糖化酶在酒精發(fā)酵中的生產(chǎn)應(yīng)用

閆偉松

摘? 要：通過對比兩種生產(chǎn)用糖化酶，隆科特糖化酶優(yōu)于諾維信糖化酶，以木薯為原料發(fā)酵成熟醪的殘總糖比降低0.27%;以水稻為原料發(fā)酵成熟醪的殘總糖降低0.15%。通過以上對統(tǒng)計的數(shù)據(jù)表明，以木薯為原料發(fā)酵成熟醪中殘淀粉含量比降低0.205%;以水稻為原料發(fā)酵成熟醪殘淀粉含量降低0.2%。成功篩選更加便宜的隆科特糖化酶，年可降低生產(chǎn)成本50萬元左右。

關(guān)鍵詞：水稻木薯糖化酶;原料多元化;燃料乙醇

中圖分類號：TS261.2???????? 文獻識別碼：A

燃料乙醇是一種可再生的生物能源，相對于化石能源燃料不會釋放二氧化碳到環(huán)境中。目前由于國際油價的斷崖式下跌，產(chǎn)業(yè)面臨著生產(chǎn)成本偏高的問題。如何提高燃料乙醇的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高乙醇得率成為了新的發(fā)展方向。糖化酶又稱葡萄糖淀粉酶，學(xué)名為α-1，4-葡萄糖水解酶。它能把淀粉從非還原性末端水解α-1，4葡萄糖苷鍵產(chǎn)生葡萄糖，也能緩慢水解α-1，6葡萄糖苷鍵，轉(zhuǎn)化為葡萄糖。同時也能水解糊精和糖原的非還原末端，釋放β-D-葡萄糖。因發(fā)酵工業(yè)中大量用作淀粉糖化劑，習(xí)慣上簡稱糖化酶，它能水解淀粉、糊精、糖原等碳水化合物非還原末端的a-l，4葡荀糖苷鍵，產(chǎn)生葡萄糖。糖化酶在乙醇生產(chǎn)中的是其重要應(yīng)用之一。大量高淀粉含量的底物，如木薯、水稻等被應(yīng)用于乙醇生產(chǎn)。優(yōu)化發(fā)酵工藝，縮短發(fā)酵生產(chǎn)周期，降低糖化酶的使用成本，對發(fā)酵酒精的工業(yè)生產(chǎn)具有十分重要的意義。

1糖化酶概述

糖化酶學(xué)名a-1，4葡萄糖水解酶，是淀粉分解酶的一個分支。主要作用是水解糊精及多糖中的a-1，4與a-1，6鍵，轉(zhuǎn)化為葡萄糖。我國糖化酶生產(chǎn)主要是從黑曲霉、米曲霉、根霉等絲狀真菌中獲得，其中黑曲霉分泌的糖化酶熱穩(wěn)定性和耐熱性相對較高。糖化酶的一個酶活力單位是指1ml液體酶于40℃、pH=4.6的條件下，1小時分解可溶性淀粉產(chǎn)生1mg葡萄糖，單位以u/ml。主要利用糖化酶分解α-1，4葡萄糖苷鍵生成葡萄糖，而葡萄糖分子中含有醛基，能被次碘酸鈉氧化，過量的次碘酸鈉，酸化后析出碘，再用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，計算出酶活力。在淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)過程中，原料分解主要分為三個過程，即糊化、液化、糖化。淀粉通過蒸煮后，逐步從顆粒狀態(tài)的淀粉變成溶解狀態(tài)的糊精，該糊精不能被酵母菌直接利用，必須添加糖化酶，把淀粉、糊精轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖，才能被酵母發(fā)酵成酒精。

2材料及方法

2.1材料與試劑

木薯原料：66.23%淀粉含量;玉米原料：64.99%淀粉含量。某公司三種糖化酶均由黑曲霉優(yōu)良菌種經(jīng)深層發(fā)酵精制提煉而成，棕褐色液體，最適pH值范圍4.2-4.6。安琪超級釀酒高活性酵母;98%濃硫酸;氨水，鹽酸。50%液堿;尿素;杰能科淀粉酶。

2.2分析儀器及生產(chǎn)裝置

試驗分析儀器：S40酸度計、AL204電子天平、戴安U3000高效液相色譜、CX21-310數(shù)碼顯微鏡。生產(chǎn)裝置：3440m3發(fā)酵罐及配套換熱器。

2.3檢測方法

酸度、揮發(fā)酸檢測：采用酸堿中和滴定法;酵母數(shù)、出芽率檢測：采用血球計數(shù)法;還原糖、總糖、過濾總糖檢測：采用菲林試劑直接滴定法;酒份檢測：圓底燒瓶蒸餾法;麥芽三糖、麥芽糖含量：采用高效液相色譜法檢測;殘糊精：（過濾總糖-還原糖）*0.9計算。

2.4試驗方法

在3440m3發(fā)酵罐采用同步糖化間歇發(fā)酵工藝，在相同工藝操作及運行設(shè)備，均按180u/g原料相同的添加量，同種糖化酶連續(xù)10-15批次。對比三種酶活糖化酶成熟醪發(fā)酵指標(biāo)及生產(chǎn)成本進行對比分析。

3試驗結(jié)果與分析

3.1不同酶活糖化酶對木薯原料的影響

在木薯原料中糖化酶A的水解糊精及多糖的能力明顯高于更高酶活的糖化酶。由圖1可知，連續(xù)15個發(fā)酵罐殘糊精的穩(wěn)定性分析，殘糊精指標(biāo)在0.4-0.7g/100ml之間波動，高酶活糖化酶波動較大，最高值與最低值相差44%，低酶活糖化酶穩(wěn)定性更佳。糖化酶A的發(fā)酵酒份高出另外兩組近1%（v/v），并且殘?zhí)恰⑦€原糖指標(biāo)更低。木薯酒精發(fā)酵在現(xiàn)有運行裝置中，糖化酶A更加競爭優(yōu)勢。

3.2不同酶活糖化酶對玉米原料的影響

在玉米原料中多糖的水解呈酶活越高分解能力越差的趨勢，15萬酶活的糖化酶水解糊精能力明顯優(yōu)于高酶活的糖化酶。由圖2可知，從連續(xù)15個發(fā)酵罐殘糊精指標(biāo)波動分析，殘糊精指標(biāo)在0.3-0.9g/100ml之間波動，高酶活糖化酶波動更較大，最高值與最低值相差近66%，低酶活糖化酶穩(wěn)定性更佳。應(yīng)用糖化酶A進行連續(xù)生產(chǎn)，酒份高于另兩組0.4%（v/v）以上的酒份，殘?zhí)窍鄬Φ?.2g/100ml以上。玉米酒精發(fā)酵在現(xiàn)有運行裝置中，糖化酶A更加競爭優(yōu)勢。

3.3不同酶活成本對比

糖化酶酶活越高，噸酒成本越低。若使用30萬酶活單位，相對15萬酶活糖化酶木薯輔料成本減少約2.41元/t酒，玉米輔料成本降低5.02元/t酒。在成本上，高酶活力的糖化酶優(yōu)勢更明顯。

4成本分析及結(jié)論

從發(fā)酵指標(biāo)分析，現(xiàn)有運行裝置中木薯、玉米兩種原料均為15萬酶活糖化效果更具優(yōu)勢，相對高酶活糖化酶可降低約0.2g/100ml殘?zhí)恰?440m3發(fā)酵罐，按75%發(fā)酵液位，成熟醪酒份13.0%（v/v）計算，可產(chǎn)出約265噸燃料乙醇，若木薯原料使用糖化酶A相對糖化酶C，殘?zhí)墙档图s0.2g/100ml，可多產(chǎn)約2.6噸酒精，相當(dāng)于出酒率提高約0.46%，較27.69元/噸酒的高酶活糖化酶成本更具優(yōu)勢。通過上述分析，總體經(jīng)濟效益以15萬酶活糖化酶更具優(yōu)勢。

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