CN102559811A

CN102559811A - 一种甘薯渣制糖方法

Info

Publication number: CN102559811A
Application number: CN2012100688525A
Authority: CN
Inventors: 吴允山; 严共鸿; 易勇; 寇正恩
Original assignee: 吴允山
Current assignee: SHANDONG HONGHE SHENGQI BIOLOGICAL ENGINEERING CO., LTD.
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: CN102559811B

Abstract

本发明涉及生物领域，具体涉及了以供微生物发酵用的生物质甘薯渣为糖源的制糖方法。该方法为将甘薯渣粉或湿渣，调pH为5.5～8.0，加α-淀粉酶保温；调PH为3.0～5.5，加糖化酶、酸性蛋白酶和纤维素酶在40～65℃保温后进行灭酶处理；对料液进行固液分离，液体浓缩即得液糖产品，其成分基本为葡萄糖。本发明所述方法工艺简单，专一性强，所得产品品质好，收率高，能解决甘薯渣严重污染环境问题，具有良好的工业应用前景。

Description

一种甘薯渣制糖方法

技术领域

本发明涉及生物领域，具体涉及以供微生物发酵用的生物质甘薯渣为糖源的制糖方法。

背景技术

甘薯是我国重要的粮食作物之一，据统计，我国甘薯种植与加工均居世界第一，总产量达8520万吨，其中55％约4686万吨转成工业原料。甘薯渣是鲜甘薯加工淀粉过程中产生的大量副产物或作为废弃物的堆积，约占原料的10％左右，巨大的生物质再生资源未能有效利用，且严重污染环境。

鲜甘薯一般含干物质30％，水分70％。甘薯加工产生大量的含细胞液废水即为甘薯淀粉废水，有各种营养有机物，如可溶性的碳水化合物、蛋白质、维生素和微量元素。对甘薯淀粉加工的薯渣进行分析，主要化学成分为水分、淀粉、粗蛋白、纤维、脂肪等。

用甘薯加工生产淀粉、粉条、方便面粉丝等食品产出废甘薯渣约占原料10％左右，刚下生产线时鲜甘薯渣通常含细胞液废水90％左右，数量巨大的湿甘薯渣堆积，未能有效的开发利用，且由于薯渣纤维高持水力和溶胀性，有糖、氮多种营养成分的新薯渣，含水90％以上，其废水化学耗氧量COD＞15000mg/L，存放又易受杂菌发酵而酸败，严重污染环境，造成生物质再生资源的巨大浪费。

近年来甘薯渣开发热点是用酸法、酶法、筛法去掉甘薯渣大部分的淀粉、蛋白和脂肪，提取膳食纤维和果胶、制成产品，但产品市场需求不旺，尚未形成大型产业化规模。

甘薯渣折干计，一般含淀粉50％以上，纤维22～26％，纤维主要构成成分是纤维素、半纤维素、木质素和果胶等，是数以千计葡萄糖糖基致密结构的碳水化合物，难以为市售的康氏木霉分泌的纤维素酶所降解；甘薯经锉磨机细碎和筛理设备产生的淀粉分离出来，薯渣中残留淀粉经α-淀粉酶液化和糖化酶糖化，其降解不完全；其他高分子多糖更难降解，水解率低。因此，寻找一种能够有效利用甘薯渣转化为葡萄糖的方法、开辟新糖源并实行产业化是当前开展生物质甘薯渣废弃资源综合利用的一项重要任务，具有节粮、显著的环保和经济效益。

发明内容

本发明的目的提供一种利用甘薯渣制糖的方法，该方法能够大幅提高甘薯渣中糖的转化率。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用甘薯渣制糖的方法，包含以下步骤：

步骤1：将干燥的干薯渣粉碎后与甘薯淀粉废水混合或用湿渣，调pH值为5.5～8.0；

步骤2：步骤1所得混合料液加耐高温α-淀粉酶在90～105℃保温至I₂液测试混合料液变红；调PH为3.0～5.5，加糖化酶、酸性蛋白酶和纤维素酶在40～65℃保温至监测还原糖浓度不再升高，进行灭酶处理；

步骤3：对料液进行固液分离，液体浓缩即得葡萄糖。

本发明增加纤维素酶、糖化酶、酸性蛋白酶和耐高温α-淀粉酶的协同酶解作用，破坏薯渣纤维素晶体，使结构疏松的半纤维素和果胶易于酶解，有效地提高了薯渣多糖降解的转化率，中试20t罐水解率可达到110％以上。

作为优选，步骤1所述粉碎为过30～300目筛。

作为优选，步骤1所述混合为按料液质量比1∶3～6混合。

作为优选，步骤1用NaOH、Na₂CO₃、Ca(OH)₂等碱性物质调pH值。

作为优选，步骤2每克料加12～20U耐高温α-淀粉酶。

作为优选，步骤2每克料加100～300U糖化酶。

作为优选，步骤2每克料加100～500U纤维素酶。

作为优选，步骤2每克料加10～15U酸性蛋白酶。

作为优选，步骤2用HCl、H₂SO₄、乙酸等酸性物质调pH值。

作为优选，步骤2所述灭酶处理为110～120℃，30min。

作为优选，步骤2所述检测为7～12％。

本专利给出甘薯渣酶解工艺完全，水解糖的种类基本为葡萄糖，DE值为95％左右。

本专利发明人系统地用α-淀粉酶和糖化酶水解甘薯渣进行制糖实验，相对于甘薯渣中淀粉含量而言，在优化的酶解条件下转化为还原糖质量比率不到90％，离淀粉酶法水解理论值相差20％多，DE值偏低；对薯渣干物质水解的转化率不到50％，实验结果表明，“甘薯渣淀粉”不同于经过锉磨机、筛理设备粉碎及水洗出来的“甘薯淀粉”，薯渣中淀粉与纤维素紧密结合，用传统的淀粉双酶法水解工艺达不到完全水解的目的。

采用本发明所述方法，用国产市售的淀粉酶、糖化酶、酸性蛋白酶和纤维素酶对甘薯渣酶法制糖，以不同的料液比进行比较，淀粉对糖转化率94.7％(均值)，甘薯渣干物质对糖转化率达50％，较传统双酶法的转化率有较大的提高。甘薯渣中含淀粉50％(干基)以上，结构疏松的半纤维素和果胶多糖均可由水解酶类完全或部分酶解转化为糖，样品经Dionex公司的HPAEC分析，选取PA10分析柱，以18mM的NaOH为缓冲液，流速：1ml/min，每个样收集时间为40min，鉴定基本为葡萄糖，是微生物发酵用的优质糖料，可用于工业发酵行业。

甘薯渣含淀粉均值50％(干基)，由淀粉酶、糖化酶水解，产生糊精、麦芽糖和葡萄糖。淀粉的酶法水解具有比酸法水解的转化率高、专一性强即纯度高、成本低和易操作等优点。

甘薯渣化学成分以淀粉为多，加工机械化程度低的甘薯渣淀粉含量竟有高达65％(干基)以上的，所以本专利引入酶法糖浆中“淀粉”水解程度DE值，是体现甘薯渣酶法制液糖的水解程度的一个重要方面。

本发明的酶水解转化率是指对薯渣经酶法水解释放出的还原糖总量(按葡萄糖计)占试料薯渣干物质量的质量分数，表明薯渣中各种多糖(淀粉及果胶、半纤维素和纤维素等)水解的程度，与淀粉糖浆生产中“淀粉”水解程度DE值的含义不尽相同。

本发明提供的甘薯渣用水解酶制液糖的方法，发明人将调浆用水改为甘薯废细胞液，并引入蛋白酶，破坏甘薯中糖蛋白结构，使之水解为鼠李糖、麦芽糖和葡萄糖，提高总还原糖转化率。且该方法工艺及工艺设备简单、专一性强、品质单纯、成本较低，能解决甘薯渣严重污染环境问题，具有良好的工业应用前景。

具体实施方式

本发明公开了一种甘薯渣制糖方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

山西某公司生产的甘薯渣(水分13.85％、淀粉含量52.09％)，粉碎至60目，称取5.0kg，在30L酶解罐中，加甘薯淀粉废水20kg调浆(料液比1∶4)，用10％NaOH调pH6.5，加耐高温α-淀粉酶(Thermostable α-amylase)按每克料加酶20U，浆液升温95℃，保温45分钟，用I₂液测试变红，液化结束。浆液降温至58～60℃，用10％HCl调PH至4.8，60℃，加糖化酶(Glucoamylase)每克料加酶100U、纤维素酶(cellulase)每克料加酶100U和酸性蛋白酶(Acidprotease)每克料加酶10U，(保温至40h左右)，搅拌，浆液还原糖浓度不再升高，停止糖化，110℃灭酶，降温至50℃，用离心机进行固液分离得离心液；并对离心渣用水洗涤，离心得一次洗渣液，两者合并用费林试剂热滴定法检测与计算还原糖总量，还原糖检测方法为“费林试剂热滴定法”，其参考文献是黑龙江大学合编《工业发酵分析(高等学校教材)》，糖化醪中还原糖、总糖的测定(P11.12)，中华人民共和国国家标准GB/T5009.7-2008。

对绝干甘薯渣的转化率为50.17％。相对于薯渣中“淀粉”的转化率概算为95％。

甘薯渣淀粉含量计算按“中华人民共和国国家标准GB/T 5514-2008”粮油检验粮食油料中淀粉含量测定，方法如下：定量称取已测“淀粉”含量的甘薯渣，水解后的糖化醪离心，洗涤离心，测计清液还原糖总量，按下式计算转化率：

淀粉对糖化醪的转化率(％)＝【还原糖总量(折干)÷淀粉总量(折干)】×100

甘薯渣质量(折干)对糖的转化率(％)＝【清液还原糖总量(折干)÷甘薯渣质量(折干)】×100

DE值％＝【清液还原糖总量(折干)÷清液固含(折干)】×100

液糖产品经Dionex公司的HPAEC分析，选取PA10分析柱，以18mM的NaOH为缓冲液，流速：1ml/min，每个样收集时间为40min，鉴定基本为葡萄糖。

实施例2

山西某公司生产的甘薯渣(水分13.85％、淀粉含量52.09％)，粉碎至60目，称取5.0kg，在30L酶解罐中，加甘薯淀粉废水22.5kg调浆(料液比1∶4.5)，用碳酸氢钠调pH5.5，加耐高温α-淀粉酶(Thermostable α-amylase)按每克料加酶20U，浆液升温95℃，保温45分钟，用I₂液测试变红，液化结束。浆液降温至58～60℃，用乙酸l调PH至3.5，60℃，加糖化酶(Glucoamylase)每克料加酶250U、纤维素酶(cellulase)每克料加酶400U和酸性蛋白酶(Acid protease)每克料加酶15U，(保温至40h左右)，搅拌，浆液还原糖浓度不再升高，停止糖化，110℃灭酶，降温至65℃，用离心机进行固液分离得离心液；并对离心渣用水洗涤，离心得一次洗渣液，两者合并检测与计算还原糖总量，对绝干薯渣的转化率为48.72％，相对于薯渣中“淀粉”的转化率为94.20％。

实施例3

山西某公司生产的甘薯渣(水分13.85％、淀粉含量52.09％)，粉碎至60目，称取5.0kg，在30L酶解罐中，加甘薯淀粉废水25kg调浆(料液比1∶5)，用10％NaOH调PH 8.0，加耐高温α-淀粉酶(Thermostableα-amylase)按每克料加酶15U，浆液升温95℃，保温45分钟，用I₂液测试变红，液化结束。浆液降温至58～60℃，用10％HCl调PH至5.5，60℃，加糖化酶(Glucoamylase)每克料加酶300U、纤维素酶(cellulase)每克料加酶500U和酸性蛋白酶(Acid protease)每克料加酶12U，保温至40h左右，搅拌，浆液还原糖浓度不再升高，停止糖化，110℃灭酶，降温至40℃，用离心机进行固液分离得离心液；并对离心渣用水洗涤，离心得一次洗渣液，两者合并检测与计算还原糖总量，对绝干薯渣的转化率为47.5％，相对于薯渣中“淀粉”的转化率为93.50％。

实施例4

山东某公司生产的甘薯渣(水分12.5％、淀粉含量55.29％)，粉碎至60目，称取5.0kg，在30L酶解罐中，加甘薯淀粉废水22kg调浆(料液比1∶8)，用10％NaOH调PH 7.5，加耐中温淀粉酶按每克料加酶18U，浆液升温85℃保温用I₂液测试变红，液化结束。浆液降温至58～60℃，用硫酸调PH至4.8，60℃，加糖化酶(Glucoamylase)每克料加酶200U、纤维素酶(cellulase)每克料加酶200U和酸性蛋白酶(Acid protease)每克料加酶15U，(保温至40h左右)，搅拌，浆液还原糖浓度不再升高，停止糖化，110℃灭酶，降温至50℃，用离心机进行固液分离得离心液；并对离心渣用水洗涤，离心得一次洗渣液，两者合并检测与计算还原糖总量，对绝干薯渣的转化率为49.1％，相对于薯渣中“淀粉”的转化率为96.5％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种利用甘薯渣制糖的方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1：将干燥的甘薯渣粉碎后与甘薯淀粉废水混合或用湿渣，调pH值为5.5～8.0；

步骤2：步骤1所得混合料液加耐高温淀粉酶在90～105℃或中温淀粉酶在60-90℃保温至I₂液测试混合料液变红；调pH为3.0～5.5，加糖化酶、酸性蛋白酶和纤维素酶在40～65℃保温至检测还原糖浓度不再升高，进行灭酶处理；

步骤3：对料液进行固液分离，液体浓缩即得液糖产品，其成分基本为葡萄糖。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1所述粉碎为过30～300目筛。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1所述混合为按料液质量比1∶2～8混合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1用NaOH、Na₂CO₃或Ca(OH)₂调pH值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2每克料加12～20U耐高温α-淀粉酶或中温淀粉酶。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2每克料加100～300U糖化酶。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2每克料加100～500U纤维素酶。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2每克料加10～15U酸性蛋白酶。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2用HCl、H₂SO₄或乙酸调pH值。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2所述灭酶处理为110～120℃，30min。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2所述检测为7～12％，DE值95％。