晶体，常含一分子结晶水，无臭，有很强的酸味，易溶于水。其钙盐在冷水中比热水中易溶解，此性质常用来鉴定和分离柠檬酸。结晶时控制适宜的温度可获得无水柠檬酸。在工业，食品业，化妆业等具有极多的用途。

玉米粉中含有丰富的碳源、氮源及微量元素，是发酵柠檬酸的良好原料，玉米粉中淀粉含量占70%以上，蛋白质占9%以上，还含有脂肪、纤维等。玉米粉在用于柠檬酸发酵时，需先经过淀粉液化过程，主要研究玉米粉液化对柠檬酸发酵的影响。

2 玉米粉液化

2.1 玉米粉液化工艺

玉米粉液化工艺是指玉米粉在一定的条件下,利用液化酶使糊化淀粉水解成小分子糊精和低聚糖,淀粉分子量越来越小、反应液粘度不断下降、流动性断增强的过程,工业上称为液化。液化需具备三大基本条件:水、热、酶。酶是一种蛋白质,在淀粉液化过程起着至关重要的作用,影响起作用的主要因素是底料颗粒度、环境PH值和温度。常用的液化方法包括一次升温液化法、连续进出料液化法、喷射液化法和分段液化法。本文研究的玉米粉液化工艺即为喷射液化法和分段液化相结合的工艺,也就是一次加酶喷射液化工艺和二次加酶工艺相结合的液化工艺。

2.2 玉米粉碎

玉米粉在液化前需把原料玉米进行粉碎，玉米经粉碎后成为粉末原料，其目的是使植物组织破坏，释出淀粉，增加原料与蒸汽的接触面，增加受热面积，有利于淀粉颗粒的吸水膨胀、糊化，提高热处理效率，缩短热处理时间，为酶能均匀地水解淀粉创造良好的条件。另外，粉末状原料加水混合后容易流动输送。

2.3 玉米粉浸泡

原料玉米经过粗碎后粒度仍比较大，通过预先对其用热水进行浸泡，加快吸收水分，促进组织软化，淀粉膨化，提高了原料的粉碎细度，从而也就提高了原料的液化效果。浸泡效果与浸泡时间、原料质量、浸泡水温有关。浸泡时水温不能太高，否则，原料与高温水接触时，来不及混合均匀，部分原料已糊化而结块，将造成料液输送困难，并可能导致最终液化不彻底。另外要防止低温浸泡时间过长，因为原料在低温浸泡时除吸水速度慢外，乳酸菌易于发酵，产生乳酸，致使发生液化困难。

2.4 玉米粉中淀粉的糊化

淀粉颗粒是一种亲水胶体，水分能渗入到淀粉颗粒内部，吸收水分后开始膨胀，当温度达到一定限度后，淀粉突然很快地吸收大量水分继续膨胀，当淀粉颗粒的体积增大到50～100倍时，各巨大分子之间的联结便减弱到解体的程度，粘度增加很多，淀粉扩散到溶液中，这种现象称为淀粉的糊化。

淀粉颗粒对于酶作用的抵抗力强，很难直接液化，淀粉液化的实质是在淀粉颗粒因受热膨胀、糊化破坏了其结晶结构之后进行的，例如：细菌α-淀粉酶水解淀粉和水解糊化淀粉速度比为1：20 000，因此淀粉糊化是酶法液化的第一个重要步骤。淀粉是由许多葡萄糖分子经脱水缩合而成的高分子化合物，柠檬酸生产菌黑曲霉只能利用单糖进行柠檬酸的合成，因此必须将大分子的淀粉逐步水解成单糖才能被微生物细胞所吸收和利用。

2.5 玉米粉的液化

玉米经过粉碎、调浆、浸泡、糊化后，添加细菌α-淀粉酶后，经过喷射液化及二次加酶液化后，将玉米粉中淀粉由α-淀粉酶催化完成液化，这种酶能够将大分子的淀粉水解，生成小分子的短链糊精及低聚糖，为柠檬酸发酵提供良好的碳源。

3 玉米粉液化对柠檬酸发酵的影响

3.1 玉米粉碎粒度对液化、过滤及发酵的影响

原料的粉碎粒度对糊化率有影响。原则上是粉碎越细越好，从糊化角度考虑，粒度细的粉浆溶解性好，容易糊化，从过滤性看，粉浆太细，淀粉粒易堵塞滤布孔眼，不利于过滤，滤饼抽吸不干，滤渣中含糖量增加，造成糖的损失。另外粉碎过细，消耗电力。此外淀粉的溶解还受喷射过程中的摩擦和放料等条件影响，因此，粉碎度过细也无必要。而粒度过大，蒸汽很难渗透到粉粒的内部，可能造成糊化不完全，由于淀粉颗粒的结晶结构对酶的抵抗力增强，从而使液化不透，导致液化不能完全进行，从而降低效率，并使蛋白饲料的量增加，蛋白饲料损失糖量增加，使发酵总糖降低，最终降低了产酸量。这样的液化液作为调氮液进入发酵罐会使发酵液灭菌不透，给正常发酵带来麻烦。根据工业化规模生产结果表明，粉浆细度不低于50目，不高于80目，以70目为宜，这样液化性和过滤性均好。

3.2 液化条件对液化效果的影响

3.2.1 液化温度

液化温度影响淀粉酶的活力，根据使用淀粉酶的最佳活性温度，确定液化温度，温度高于淀粉酶活性温度，会使淀粉酶失效，或者降低淀粉酶活力，无法正常完成液化；温度低于淀粉酶活性温度，会使淀粉酶无法充分发挥活力，会使玉米粉中淀粉的分解不完全，通过淀粉碘液测试可判断液化效果

3.2.2 液化时间

液化时间与料液还原糖含量、碘试剂显色反应有着密切关系，合适的液化时间，会使淀粉酶发生充分作用，合格的碘试显色为碘试剂原色，这种液化时间，会增加液化液过滤性能。

3.2.3 液化起始pH值

液化起始pH值对液化过滤影响较大，通常在玉米粉液化前会使用碱液（氢氧化钠）调pH值至6.0～6.5，在此pH值下，淀粉酶的水解力加强，液化液过滤速度会加快，滤液也较澄清。

3.2.4 加酶量

加酶量大，会缩短液化时间，但是有报道称加酶量过大，会使滤液中的Mn、Ga、溶磷、Fe等含量增加，在柠檬酸发酵过程中，这些元素的处于较低含量才有利于柠檬酸产酸，加酶量少，液化时间长，滤液中的Mn、Ga、溶磷、Fe等含量太低，不利于柠檬酸发酵，因此，在玉米粉发酵柠檬酸过程中，适当的加大用酶量，保证液化液中Mn、Ga、溶磷、Fe等处于较低水平，利用柠檬酸发酵。

3.3 液化效果对柠檬酸发酵的影响

玉米粉液化效果良好的表现为得到的液化过滤液总糖较高，还原糖较高，合适的蛋白质含量及Mn、Ga、溶磷、Fe等元素，因此液化效果对柠檬酸发酵影响较大，液化效果不好的液化液会造成柠檬酸产酸低，发酵终止后残总糖含量高，糖酸转化率低，也有可能造成发酵不正常，发生倒罐现象，增加生产成本。

[1]何国庆主编《食品发酵与酿造工艺学》，中国农业出版社2003：254～255

[2]陈小真，陈惠萍，郭杰炎.玉米粉原料的柠檬酸发酵初步研究[J]，工业微生物，2000（3），第30卷，第1期

[3]代真真，周勇等.柠檬酸发酵过程中液化条件的影响，食品与生物技术，2011（9）：第30卷，第5期