復(fù)合纖維素酶在酒精生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

1、第20卷第3期2005年9月安徽工程科技學(xué)院學(xué)報(bào)JournalofAnhuiUniversityofTechnologyandScienceVol.20.No.3Sep.,2005文章編號(hào):1672-2477(2005)03-0030-04復(fù)合纖維素酶在酒精生產(chǎn)中的應(yīng)用研究林森(阜陽(yáng)市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所,安徽阜陽(yáng)236012)摘要:在酒精生產(chǎn)中使用復(fù)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(jì)效益。復(fù)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(yàn)進(jìn)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(jìn)行中試,

2、同時(shí)做空白對(duì)照試驗(yàn),結(jié)果取16個(gè)罐平均值.結(jié)果表明:復(fù)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(shí)間10h,中試以加入糖化罐為好,年產(chǎn)萬(wàn)噸酒精可增加經(jīng)濟(jì)效益愈80萬(wàn)元.關(guān)鍵詞:酒精;復(fù)合纖維素酶;小試;中試;出酒率.中圖分類(lèi)號(hào):TS262.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A我國(guó)酒精生產(chǎn)所用原料是玉米、瓜干、黑麥等類(lèi)含淀粉原料.酒精生產(chǎn)成本中原料所耗費(fèi)用達(dá)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(jì)效益、提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的主要途徑.為了提高淀粉利用率,國(guó)內(nèi)外許多專(zhuān)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(guó)家把復(fù)合纖維素酶應(yīng)用于酒精生產(chǎn)試驗(yàn)中1.復(fù)合纖維素

3、酶是一種復(fù)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(jī)地結(jié)合起來(lái),成為有較高的酶活力.能與-淀粉酶在原料淀粉液化、糖化過(guò)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(guò)酶的作用,崩潰植物細(xì)胞壁,使3其內(nèi)容物充分釋放出來(lái),轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖2、.因此,將復(fù)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(duì)其應(yīng)用進(jìn)行研究.1實(shí)驗(yàn)部分1.1試驗(yàn)原、輔材料瓜干、玉米:市場(chǎng)收購(gòu),正常生產(chǎn)用原料.糖化酶:蘇州宏達(dá)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(tuán)生產(chǎn).復(fù)合纖維素酶:安徽萬(wàn)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(chēng)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(shí)間2030min,然后于沸水浴中加熱蒸煮時(shí)間70min,取出激冷至60左右,加糖化酶200/g原料,糖化時(shí)間20min,冷卻至30,加活性干酵母用活化液10%,發(fā)酵稱(chēng)重記取初始重量,8h后每4h稱(chēng)重一次,檢測(cè)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(yàn)數(shù)據(jù)試驗(yàn)記錄見(jiàn)表1.對(duì)表1記錄結(jié)果整理,并進(jìn)行對(duì)照,結(jié)果見(jiàn)表2.為了記錄CO2失重情況,列舉試驗(yàn)第5批的1號(hào)及3號(hào)樣比較見(jiàn)圖1.收稿日期:2005-06-21),男,安徽利辛

5、人,工程師.作者簡(jiǎn)介:林森(1968© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.第3期林森:復(fù)合纖維素酶在酒精生產(chǎn)中的應(yīng)用研究表1試驗(yàn)記錄表31批次序號(hào)1酒精度/%7.06.66.4揮發(fā)酸005外觀(guān)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(guò)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(hào)為添加復(fù)合纖維素酶料樣,加入量為1mL/kg原料,與酵母活化時(shí)同步加入,此加入量依梯度試驗(yàn)結(jié)果而得4.表2試驗(yàn)結(jié)果對(duì)照表試樣加復(fù)合纖維素酶樣未加復(fù)合纖維素酶樣酒

8、精度/%6.926.810.2060.14揮發(fā)酸外觀(guān)糖BX0.310.30總糖/%0.8140.93過(guò)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(jì)算以CO2失重為基準(zhǔn)導(dǎo)出理論出酒率5,以96%的酒精度計(jì),揮發(fā)酸、外觀(guān)糖、殘糊精等測(cè)定方法為常規(guī)分析方法6,小試實(shí)驗(yàn)分析通過(guò)以上對(duì)批樣的數(shù)據(jù)比較可以看出:還原糖及外觀(guān)糖數(shù)據(jù)基本相同,加復(fù)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(biāo)來(lái)看.加入復(fù)合纖維素酶的確對(duì)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(guò)實(shí)驗(yàn)要證明的.另外,我們?cè)趯?shí)驗(yàn)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(fù)合纖維素酶樣在后期仍能保持一定的發(fā)酵力度,這說(shuō)明這種復(fù)合纖維素酶的后氧化作用比較好.但在實(shí)驗(yàn)中亦出現(xiàn)了酸度及揮發(fā)酸略有升高的問(wèn)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(xué)院學(xué)報(bào)2005年視.實(shí)驗(yàn)中我們?cè)?/p>

10、對(duì)復(fù)合纖維素酶進(jìn)行過(guò)鏡檢,屬正常.另外,為排除影響,我們?cè)忧嗝顾剡M(jìn)行抑菌,但都未能改變酸度升高現(xiàn)象的問(wèn)題,故認(rèn)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(wèn)題還需加以探討.1.3中試情況1.3.1工藝條件不改變?cè)瓉?lái)的生產(chǎn)工藝條件,復(fù)合纖維素酶使用量試驗(yàn)方法(1)加入糖化罐法.以每1000kg玉米原料加入1kg復(fù)合纖維素酶,隨糖化酶一同加入糖化罐中,經(jīng)過(guò)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(fù)合纖維素酶,當(dāng)發(fā)酵罐滿(mǎn)容積85%時(shí),直接倒入發(fā)酵罐中,再續(xù)滿(mǎn)發(fā)酵醪.取同批次未使用復(fù)合纖維素酶的發(fā)酵醪作為對(duì)照.1.3.3試驗(yàn)結(jié)果生產(chǎn)試驗(yàn)中使用復(fù)

11、合纖維素酶與未使用該酶的發(fā)酵結(jié)果見(jiàn)表3;生產(chǎn)試驗(yàn)中使用復(fù)合纖維素酶與未使用該酶系的生產(chǎn)結(jié)果見(jiàn)表4.表3未使用復(fù)合纖維素酶生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果使用方法123發(fā)酵時(shí)間/h687678外觀(guān)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(gè)發(fā)酵罐發(fā)酵結(jié)果的平均值.方法1是指復(fù)合纖維素酶加入糖化罐.方法2是指復(fù)合纖維素酶加入發(fā)酵罐.方法3是指未使用復(fù)合纖維素酶.表4使用復(fù)合纖維素酶生產(chǎn)試驗(yàn)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(gè)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(fù)合纖維素酶優(yōu)于未使用復(fù)合纖維素酶.而復(fù)合纖維素酶加入糖化罐優(yōu)于加入發(fā)酵罐,說(shuō)明該酶系以加入糖化罐為最好8.使用復(fù)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(shí),從試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),發(fā)酵成熟醪中外觀(guān)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(shí)間,平均縮短10h顯著提高了設(shè)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(jìn)

13、一步研究.2結(jié)論通過(guò)小試、中試試驗(yàn)證明,復(fù)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(wàn)噸酒精使用復(fù)合纖維素酶后可提高酒精產(chǎn)量313.306t,使用復(fù)合纖維素酶總量31.97t.以現(xiàn)價(jià)酒精4500元/t計(jì),可增加效益140.99萬(wàn)元,扣除復(fù)合纖維素酶成本(以復(fù)合纖維素酶18元/kg計(jì))57.55萬(wàn)元,年產(chǎn)萬(wàn)噸酒精可凈增效益83.44萬(wàn)元,經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀(guān).© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.第3期林森:復(fù)合纖維素酶在酒精生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

14、33參考文獻(xiàn):1王蘭芬.纖維素酶的作用機(jī)理及開(kāi)發(fā)應(yīng)用J.釀酒科技,1997.6:16.2王璋.食品酶學(xué)M.北京:中國(guó)工業(yè)出版社,1990.3郭勇.酶工程M.北京:中國(guó)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(xué)M.北京:中國(guó)輕工出版社,1997.6秦含章.工業(yè)發(fā)酵分析M.北京:中國(guó)輕工出版社,1994.7張永華.食品分析M.北京:中國(guó)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(guó)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