CN103014074B - 一种以红薯为原料的高浓度酒精的生产方法 - Google Patents

一种以红薯为原料的高浓度酒精的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以红薯为原料的高浓度酒精的生产方法，属于生物发酵技术领域。是通过原料粗粉碎、酶解、胶体磨粉碎、液化、糖化、及酒精发酵等技术手段实现。本发明方法简单、可靠，所涉及设备及酶均容易获得，具有成本低、可行性强的优点，可有效解决制约红薯发酵的共性技术瓶颈问题，提高红薯酒精发酵的技术水平和发酵过程的经济性。

Description

一种以红薯为原料的高浓度酒精的生产方法
技术领域
本发明涉及一种以红薯为原料的高浓度酒精的生产方法，属于发酵工程技术领域。
背景技术
由于在减少温室气体排放、改善空气质量方面的潜力，以及在改善能源结构和保证能源安全方面的作用，燃料乙醇的生产受到了世界范围的广泛关注。以甘薯为原料生产燃料乙醇，不仅可以避免“与人争粮”，还可以提高农民收入，是一种可以用来大规模生产燃料乙醇的原料。采用鲜甘薯进行燃料乙醇生产具有成本低、用水量少等优点。
采用鲜红薯进行酒精发酵时，料液粘度较高，使酶与底物的接触困难，并影响了酒精发酵过程中的其它传质过程，造成发酵时间长、原料利用率低，以及很难实现高浓度酒精发酵等后果。目前用于解决鲜甘薯发酵醪液粘度高的问题时，主要采用的方法包括，加水稀释法、酶法和60Co-γ射线辐照法等。其中，加水稀释法会导致发酵醪中糖浓度降低，进而使最终的酒精浓度降低，增加了蒸馏工序中的能耗，以及吨酒精的废水生成量，给污水处理增加了难度；酶处理法通常只依赖酶的作用，无法起到良好的降粘作用；60Co-γ射线源较难获得，难以工业化应用。
发明内容
本发明的目的在于克服以上不足之处，提供一种以红薯为原料的高浓度酒精的生产方法。
本发明技术方案如下：
1）将红薯粉碎添后加入适量水，调节pH至4.5-6.5，添加果胶酶和/或纤维素酶；
2）胶体磨对酶解后的原料进一步粉碎获得粉浆，加液化酶升温至90-105℃，作用30-90min；
3）料液冷却至50-70℃，调节料液pH至3.4-5.5，添加糖化酶进行糖化；
4）糖化结束后，接入扩培酒精酵母，进行酒精发酵。
步骤1）中红薯粉碎后料水比为5：3到1：0。
步骤1）中果胶酶的添加范围为0-40u/g干料。
步骤1）中纤维素酶的添加范围为0-3GCU/g干料。
步骤1）中酶促反应作用温度为40-60℃，作用时间范围为3-5h。
步骤2）中粉浆的pH范围为6.0-6.4，液化酶添加量为0.09-0.15KNU/g淀粉。
所述的液化酶为一种具有热稳定性的α－淀粉酶，标准酶活力为90KNU/g，酶活定义是指在37℃，pH5.6时，每小时水解5.26g淀粉的酶量。
步骤3）中糖化酶的添加量为0.5-1AGU/g鲜料。
所述的糖化酶标准酶活力为500AGU/ml，酶活定义是指在25℃，pH4.3标准条件下，每分钟水解1mol麦芽糖所需的酶量。
步骤3）中除糖化酶外，还可以添加纤维素酶、蛋白酶、果胶酶及普鲁兰酶中的任一一种、上述物质两两组合、上述物质三三组合和上述物质全部。
上述各种酶的添加量分别为：
纤维素酶：0-3GCU/g干料，
所述的纤维素酶标准酶活力为82GCU/g，酶活定义为50℃下每毫升酶制剂培养液中60min内释放葡萄糖的单位量。
蛋白酶：0-20u/g干料，
果胶酶：0-40u/g干料，
普鲁兰酶：0-40ASPU/g干料。
所述的普鲁兰酶标准酶活力为1000ASPU/g，酶活定义为在特定测试条件下，pH4.5，温度60℃，从普鲁兰底物每分钟释放相当于葡萄糖的一个还原当量所需的酶量。
步骤4）中扩培酒精酵母接入量为醪液8%-12%。
步骤4）中发酵温度为28℃-32℃，发酵时间为24-60h。
本发明所述酶促反应条件与酶学性质有关，本领域技术人员有能力根据酶的特点，设计酶促反应条件，例如，反应时间、反应温度、pH值以及酶的添加量等指标。
本发明具有如下优点：
1）工艺简单，从在发酵醪制备过程中通过添加一些所需酶类即可实现对发酵液粘度的有效降低；
2）缩短了酒精发酵时间；
3）提高原料利用率；
4）降低酒精生产成本的目的；
5）得到的终产物酒精浓度高。
具体实施方式
实施例1（对照）
（1）取鲜红薯100g，进行粗粉碎，加水60mL；
（2）调节粉浆pH至6.0，按0.12KNU/g淀粉的比例添加液化酶，升温至95℃作用60min；
（3）待料液温度降至60℃时，调节料液pH至4.0，按0.75AGU/g鲜料的比例添加糖化酶，糖化30min；
（4）糖化结束后，待料液温度降至30℃，添加8.0%的扩培酒精酵母进行酒精发酵。发酵时间为60小时，终酒精浓度为11.07%（v/v），原料利用率为85%。
实施例2
（1）取鲜红薯100g，进行粗粉碎；
（2）加水60mL，并调节料液pH为4.5，添加果胶酶20u/g干料和纤维素酶1.5GCU/g干料，于50℃条件下，保温3h；
（3）利用胶体磨进行粉碎；
（4）调节粉浆pH至6.0，按0.15KNU/g淀粉的比例添加液化酶，升温至90℃作用90min；
（5）待料液温度降至50℃时，调节料液pH至3.4，按1AGU/g鲜料的比例添加糖化酶，以及纤维素酶3GCU/g干料，蛋白酶20u/g干料，果胶酶40u/g干料，和普鲁兰酶40ASPU/g干料，糖化90min；
（6）糖化结束后，待料液温度降至28℃，添加8.0%的扩培酒精酵母进行酒精发酵。发酵时间为48h，终酒精浓度为12.11%（v/v），原料利用率为90%。与对照相比，发酵时间缩短12小时，终酒精浓度提高1.04度，原料利用率提高5个百分点。
实施例3
（1）取鲜红薯100g，进行粗粉碎；
（2）加水60mL，调节料液pH为6.5，按每克干料40u的比例添加果胶酶，于50℃条件下，保温3h；
（3）利用胶体磨进行粉碎；
（4）调节粉浆pH至6.4，按0.09KNU/g淀粉的比例添加液化酶，升温至100℃作用30min；
（5）待料液温度降至60℃时，调节料液pH至5.5，按0.5AGU/g鲜料的比例添加糖化酶，以及蛋白酶20u/g干料，普鲁兰酶40ASPU/g干料，糖化60min；
（6）糖化结束后，待料液温度降至32℃，添加10.0%的扩培酒精酵母进行酒精发酵。发酵时间为48h，终酒精浓度为11.49%（v/v），原料利用率为88%。与对照相比，与对照相比，发酵时间缩短12小时，终酒精浓度提高0.42度，原料利用率提高3个百分点。
实施例4
（1）取鲜红薯100g，进行粗粉碎；
（2）加水60mL，并调节料液pH为6.5，按3GCU/g干料添加纤维素酶，于60℃条件下，保温1h；
（3）利用胶体磨进行粉碎；
（4）调节粉浆pH至6.2，按0.1KNU/g淀粉的比例添加液化酶，升温至105℃作用60min；
（5）待料液温度降至70℃时，调节料液pH至3.5，按0.8AGU/g鲜料的比例添加糖化酶，以及纤维素酶1.5GCU/g干料，果胶酶40u/g干料，和普鲁兰酶：30ASPU/g干料，糖化90min；
（6）待料液温度降至30℃，添加10.0%的扩培酒精酵母进行酒精发酵。发酵时间为48h，终酒精浓度为11.83%（v/v），原料利用率为89%。与对照相比，发酵时间缩短12小时，终酒精浓度提高0.76度，原料利用率提高4个百分点。
实施例5
（1）取鲜红薯100g，进行粗粉碎；
（2）调节粉浆pH至5.0，添加果胶酶20u/g干料和纤维素酶1.5GCU/g干料，于50℃条件下，保温3h；
（3）利用胶体磨进行粉碎；
（4）调节粉浆pH至6.2，按0.12KNU/g淀粉的比例添加液化酶，升温至95℃作用60min；
（5）待料液温度降至50℃时，调节料液pH至3.5，按0.75AGU/g鲜料的比例添加糖化酶，以及纤维素酶1.5GCU/g干料，糖化30min；
（6）待料液温度降至30℃，添加10.0%的扩培酒精酵母进行酒精发酵。发酵时间为48h，终酒精浓度为14.0%（v/v），原料利用率为93%。与对照相比，发酵时间缩短12小时，终酒精浓度提高2.93度，原料利用率提高8个百分点。

Claims (1)

1.一种以红薯为原料的高浓度酒精的生产方法，其特征在于，步骤如下：
1)取鲜红薯100g，进行粗粉碎；
2)调节粉浆pH至5.0，添加果胶酶20u/g干料和纤维素酶1.5GCU/g干料，于50℃条件下，保温3h；
3)利用胶体磨对酶解后的原料进一步粉碎获得粉浆；
4)调节粉浆pH至6.2，按0.12KNU/g淀粉的比例添加液化酶，升温至95℃，作用60min；
5)料液冷却至50℃，调节料液pH至3.5，按0.75AGU/g鲜料的比例添加糖化酶，以及纤维素酶1.5GCU/g干料，进行糖化30min；
6)糖化结束后，待料液温度降至30℃，接入10.0％的扩培酒精酵母，进行酒精发酵，发酵时间为48h。
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