[发明专利]使用红外光谱法在线监测糖化过程的方法

说明书

本发明涉及一种用于控制酶预处理过程，例如糖化过程的方法和系统。该方法允许在酶预处理过程，例如糖化过程中实时精确地确定存在于溶液中的糖分子和糖链的平均长度。而且，关于例如溶解的蛋白质和游离氨基酸浓度的其他信息也可同时获得。所述方法包括使用红外(IR)光谱仪连续测量在生物质的预处理期间获得的样品的衰减全反射(ATR)红外光谱。

技术领域

本发明涉及一种用于控制酶预处理过程，例如糖化过程的方法和系统。这允许确定在酶预处理过程，例如糖化过程中实时精确地存在于溶液中的糖分子和糖链的平均长度。而且，例如溶解的碳水化合物(如蛋白质和游离氨基酸)的信息也可作为关于糖链的平均长度的信息同时获得。

背景技术

当进行例如酿造时，在广泛的谷物和其他含有淀粉和二-和多糖类的作物中天然存在的碳水化合物的微生物发酵之前，天然存在的碳水化合物通常需要酶预处理。该酶预处理称为糖化。可能需要进行这种糖化程序的谷物和作物的实例是大麦、小麦、黑麦、燕麦、水稻、玉米、木材或马铃薯。

在某些情况下，谷物在糖化前被制成麦芽。在制麦芽过程中，天然酶在作物中生长。在其他情况下，酶在糖化开始之前被加入到谷物或农作物中。在糖化过程中，水被加入到农作物中并且温度被升高且保持加入或天然存在的酶最活跃的一定温度下。糖化通常包括几个温度步骤以刺激不同的酶。

糖化过程期间，由于天然存在的淀粉的酶转化，形成不同类型的单、二和多糖化合物。较小的糖单元(诸如例如麦芽糖)在发酵过程中转化为乙醇，而略微较长的链(诸如例如麦芽糖糊精)在整个发酵中保持并有助于最终酿造物中优选的甜味。

糖化过程完成后，短链糖和长链糖的比例必须在非常窄的间隔内以获得想要的那种酿造。“过糖化”，其中所有淀粉完全转化为麦芽糖，将产生具有高醇含量，但具有平淡的和不令人愉快的或苦的味道的酿造物。另一方面“糖化不足”，其中仅淀粉的小部分转化为麦芽糖，将导致具有低醇含量的非常甜的酿造物。对于大多数类型的酿造物，使麦芽浆处于这两个极端之间某处的糖化过程是优选的。然而，糖化过程的控制是非常具有挑战性的，并没有很好的在线方法可用来测量短链和长链糖化合物之间的比例。

其他重要的酶过程包括在作物的蛋白质中肽键的水解。水解蛋白的含量也影响最终酿造物的特性，并因此是在糖化过程中要控制的一个重要因素。控制蛋白的水解度也是具有挑战性的。

整个酿造过程从科学的角度非常好地被理解-尤其详细对发酵过程进行了研究，并经常作为复杂的和高度工程化的生化过程操作。

相比之下，糖化是为数不多的留在酿造业的“黑盒子”之一，且糖化仍然基本上通过使用“秘方”和试错的方法进行。然而这在很多方面是有问题的。一个关注是，由于每批麦芽关于糖和蛋白质底物以及活性淀粉酶和蛋白酶酶两者均可具有不同组分，因此最优的糖化程序从不完全相同。

缺乏对糖化过程的了解和控制的原因是由于没有可用的提供糖化的在线监测分析技术。HPLC(高效液相色谱法)或GPC(凝胶渗透色谱法)可用于分析在麦芽浆中的糖化合物，但运行仅一个样品的时间比糖化本身每个温度步骤的时间尺度更长，因此其对于在线监测是无用的。

因此，需要新的分析技术来优化并允许更好地理解这一重要的生化过程类型。

发明内容

在本发明的第一个方面本文公开了一种用于控制酶预处理过程，例如糖化过程的方法。该方法包括以下动作：

a)向具有罐的系统提供样品；

b)通过如下获得样品混合物：

-如果样品不含一种或多种酶，则将一种或多种酶加入到样品中，或

-可能向已经含有一种或多种酶的样品中加入一种或多种酶；

c)连续地将一部分样品混合物暴露于红外(IR)光谱仪；