CN102146420B

CN102146420B - 酶制剂生产发酵废液应用于木薯原料生产酒精的方法

Info

Publication number: CN102146420B
Application number: CN2010101978935A
Authority: CN
Inventors: 王君高; 王乐; 高晓娟
Original assignee: Shandong Institute of Light Industry
Current assignee: Shandong Institute of Light Industry
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2030-06-11
Also published as: CN102146420A

Abstract

本发明涉及一种利用木薯为原料，通过添加淀粉酶和糖化酶的生产发酵废液生产酒精的方法，属于发酵技术领域。酶制剂生产发酵废液应用于木薯原料生产酒精的方法，包括木薯粉粉浆、液化、糖化和发酵，其特征在于，在液化过程中不添加淀粉酶只单独添加淀粉酶发酵废液，或在添加淀粉酶的同时添加淀粉酶发酵废液；和/或在糖化过程中不添加糖化酶只单独添加糖化酶发酵废液，或在添加糖化酶的同时添加糖化酶发酵废液。经实际生产表明，本方法可提高木薯原料出酒精率，减少淀粉酶用量，减少糖化酶用量，减少营养盐用量，降低了酶制剂生产的废液处理成本，提高了酒精生产效益。

Description

酶制剂生产发酵废液应用于木薯原料生产酒精的方法

技术领域

本发明涉及一种酶制剂生产发酵废液应用于生产酒精的方法，特别是一种利用木薯为原料，通过添加淀粉酶和糖化酶的生产发酵废液生产酒精的方法，属于发酵技术领域。

背景技术

目前，淀粉酶和糖化酶广泛应用于酒精、白酒、啤酒、酿造、味精、淀粉糖、发酵工业等其他行业，淀粉酶和糖化酶制剂在大规模生产的同时产生大量的淀粉酶发酵废液和糖化酶发酵废液。经检测，这些废液COD均在50000mg/L左右，其中淀粉酶废液含淀粉酶100-120U/mL，糖化酶废液含糖化酶(80-100)U/mL。废液均含还原糖(0.9-1.0)g/mL。除此之外还均含发酵代谢的微量氨基酸和无机盐等。上述废液由于各种成分含量都比较低，再次回收利用价值不大，部分中小企业将这些废液直接排放掉，污染了周围环境。部分大型企业按照国家污水排放标准处理这些废液，导致生产成本大量增加。

木薯中含有大量的淀粉，是生产酒精的主要原料。目前在木薯原料生产酒精的过程中，木薯粉加水调成粉浆，在粉浆中加淀粉酶，通过蒸煮实现液化，液化后再加糖化酶糖化，使淀粉水解为葡萄糖，然后利用酵母发酵产生酒精；在糖化的同时添加部分无机氮等无机盐，给发酵过程酵母生长补充氮源。公开号为CN101525648的中国专利，公开了一种以木薯渣为原料生产工业糊精和酒精的工艺方法，它将木薯渣粉碎后进行调浆，加液化酶，调节PH值，加温液化过滤，并将上述工艺过程反复进行，至液化滤液固形物重量含量达到22％～25％，即得到稀工业糊精；可以将上述得到的稀工业糊精蒸发浓缩到固形物含量达到68％～72％，得浓缩工业糊精，也可以按照常规木薯发酵工艺生产得到8％(V/V)以上含量的酒精，液化后过滤产生的废渣可以与废醪液混合，作为肥料使用。上述发明在生产过程中需要添加大量淀粉酶和糖化酶，并且为使酵母快速生长还需要添加大量各种无机盐等酵母营养成分。

发明内容

本发明针对现有技术，提供一种酶制剂生产发酵废液应用于木薯原料生产酒精的方法。

术语解释：

本发明中所述酶制剂生产发酵废液指淀粉酶发酵废液和糖化酶发酵废液，其中，淀粉酶仅是指α-淀粉酶。

淀粉酶发酵废液成分为残留的淀粉酶((100～120)U/mL)、残糖、发酵代谢的微量氨基酸、无机盐等，可溶性固形物达(45～55)g/L。

糖化酶发酵废液成分为残留的糖化酶(80～100U/mL)、残糖、发酵代谢的微量氨基酸、无机盐等，可溶性固形物达(45～55)g/L。

营养盐由尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁按重量比10∶5∶2配制而成。

酶活力单位(U)是指在最适温度下，在1分钟内能转化1微摩尔底物的酶量。

技术方案如下：

酶制剂生产发酵废液应用于木薯原料生产酒精的方法，包括木薯粉粉浆、液化、糖化和发酵，其特征在于，在液化过程中不添加淀粉酶只单独添加淀粉酶发酵废液，或在添加淀粉酶的同时添加淀粉酶发酵废液；和/或在糖化过程中不添加糖化酶只单独添加糖化酶发酵废液，或在添加糖化酶的同时添加糖化酶发酵废液。

所述的木薯粉浆，步骤如下：将木薯粉碎通过孔径为1.5～1.8mm的筛底制得木薯粉，然后按照重量体积比1∶2.5～3的比例将木薯粉与水混合，搅拌均匀，得木薯浆，所述重量体积比单位为：kg/L。

所述的液化，步骤如下：向木薯粉浆中加淀粉酶和/或淀粉酶发酵废液，混匀，控制在90～98℃下进行液化70～90min，得液化木薯浆。优选的，淀粉酶添加量按每克木薯粉添加2～10个活力单位(U)的淀粉酶；淀粉酶发酵废液添加量为每克木薯粉添加0.05～0.1mL淀粉酶发酵废液。

所述的糖化，步骤如下：将液化木薯浆冷却到60℃，加入糖化酶和/或糖化酶发酵废液，混匀，控制在58～62℃下糖化0.5～1h，得糖化液。优选的，糖化酶添加量按每克木薯粉添加80～110个活力单位(U)的糖化酶。糖化酶发酵废液添加量为每克木薯粉添加0.1～0.2mL糖化酶发酵废液。在糖化的过程，加入糖化酶和/或糖化酶发酵废液，然后，再添加营养盐，添加量为每克木薯粉添加0～0.001克营养盐，优选的，添加量为每克木薯粉添加0.0005～0.001克营养盐。

所述的发酵，步骤如下：将糖化液自然冷却至30℃，加入活化后的酿酒酵母，控制在30～33℃下发酵72h。

本发明有益效果如下：

1、本发明针对木薯原料生产酒精现有技术及淀粉酶发酵废液和糖化酶发酵废液成分特点，在木薯粉浆中添加一定量的淀粉酶发酵废液，在糖化过程中添加一定量的糖化酶发酵废液，使废液中的成分得到充分利用，可节约淀粉酶用量40～60％、节约糖化酶用量8-12％，节约无机盐40～60％。

2、本发明提供了淀粉酶废液和糖化酶废液新的处理途径，节约了淀粉酶和糖化酶生产企业的废液处理费用，降低了淀粉酶和糖化酶的生产成本，使得企业获得更大的收益。

3、本发明还可大幅提高原料出酒精率0.55～0.69％。按普通规模企业年产60000吨酒精需要木薯原料1680000吨，按提高原料出酒精率0.6％计算，一年多产酒精量可达1008吨，酒精价格按4800元/吨计算，一年仅提高原料出酒精率实现收益483.84万元。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明做进一步阐述，但本发明所保护范围不仅限于此。

实施例中所用的淀粉酶发酵废液取自山东隆大生物工程有限公司，成分为残留的淀粉酶((100-120)U/mL)、残糖(9-10)g/L、发酵代谢的微量氨基酸、无机盐等，可溶性固形物达(45-55)g/L；糖化酶发酵废液取自山东隆大生物工程有限公司，成分为残留的糖化酶(80-100U/mL)、残糖、发酵代谢的微量氨基酸、无机盐等，残糖(9-10)g/L，可溶性固形物达(45-55)g/L。酿酒酵母购自安琪酵母股份有限公司安琪牌活性干酵母；淀粉酶为购自山东隆大生物工程有限公司的α-淀粉酶，淀粉酶活力为2万U/mL；糖化酶为购自山东隆大生物工程有限公司的糖化酶，糖化酶活力为10万U/mL。

实施例1单独添加糖化酶发酵废液对酒精产量的影响

酶制剂生产发酵废液应用于木薯原料生产酒精的方法，包括木薯粉粉浆、液化、糖化和发酵，步骤如下：

将木薯粉碎通过孔径为1.8mm的筛底制得木薯粉，然后取1kg木薯粉，按照重量体积比1∶2.6的比例将木薯粉与2.6L水混合，搅拌均匀，得木薯粉浆；向木薯粉浆中加0.04L淀粉酶稀释液(由2万U/mL稀释液为200U/mL)，混匀，控制在96℃下进行液化80min，得液化木薯浆；

将液化木薯浆冷却到60℃，加入0.088L糖化酶稀释液(由10万U/mL稀释为1000U/mL)和0.15L糖化酶发酵废液，混匀，控制在60℃下糖化1h，得糖化液；

将糖化液自然冷却至30℃，加入经37℃活化1h的酵母液0.02L(酵母液中酵母细胞浓度约10亿个/mL)，控制在30～33℃下发酵72h。

将淀粉酶和糖化酶加水稀释分别得到淀粉酶稀释液和糖化酶稀释液是为了确保淀粉酶和糖化酶添加量的均匀。

同时做对比实验，如下表所示：

组号	原料量(kg)+水(L)	淀粉酶稀释液(L)	糖化酶稀释液(L)	营养盐(g)	糖化酶发酵废液(L)	活化酵母液/L
							添加糖化酶发酵废液实验	1+2.60	0.04	0.088	0	0.15	0.02
对照实验	1+2.60	0.04	0.10	1	0	0.02

注：对照实验和添加糖化酶发酵废液实验分别做两组平行实验。

实验结果如下表：

结果分析：

每100kg木薯粉原料提高出酒精量为0.64kg酒精，即原料出酒精提高0.64％。

实施例2单独添加淀粉酶发酵废液对酒精产量的影响

如实施例1所述的酶制剂生产发酵废液应用于木薯原料生产酒精的方法，不同之处在于，液化过程中只向木薯浆中加0.1L淀粉酶发酵废液；糖化过程中只向冷却到60℃的液化木薯浆中加入0.1L糖化酶稀释液，不加入糖化酶发酵废液。

同时做对比实验，如下表所示：

组号	原料量(kg)+水(L)	淀粉酶稀释液(L)	淀粉酶发酵废液(L)	糖化酶稀释液(L)	营养盐(g)	活化酵母液/L
							对照实验	1+2.6	0.04	0	0.10	1	0.02
添加α-淀粉酶发酵废液实验	1+2.6	0	0.1	0.10	1	0.02

注：对照实验和添加淀粉酶发酵废液实验分别做两组平行实验。

实验结果如下表：

结果分析：

每100kg木薯粉原料提高出酒精量为0.55kg酒精，即原料出酒精提高0.55％。

实施例3同时添加α-淀粉酶发酵废液和糖化酶发酵废液对酒精产量的影响

如实施例1所述的酶制剂生产发酵废液应用于木薯原料生产酒精的方法，不同之处在于，液化过程中向木薯浆中加0.05L淀粉酶发酵废液和0.02L淀粉酶稀释液，糖化过程中向冷却到60℃的液化木薯浆中加入0.092L糖化酶稀释液和0.1L糖化酶发酵废液，在糖化过程中添加营养盐0.5g，加入活化后的酿酒酵母0.02L。

同时做对比试验，如下表所示：

组号	原料量(kg)+水(L)	淀粉酶稀释液(L)	淀粉酶发酵废液(L)	糖化酶稀释液(L)	糖化酶发酵废液(L)	营养盐(g)	活化酵母液/L
								添加酶制剂发酵废液实验	1+2.6	0.02	0.05	0.092	0.10	0.5	0.02
对照实验	1+2.6	0.04	0	0.10	0	1	0.02

注：对照实验和添加酶发酵废液实验分别做四组平行实验。

实验结果如下表：

结果分析：

按废液与酒精生产的平衡，优先的是方案三，按原料出酒精提高0.6％计算，年产60000吨酒精的企业，一年可多产酒精量：

G＝60000×2.8×0.6％＝1008(T)

酒精价格按4800元/吨计：

4800×1008÷10000＝483.84万元

仅提高原料出酒精率一年产生效益可达483,84万元。

经实际生产表明，本方法可提高木薯原料出酒精率为0.55～0.69％；减少淀粉酶用量40～100；减少糖化酶用量8～12％；减少营养盐用量0～100％；降低了酶制剂生产的废液处理成本，提高了酒精生产效益，达到了“物尽其用”变废为宝，实现了科学生产。

Claims

1.一种酶制剂生产发酵废液应用于木薯原料生产酒精的方法，包括木薯粉粉浆、液化、糖化和发酵，其特征在于，在添加α-淀粉酶的同时添加淀粉酶发酵废液；在添加糖化酶的同时添加糖化酶发酵废液；

所述的糖化，步骤如下：将液化木薯浆冷却到60℃，加入糖化酶和糖化酶发酵废液，然后，再添加营养盐，混匀，控制在58～62℃下糖化0.5～1h，得糖化液；

营养盐添加量为每克木薯粉添加0.0005～0.001克营养盐；

所述营养盐由尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁按重量比10:5:2配制而成；

所述的液化，步骤如下：向木薯粉浆中加α-淀粉酶和淀粉酶发酵废液，混匀，控制在90～98℃下进行液化70～90min，得液化木薯浆；α-淀粉酶添加量按每克木薯粉添加2～10个活力单位的α-淀粉酶；淀粉酶发酵废液添加量为每克木薯粉添加0.05～0.1 mL淀粉酶发酵废液；

糖化酶添加量按每克木薯粉添加80～110个活力单位的糖化酶，糖化酶发酵废液添加量为每克木薯粉添加0.1～0.2mL糖化酶发酵废液；

所述的发酵，步骤如下：将糖化液自然冷却至30℃，加入活化后的酿酒酵母，控制在30～33℃发酵72h。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，木薯粉粉浆，步骤如下：将木薯粉碎通过孔径为1.5～1.8mm的筛底制得木薯粉，然后按照重量体积比1：2.5～3的比例将木薯粉与水混合，搅拌均匀，得木薯浆，所述重量体积比单位为：kg/L。