小麦颗粒宏量组分分层定向酶解的研究

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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。在小麦的传统工业化加工中,通常针对其中的某一种宏量组分,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。而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,因此造成相应组分回收困难或回收率低。本研究拟将完整的小麦颗粒作为原料,使用酶或微生物分层水解其宏量组分并分离回收水解产物,用于相关产品的同步分制。在小麦颗粒宏量组分分层定向酶解过程中,小麦颗粒保持全颗粒状态,有利于分层水解产物的分离回收。(1)小麦粒中淀粉的酶法液化及糖化工艺的研究。经筛选,确定高温α-淀粉酶为小麦颗粒中淀粉液化的最佳用酶。最佳液化条件为:料液比1:4(w/v)、液化温度95℃、液化p H6.0、料液中钙离子浓度15 mmol/L、酶添加量30μL/100g(以原料干重计),液化处理5.5 h,料液及小麦颗粒内部均已检测不到淀粉。液化结束后,料液中可溶性固形物含量达到15.15%;进一步应用葡萄糖淀粉酶对液化液进行糖化处理,最佳工艺条件为:糖化温度60℃、糖化p H=4.0、葡萄糖淀粉酶添加量120μL/100g(以初始原料干重计),在此条件下糖化6.0 h,料液中还原糖含量高达14.005 g/100g,此时料液DE值为92.48%。(2)小麦粒脱淀粉残渣的主要成分分析。小麦粒经酶法液化及糖化处理后,可回收约21.84%的脱淀粉残渣(基于原料干重),其蛋白质含量为46.72%、膳食纤维含量为38.92%、脂肪含量为3.16%、灰分含量为3.31%、还原糖含量为2.11%。分析结果表明,小麦蛋白质和膳食纤维的回收率分别达到90.06%及87.06%。(3)脱淀粉小麦中蛋白质的微生物法水解工艺研究。使用湿热有机酸法对脱淀粉小麦进行脱酰胺处理后,应用米曲霉对改性后的原料进行制曲发酵。最佳制曲条件为:米曲霉添加量为1‰(基于原料干重)、制曲水份50%、粉末原料替代比例60%、培养温度30℃、培养湿度90%、培养时间42 h。在此条件下培养的成曲,其中性蛋白酶活力达到875 U。将成曲加入15°Bé的盐水进行高盐稀态发酵,发酵时间40天。其中,前10天发酵温度为40℃,后30天发酵温度为30℃。发酵结束后,发酵液中氨基酸态氮含量0.738 g/100m L、全氮含量1.326 g/100m L、游离氨基酸含量5.268 mg/m L、还原糖含量2.956 g/100m L、总酸含量1.305 g/100m L、p H为5.20、可溶性固形物28.68%、色率1.05、黄色指数8.11、红色指数5.35。在此水解工艺条件下,蛋白质水解度为44.77%,氨基酸生成为55.66%,全氮利用率为80.11%,水解产物风味独特,略带鲜味。(4)小脱淀粉小麦中蛋白质的酶法水解工艺研究。筛选出碱性蛋白酶及风味蛋白酶对原料中蛋白质进行独立和双水解工艺研究。碱性蛋白酶最佳水解条件为:料液比1:12(w/v)、p H9.60、水解温度54.90℃、酶添加量0.35 g/100g(以原料干重计)、水解时间6.0 h。在此工艺条件下,酶解液中氨基酸态氮含量为0.145 g/100m L、多肽含量为7.496 mg/m L。结果表明,碱性蛋白酶单独水解后,蛋白质水解度为22.33%,蛋白质水解产物有较大苦味;风味蛋白酶单独水解条件为:料液比1:10(w/v)、水解p H7.0、水解温度51.30℃、酶添加量0.40 g/100g(以原料干重计),水解时间22.0 h。在此工艺条件下,水解液中氨基酸态氮含量为0.348 g/100m L、游离氨基酸含量为2.693 mg/m L。结果表明,风味蛋白酶单独水解后,蛋白质水解度为53.58%,氨基酸生成率为63.12%水解产物苦味较明显;在碱性蛋白酶与风味蛋白酶交叉水解工艺研究中,以碱性蛋白酶与风味蛋白酶先后顺序水解效果较好,双酶法水解条件为:在料液比1:10(w/v)的比例下,应用碱性蛋白酶和风味蛋白酶的最佳酶解工艺,分别酶解6.0 h和7.0 h。酶解结束后,酶解液中氨基酸态氮含量为0.172 g/100m L、游离氨基酸含量为1.348 mg/m L,蛋白质的水解度为26.49%,氨基酸生成率为32.98%,全氮利用率为80.32%,水解产物无明显苦味。(5)小麦颗粒脱淀粉和蛋白质后剩余小麦残渣的成分分析。小麦颗粒经脱淀粉和蛋白质处理后,可回收约40.31%的残渣(基于脱淀粉小麦干重)。残渣中膳食纤维含量约80.09%、灰分含量约6.85%、脂肪含量约6.24%,全氮约1.17%。剩余小麦残渣的结构性维持较好,仍可呈较完整的团粒结构。(6)小麦粒淀粉糖化液及脱淀粉小麦在食品加工中的应用。将试验所得糖化液进行啤酒发酵试验。结果表明,小麦粒糖化液酿造得到的啤酒相关理化指标均可达到国标《GB/T 4927-2008啤酒》中的要求。小麦糖化液酿制的啤酒颜色淡黄,有光泽,具浓郁小麦香味。但气泡较少,且气泡挂杯时间略短。将脱淀粉小麦颗粒干燥、粉碎(40目筛)后,替代部分面粉进行饼干制作。结果表明,脱淀粉小麦颗粒以10%的比例替代面粉进行饼干制作时,成品饼干的风味及质构均有较好的改善,面团的密度增加、扩散性下降,硬度、脆性增加且内聚性、咀嚼性下降,制得的饼干口感酥脆,结构疏松,不易粘牙。同时在此添加量下饼干无粗糙口感、具有金黄色色泽以及浓郁小麦香气。
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