全 文 ：早籼米酒精发酵的液化条件初探
何国庆　尹源明　葛红娟　张　颢
(浙江大学 食品科学与营养系 , 浙江杭州 310029; E-mail: gqhe@ zju. edu. cn)
Preliminary Study on Liquefying Condi tions in Ethanol Production from Ea rly Indica Rice
HE Guo-qing , YIN Yuan-ming , GE Hong-juan, ZHANG Hao
(Department of Food Science and Technology , Zhej iang University, Hangzhou 310029 , China; E-mail: gqhe@ z ju. edu. cn )
Abstract: The liquefying conditions in starch hydroly sed into suga r for ethanol production from indica rice were studied.
The ex perimental results show ed the liquefying conditio ns had great effect on transformable efficiency and the o ptimum lique-
fying conditions were composed of 1∶ 3. 5 of rice flo ur to w ater ratio, 50 U /g rice ofα-amylase amount, and 100 mesh of
mash size.
Key words: liquefying co ndition; rice; ethanol production
摘　要: 针对早籼米酒精发酵中原料淀粉水解为还原糖的液化条件进行了初步的研究。结果表明 ,液化条件对早籼米中
淀粉转化为还原糖的转化率有较大影响。最佳的液化条件为:料水质量比为 1∶ 3. 5,液化酶加量为 50 U /g米粉 ,粉碎度为
100目。
关键词: 液化条件 ; 稻米 ; 酒精生产
中图分类号: S38 文献标识码: A 文章编号: 1001-7216( 2002) 04-0375-03
　　 由于早籼米的直链淀粉含量高达 23%以上 [ 1] ,含硫化物
低 ,因此糯性香气和精加工性能较差 ,外观和食用品质也较
差 ,加之定价不太合理 ,导致市售率低 ,造成大量积压。在南
方大米主产区湖北、湖南、安徽、福建、浙江等地出现库存涨
满 [2 ]。这样不仅会造成贮存过程中粮食的损耗和品质的下降 ,
而且占用了大量的国家粮食收购资金 ,加重了政府的财政负
担 ,同时也挫伤了农民种粮的积极性。因此 ,积极开展早籼稻
的转化增值研究具有重要的理论和现实意义。
早籼米的成分与几种发酵工业常用的淀粉质原料如玉
米、甘薯等的化学成分相近 ,碳水化合物含量在 73% ～ 76%
左右 ,蛋白质含量适中 ,从碳水化合物的含量分析 ,早籼米应
该是发酵工业中微生物发酵的良好碳源。近年来 ,早籼米在
饲料、发酵等行业中已有较广泛的应用 ,取得了较好的社会
和经济效益 [ 3 ]。早籼米在发酵等行业利用过程中 ,一般先要对
原料进行糊化和液化 ,传统的液化方式主要是通过高温蒸煮
来完成糊化和液化 [4 ] ,这种液化方式 ,不仅能耗高 ,而且液化
效果也欠佳 ,从而在一定程度上影响了原料的利用率 [5 ]。近年
来 ,随着酶制剂行业的发展 ,加酶液化技术已广泛应用于淀
粉水解 [6～ 8 ] ,并已取得了很好的效果。在使用谷类、薯类及野
生植物中的淀粉为原料进行发酵生产时 ,首先发生变化的是
大分子的淀粉在吸水后 ,由于酶的作用而迅速降解成小分子
的糊精、麦芽糖和麦芽三糖 ,底物的粘度迅速下降 ,然后部分
低聚糖再缓慢地分解为麦芽糖和葡萄糖。液化作用是发酵过
程中首先进行的重要生物化学反应过程 ,它使淀粉成为可利
用的糖的时间大大缩短 ,同时也能为中后期各种微生物的生
长提供碳源。由于影响液化酶液化效果的因素较多 ,而液化
效果的好坏又直接影响到糖化效果 ,因此 ,为了得出较佳的
液化工艺条件 ,我们对早籼米的液化条件进行了初步研究。
1　材料与方法
1. 1　材料与仪器
( 1)耐高温α-淀粉酶 ( 2万单位 /m L) ,无锡杰能科生物工
程有限公司生产。
( 2)糖化酶 ( 5万单位 /g ) ,无锡杰能科生物工程有限公
司生产。
( 3)早籼米为市售产品。
( 4) 751-GWXIN型分光光度计 , 惠普上海分析仪器有限
公司出品。
( 5) LGR10-4. 2台式高速冷冻离心机 , 北京医用离心机
厂生产。
　　 ( 6) PHS-9V酸度计 ,杭州华光无线电厂生产。
1. 2　分析方法
( 1)还原糖分析: 3, 5-二硝基水杨酸法 [ 7]。
( 2)总糖测定: 3, 5-二硝基水杨酸法 [ 7 ]。
( 3)淀粉含量测定: 3, 5-二硝基水杨酸法 [7 ]。
1. 3　工艺流程
大米→粉碎→高温液化→糖化→测定。
2　结果与讨论
2. 1　料水比试验
由于大米的淀粉含量较高、吸水性强 ,因此 ,加水液化时
料水质量比不能太高 ,料水质量比太高 ,易使米粉结底焦化
和液化不完全。料水质量比太低虽然液化效果很好 ,但料液
收稿日期: 2001-03-14;修改稿收到日期: 2001-07-02。
第一作者简介:何国庆 ( 1957- ) ,男 ,教授 ,博士生导师。
375中国水稻科学 (Chinese J Rice Sci ) , 2002, 16( 4): 375～ 377　
中糖浓度太低 ,不适合生产上使用 ,因此必须确定合适的料
水质量比。根据液化酶 (耐高温α-淀粉酶 )的最适温度 95～
100℃和工业上淀粉质原料的料水质量比一般为 1∶ 3左右 ,
本次实验设定了 7个梯度的不同料水质量比 ,将原料粉碎后
过 60目筛 ,按试验设计进行 ,结果如表 1所示。
从表 1的实验结果可以看出 ,当料水质量比低于 1∶ 3
时 ,料液浓度高 ,水解物较稠 ,易使米粉结底焦化而导致糖化
不完全。当料水质量比达到 1∶ 3. 5时 ,料液已经变得较稀 ,
能较好地完成液化过程。因此 ,要使液化比较完全 ,料水质量
比应不低于 1∶ 3. 5,本次实验确定料水质量比以 1∶ 3. 5为
最佳。
2. 2　最佳粉碎度试验
由于大米淀粉是种子内的贮藏物质 ,常以颗粒状态储存
于细胞之中 ,受植物组织与细胞壁的保护 ,既不溶于水 ,也不
易与淀粉水解酶接触。为了使植物组织破坏 ,使淀粉释放出
来 ,必须先对原料进行粉碎。如果大米粉碎不好 ,则会影响酶
和水分的渗入 ,导致液化不完全 ,从而进一步影响后面的糖
化工艺。为了找到合适的粉碎度 ,本实验进行了最佳粉碎度
的试验 ,结果如表 2。
　　从表 2可以看出 ,随着粉碎度的提高 ,还原糖的转化率
也逐渐提高 , 100目 12 h的转化率已经达到了 87. 79%以上。
这主要是由于随着粉碎度的提高 ,大米淀粉颗粒的细胞被破
坏 ,颗粒越来越细 ,酶分子更易与淀粉分子接触 ,从而使淀粉
分子液化更完全 ,因而糖化效果更好 ,还原糖转化率也更高。
当然 ,随着粉碎度的进一步提高 ,还原糖的转化率还会进一
步提高 ,但更高的粉碎度一方面对设备要求高 ,另一方面粉
碎时能耗也高 ,而且还原糖转化率也已经达到 87. 79% ,因
此 ,可以认为 100目的粉碎度比较合适。
2. 3　液化酶添加量试验
耐高温的α-淀粉酶是一种内切酶 ,能在分子内部任意切
断α-1, 4糖苷键 ,形成寡糖和糊精以及部分麦芽糖和葡萄糖。
表 1　料水比对液化效果的影响
Table 1. Ef fect of rice flour to water ratio on liquef ying result.
料水质量比
Rice flou r to water ratio
结果 (感官 )
Resu lt
1∶ 2. 0 太稠　 Too thick
1∶ 2. 5 　稠　 Thick
1∶ 3. 0 　稠　 Thick
1∶ 3. 5 　稀　 Thin
1∶ 4. 0 　稀　 Thin
1∶ 4. 5 　稀　 Thin
1∶ 5. 0 太稀　 Too thin
表 2　粉碎度对液化效果的影响
Table 2. Ef fect of mash size on liquefying result. %
粉碎度
Mash size
/mesh
6 h后转化率
Transfo rmable ef ficiency
af ter six hou rs
12 h后转化率
Transformable efficiency
after 12 hours
60 79. 54 81. 17
80 79. 81 82. 59
100 81. 19 87. 98
图 1　加酶量与液化时间的关系
Fig. 1 . Rela tionship betw een enzyme amount and liquefying
time.
在该酶的作用下 ,淀粉分子迅速分解 ,粘度下降。当底物浓度
减少 ,产物浓度增加时 ,酶可能会部分失活 ,最后导致反应速
度逐渐降低。因此淀粉酶的加量会直接影响淀粉的液化速度
和液化效果。为了得到较佳的液化酶加量 ,本实验以每 1 g淀
粉添加不同的酶量进行实验 ,结果见图 1。
从图 1可以看出 ,在上述 5种酶浓度下 ,液化时间有较
大的差异 ,碘反应完全的时间随酶加量的增大而缩短。当酶
的加量超过 50 U /g时 ,淀粉的液化时间已无明显差异。因
此 ,从生产实际考虑 ,液化酶的加量以 50 U /g较为合适。
2. 4　高温高压处理试验
由于大米淀粉颗粒外有一层蛋白外膜包裹 ,植物细胞的
细胞壁和细胞间隙中的果胶物质等均会影响糖化酶的作用。
通过高温高压 ( 120℃ , 0. 1 MPa, 2 min)处理可以破坏未被
液化淀粉颗粒的外膜及细胞壁和细胞间隙中的果胶等物质 ,
使淀粉颗粒破裂 ,同时又可使部分支链淀粉的链断裂 ,从而
有利于部分仍有活力的液化酶和后续工艺中加入的糖化酶
的作用 ,使淀粉水解更完全 ,因而可使转化率进一步提高。
　　从表 3的实验结果可看出 ,高温高压处理可以使淀粉转
化为还原糖的转化率进一步提高。当处理温度由 100℃提高
到 120℃时 , 糖化 6 h 后 转化率 可由 81. 19%提 高到
86. 08% ,糖化 12 h后转化率可由 87. 98%提高到 92. 97% ,
转化率提高 5个百分点左右。这表明高温高压处理有利于糖
化酶的作用 ,从而使转化率提高。
3　结论
以上实验表明 ,大米的粉碎度、料水质量比、液化酶用
量、高温高压处理等均会影响淀粉转化成糖的转化率。最佳
表 3　高温高压处理对糖化效果的影响
Table 3 . Ef fect of high temperature and high press treatment on sac-
charifying result. %
温度
Temperature
/℃
6 h转化率
Transformable efficiency
af ter six hours
12 h转化率
Transfo rmable ef ficiency
af ter 12 hou rs
100 81. 19 87. 98
110 83. 91 89. 09
120 86. 08 92. 97
376 中国水稻科学 (Chinese J Rice Sci )　第 16卷第 4期 ( 2002年 10月 )
的液化条件: 料水质量比为 1∶ 3. 5,液化酶加量为每 1 g米
粉 50 U,粉碎度为 100目。
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