高濃度玉米糊化液粘度的研究

　　高濃度發酵技術是一項廣泛應用于日本清酒、啤酒、葡萄酒和酒精發酵的技術。國內外已有關于玉米、小麥、大麥高濃度酒精發酵的報道。降低高濃度物料的粘度是實現谷物原料高濃度發酵的關鍵一步。在液化反應中，加水比由1B3.5降低為1B2,工藝用水將減少42.8%,醪液在加熱過程中變得十分粘稠。醪液的過度粘稠導致液化不徹底，妨礙糖化酶對淀粉鏈進一步作用，進而影響了淀粉的利用率。醪液粘度增加，還會導致醪液輸送困難，降低工藝流程中的熱傳導效率和酵母的活性。因此需要對高濃度物料中影響粘度的各種因素及測定方法進行深入的探討。由于粘度受濃度、溫度、攪拌速度（剪切力）、加熱速度和時間等諸多變量的影響，因此實時測定十分困難。

　　Brabender粘度計可以在轉速（剪切力）恒定的情況下，以恒定的加熱/冷卻速率對物料進行加熱或冷卻，并實施實時粘度記錄。

　　Brabender粘度測定儀廣泛應用于淀粉和膠體的粘度測定。將Brabender粘度計應用于玉米高濃度物料糊化、液化過程的研究，可以很好地反映玉米粉乳在糊化和液化過程中粘度化情況。

　　1 材料與方法

　　1.1 原料玉米面

　　市售鐵單4號脫臍脫皮玉米面（淀粉含量64.5%,粗蛋白15%）。酶制劑：液化酶，NOVO公司生產的耐高溫淀粉酶Liquozyme 120 L/S,酶活力35000u/mL.糖化酶，江蘇宏達酶制劑廠生產的蘇宏牌糖化酶，酶活力100 000 u/mL.酸性蛋白酶，海寧市金潮實業有限公司發酵廠生產，酶活力20000u/mL.纖維素酶，河北勝利酶制劑廠生產，酶活15000u/g.

　　玉米淀粉、蛋白粉和玉米纖維：均為當地淀粉廠生產的成品。

　　1.2 方法與檢測液化方法

　　室溫下將一定量的玉米粉與水混合，加入定量的液化酶和100 mg/L的CaCl2,攪拌均勻后，加入Brabender粘度計進行試驗。

　　液化：碘反應法。

　　糖含量：斐林試劑法。

　　粘度：Brabender粘度計。粘度計轉速設定為，加熱到60e之前轉速設定為90r/min,加熱到60e后轉速設定為75 r/min.加熱/冷卻速率設定為2.5e/min.Brabender粘度計對粘度實行實時記錄，在記錄中橫軸為時間和溫度，每一小格代表1 min和2.5e,縱軸為Brabender粘度單位（BU），根據測定對象粘度的變化，每一小格分別代表20 BU或40BU.

　　2 結果與討論

　　2.1 玉米原料的糊化曲線

　　Brabender粘度計在進行粘度測定時，首先將玉米粉乳預熱到60e,然后以每分鐘215e的加熱速度加熱到90e,保溫15 min后，以每分鐘2.5e的速度降溫到60e;以此為一個測定周期。

　　不同濃度玉米粉乳加熱的粘度變化如圖1所示。分析玉米粉乳糊化曲線，可以觀察到玉米原料加熱糊化過程的幾個階段：

　　（1）穩定階段： 60e以前物料的粘度幾乎沒有變化。

　　（2）吸水膨脹和糊化階段：在66~72e這個階段淀粉顆粒吸收大量的水，并把這些水份牢牢固定在分子周圍。在Barender糊化曲線上可以觀察到粘度迅速上升，直至出現峰值粘度：1 800 BU.

　　（3）穩定階段：隨著溫度超過糊化點（74e）后，淀粉顆粒結構被破壞，粘度開始下降，然后維持在一定水平。

　　（4）老化階段：隨著溫度下降，由于淀粉的回生作用，淀粉分子之間又開始重新形成網狀結構，粘度又有所上升。

　　由圖可以看出，玉米粉加熱后的粘度隨著濃度的增加而上升。峰值粘度與固形物含量成正比，峰值粘度持續時間與固形物含量無關。當固形物超過35%后，攪拌和傳熱都十分困難，無法進行檢測。故本實驗固形物最高濃度設為33.3%.

　　2.2 玉米原料主要成分對糊化粘度的影響

　　普通玉米粉（脫臍）含淀粉64.5%、蛋白質15%、纖維10%、水分9%和少量的灰分。

　　圖表明以15%濃度的淀粉、蛋白粉和玉米纖維為例的玉米粉加熱粘度的變化情況。即玉米淀粉呈典型的淀粉糊化曲線，峰值粘度達880 BU,峰值粘度持續時間為20 min,在90e保溫的過程中粘度520~600 BU;蛋白粉加熱變性，粘度升高，并維持在峰值粘度260BU;玉米纖維在溫度變化過程中粘度變化很小。

　　通過對圖的分析可以看出：玉米原料中引起熱粘度升高的主要因素是淀粉的糊化和蛋白質的熱變性，其中淀粉的糊化是最主要因素。因此添加適量的液化酶，切斷淀粉的葡萄糖長鏈，釋放出一部分糊化過程中固定的水分子，可降低醪液的粘度。

　　3 小 結

　　（1）玉米粉乳加熱過程中粘度升高主要是淀粉糊化和蛋白質變性引起的。通過對圖2和圖3的對比發現玉米粉和玉米淀粉的糊化粘度曲線形狀基本相同，進而可以斷定玉米粉乳加熱粘度升高的最主要因素是淀粉的糊化作用。因此在玉米糊化點前（60e）加入10u/g的液化酶預處理20min,可降低60%的峰值粘度及峰值粘度持續時間，并可防止淀粉糊的老化回生。

　　（2）預處理添加100 u/g原料的纖維酶對于峰值粘度影響很小，但由于纖維素酶可以起到打開纖維素包裹淀粉顆粒的作用，可明顯提高液化反應效率。

　　（3）預處理時添加蛋白酶對液化降低粘度作用很小，但是考慮到它對發酵的促進作用，可以在糖化后添加。