復合纖維素酶在酒精生產(chǎn)中的應用研究

1、第20卷第3期2005年9月安徽工程科技學院學報JournalofAnhuiUniversityofTechnologyandScienceVol.20.No.3Sep.,2005文章編號:1672-2477(2005)03-0030-04復合纖維素酶在酒精生產(chǎn)中的應用研究林森(阜陽市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所,安徽阜陽236012)摘要:在酒精生產(chǎn)中使用復合纖維素酶,將原料中的纖維素、半纖維素等降解為可發(fā)酵性糖,從而提高酒精產(chǎn)率,增加經(jīng)濟效益。復合纖維素酶包括纖維素酶、淀粉酶、磷酸糊精酶等多種酶系,使用量1。以瓜干粉為原料,采用5批試驗進行小試;以玉米為原料,采用糖化罐加入法和發(fā)酵罐加入法進行中試,

2、同時做空白對照試驗,結(jié)果取16個罐平均值.結(jié)果表明:復合纖維素酶可提高出酒率1%左右,降低糧耗3%,縮短發(fā)酵時間10h,中試以加入糖化罐為好,年產(chǎn)萬噸酒精可增加經(jīng)濟效益愈80萬元.關(guān)鍵詞:酒精;復合纖維素酶;小試;中試;出酒率.中圖分類號:TS262.2文獻標識碼:A我國酒精生產(chǎn)所用原料是玉米、瓜干、黑麥等類含淀粉原料.酒精生產(chǎn)成本中原料所耗費用達70%以上.提高淀粉利用率,增加原料出酒率,是降低生產(chǎn)成本、獲取最大的經(jīng)濟效益、提升市場競爭力的主要途徑.為了提高淀粉利用率,國內(nèi)外許多專家都為如何提高出酒率做了大量的工作,其中日本、丹麥、前蘇聯(lián)等國家把復合纖維素酶應用于酒精生產(chǎn)試驗中1.復合纖維素

3、酶是一種復合酶,以纖維素酶為主,還含有淀粉酶、磷酸糊精酶等酶系.它突破了纖維素酶活性低的局限性,將多種酶系有機地結(jié)合起來,成為有較高的酶活力.能與-淀粉酶在原料淀粉液化、糖化過程中產(chǎn)生協(xié)同作用,水解難以水解的高分子碳水化合物,并通過酶的作用,崩潰植物細胞壁,使3其內(nèi)容物充分釋放出來,轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖2、.因此,將復合纖維素酶用于酒精生產(chǎn),可節(jié)約原輔材料消耗,提高淀粉利用率,本文對其應用進行研究.1實驗部分1.1試驗原、輔材料瓜干、玉米:市場收購,正常生產(chǎn)用原料.糖化酶:蘇州宏達制酶有限公司生產(chǎn),酶活1×105/mL.活性干酵母:湖北安琪生物集團生產(chǎn).復合纖維素酶:安徽萬通生化研究所生

4、產(chǎn).1.2小試情況1.2.1小試方法步驟將瓜干粉稱取4份,每份300g,分置于1#、2#、3#、4#三角瓶中,加水比為14,拌料溫度為6870,時間2030min,然后于沸水浴中加熱蒸煮時間70min,取出激冷至60左右,加糖化酶200/g原料,糖化時間20min,冷卻至30,加活性干酵母用活化液10%,發(fā)酵稱重記取初始重量,8h后每4h稱重一次,檢測并記錄發(fā)酵失重情況,直至失重結(jié)束,記下最終失重,做全分析.1.2.2試驗數(shù)據(jù)試驗記錄見表1.對表1記錄結(jié)果整理,并進行對照,結(jié)果見表2.為了記錄CO2失重情況,列舉試驗第5批的1號及3號樣比較見圖1.收稿日期:2005-06-21),男,安徽利辛

5、人,工程師.作者簡介:林森(1968© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.第3期林森:復合纖維素酶在酒精生產(chǎn)中的應用研究表1試驗記錄表31批次序號1酒精度/%7.06.66.4揮發(fā)酸005外觀糖BX0.30.20.400.4

6、0.2總糖/%1.3251.230.640.720.100.960.640.710.280.951.060.90過濾總糖/%0.1250.0750.2870.2370.440.310.290.310.310.280.310.40.280.280.1560.1870.1560.124還原糖/%0.0250.050.050.080.0750.050.0250.06250.080.040.10.080.080.220.050.03750.03750.025殘淀粉/%1.081.01.070.370.10

7、0.300.400.700.500.320.400.380.690.810.70殘糊精/%0.090.02250.0350.140.32500.2360.2630.200.290.180.070.09失重/g9289.588858789929191908988889092.5928885.5備注33第1批2341第2批23413333第3批第4批234121333第5批234注“:3”號為添加復合纖維素酶料樣,加入量為1mL/kg原料,與酵母活化時同步加入,此加入量依梯度試驗結(jié)果而得4.表2試驗結(jié)果對照表試樣加復合纖維素酶樣未加復合纖維素酶樣酒

8、精度/%6.926.810.2060.14揮發(fā)酸外觀糖BX0.310.30總糖/%0.8140.93過濾總糖還原糖/%0.2010.26/%0.0660.064殘淀粉/%0.5240.61殘糊精/%0.1480.178失重/g91.187.5出酒率/%33.832.5注:出酒率計算以CO2失重為基準導出理論出酒率5,以96%的酒精度計,揮發(fā)酸、外觀糖、殘糊精等測定方法為常規(guī)分析方法6,小試實驗分析通過以上對批樣的數(shù)據(jù)比較可以看出:還原糖及外觀糖數(shù)據(jù)基本相同,加復合纖維素酶的樣其酒精度高0.11%,總糖降低0.116%,殘淀粉降低0.086%,殘糊精降低0.03%,失重高3.6g,

9、出酒率提高了1.3%.以出酒率這一指標來看.加入復合纖維素酶的確對原料中淀粉及其它如纖維素等起到了一定的作用,這是我們通過實驗要證明的.另外,我們在實驗中還發(fā)現(xiàn),該酶的使用在發(fā)酵中期、后期作用較明顯,加復合纖維素酶樣在后期仍能保持一定的發(fā)酵力度,這說明這種復合纖維素酶的后氧化作用比較好.但在實驗中亦出現(xiàn)了酸度及揮發(fā)酸略有升高的問題,雖然升高值在可允許范圍內(nèi),但亦需引起重© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.圖11#與3#樣比較圖32安徽工程科技學院學報2005年視.實驗中我們曾

10、對復合纖維素酶進行過鏡檢,屬正常.另外,為排除影響,我們曾加青霉素進行抑菌,但都未能改變酸度升高現(xiàn)象的問題,故認為升酸可能由于酵母用代謝,或后期氧化等情況造成,這一問題還需加以探討.1.3中試情況1.3.1工藝條件不改變原來的生產(chǎn)工藝條件,復合纖維素酶使用量試驗方法(1)加入糖化罐法.以每1000kg玉米原料加入1kg復合纖維素酶,隨糖化酶一同加入糖化罐中,經(jīng)過二次冷卻送入發(fā)酵罐.(2)加入發(fā)酵罐法.以每1000kg玉米原料加入1kg復合纖維素酶,當發(fā)酵罐滿容積85%時,直接倒入發(fā)酵罐中,再續(xù)滿發(fā)酵醪.取同批次未使用復合纖維素酶的發(fā)酵醪作為對照.1.3.3試驗結(jié)果生產(chǎn)試驗中使用復

11、合纖維素酶與未使用該酶的發(fā)酵結(jié)果見表3;生產(chǎn)試驗中使用復合纖維素酶與未使用該酶系的生產(chǎn)結(jié)果見表4.表3未使用復合纖維素酶生產(chǎn)試驗結(jié)果使用方法123發(fā)酵時間/h687678外觀糖/BX-8還原糖/%3總糖/%0.370.350.33酸度/%5.05.205.25揮發(fā)酸/%0.1310.1370.137酒精度/%注:表中數(shù)據(jù)依據(jù)為一排16個發(fā)酵罐發(fā)酵結(jié)果的平均值.方法1是指復合纖維素酶加入糖化罐.方法2是指復合纖維素酶加入發(fā)酵罐.方法3是指未使用復合纖維素酶.表4使用復合纖維素酶生產(chǎn)試驗結(jié)果使用方法123投料量/t396395394產(chǎn)酒

12、精量/t127.712126.280123.237平均出酒率/%32.2531.9731.27每噸酒精平均糧耗/t3.1003.1283.197注:表中數(shù)據(jù)依據(jù)為一排16個發(fā)酵罐總值.方法同表3.從表3、表4中可以看出,在生產(chǎn)中使用復合纖維素酶優(yōu)于未使用復合纖維素酶.而復合纖維素酶加入糖化罐優(yōu)于加入發(fā)酵罐,說明該酶系以加入糖化罐為最好8.使用復合纖維素酶后,平均出酒率提高0.98%,噸酒精糧耗降低3%.同時,從試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),發(fā)酵成熟醪中外觀糖略有降低,酸度和揮發(fā)酸明顯降低,發(fā)酵酒精度明顯增高,特別是發(fā)酵時間,平均縮短10h顯著提高了設備利用率,但發(fā)酵成熟醪中殘還原糖與殘總糖略有升高現(xiàn)象,值得進

13、一步研究.2結(jié)論通過小試、中試試驗證明,復合纖維素酶用于酒精大生產(chǎn)中是完全可行的,可以使原料出酒率提高1%,糧耗下降3%,年產(chǎn)萬噸酒精使用復合纖維素酶后可提高酒精產(chǎn)量313.306t,使用復合纖維素酶總量31.97t.以現(xiàn)價酒精4500元/t計,可增加效益140.99萬元,扣除復合纖維素酶成本(以復合纖維素酶18元/kg計)57.55萬元,年產(chǎn)萬噸酒精可凈增效益83.44萬元,經(jīng)濟效益相當可觀.© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.第3期林森:復合纖維素酶在酒精生產(chǎn)中的應用研究

14、33參考文獻:1王蘭芬.纖維素酶的作用機理及開發(fā)應用J.釀酒科技,1997.6:16.2王璋.食品酶學M.北京:中國工業(yè)出版社,1990.3郭勇.酶工程M.北京:中國輕工出版社,1996.4丁友,劉廷志.利用纖維素酶提高白酒出酒率J.釀酒科技,1998,87(3):465章克昌.酒精與蒸餾酒工藝學M.北京:中國輕工出版社,1997.6秦含章.工業(yè)發(fā)酵分析M.北京:中國輕工出版社,1994.7張永華.食品分析M.北京:中國輕工出版社,2004.8謝林,呂西軍.玉米酒精生產(chǎn)新技術(shù)M.北京:中國輕工業(yè)出版社.2000.47.Researchoncompositecelluloseintheprodu

15、ctionofalcoholinthelaboratoryandpilotscaleLINSheng(FuyangProductsQualitySupervision&InspectionInstitute,Fuyang236012,China)Abstract:Theapplicationofcompositecelluloseintheproductionofalcoholcouldincreasethealcoholyieldandeconomicprofitsbydegradationofcelluloseandhemicelluloseintherawmaterialinto

16、ferment2ablesugar.Compositecellulosecontainsofmultipleenzymespeciessuchascellulose,2amylose,andphosphodextrinaseetc.Thetestwasdonebysaccharificationpotadditionmethodandfermentationpotadditionmethodwithmaizeastheessentialsandthecontentofcompositecelluloseas1.Besides,blankconrtastwasalsodoneatthesametime,andpilottestresultsweretheaverageof16pots.Theresultssuggestedthattheadditionofcompositecelluloseinsaccharificationpotcouldproducebetterprofitsbyincreasingtheliquoryieldby1%andreducingthegrainsconsumptionby3%,shortening10hoursofthefermentationandincr