KR880002189B1 - 효소를 이용하여 무증자 전분으로부터 알코올을 제조하는 방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

효소를 이용하여 무증자 전분으로부터 알코올을 제조하는 방법

본 발명은 무증자 전분을 효소적 당화 및 발효시켜 알코올을 제조하는 방법에 관한 것이다.

알코올이 대체 에너지원으로서 새롭게 부각되어짐에 따라 알코올의 대량 생산 및 경제적인 생산에 대한 관심이 높아지고 있다.

종래의 방법으로는 150℃의 고온에서 분상 전분을 슬러리로 된 메시를 증자하는 방법과 75-85℃의 온도에서 증자하여 알코올을 제조하는 에너지 절약 방법이 있다. 증자의 목적은 원료 입상의 구조를 파열시킴으로써 입상으로부터 전분을 용출시켜 용출후에 젤라틴화에 따른 점도 증가를 막고 액화 및 당화효소의 작용을 돕고 또한 당화 및 발효에 유해한 미생물을 치사시키는 데 있다. 그러나 이와 같은 증자 공정은 고온, 고압의 비싼 설비가 요구되고, 전분의 고농도 담금으로 발효액의 점도가 상승되며 무엇보다도 증자 및 냉각에 막대한 에너지를 필요로 한다. 즉, 알코올 생산에 드는 총 에너지의 30%를 차지한다.

따라서 에너 절약적인 측면에서 증자에너지를 절감시키기 위한 방법이 절실히 요망되어 왔다. 따라서 경제적인 알코올의 생산 방법으로 그동안 화학적 호화 및 당화법, 급열 및 급냉에 의한 당화법, 내산성 당화효소를 이용한 무증자 당화법등 많은 연구가 있었으나 화학적 당화법의 경우 당화율은 증가되나 산이나 알칼리 처리에 의해 미생물의 성장을 저해하는 비발효 성당의 생성을 유발시킴으로써 발효 효율을 저하시키고 장기간 사용시 장비의 부식등을 일으키는 문제점이 있으며, 당화효소만을 사용한 무증자 당화법의 경우 원료 조직내의 전분을 용출시켜 발효 성당을 생성하므로 당화 및 발효를 위해 다량의 효소와 오랜 시간이 소요되며 발효액의 투석과 같은 복잡한 공정이 필요하므로 공업화 되지 못하고 있다.

따라서 본 발명자들은 유용한 미생물에서 분비되는 생선분 분해력이 우수한 여러가지 효소들을 사용하여 당화효소만을 처리할 때 보다 빠른 생전분 분해에 의하여 고농도의 발효 성당 생성을 유도시킴으로써 발효 초기 효모균의 성장 속도가 증가되어, 증자 공정을 거치지 않아도 잡균 오염을 줄이면서 단기간에 간단하고 경제적으로 고농도의 알코올을 제조하는 새로운 에너지 절약적 알코올 제조 방법을 발명하였다.

본 발명에서는 분상 전분을 메시액(mashing liquor)과 1 : 2-1 : 3 비율을 중량비로 섞은 다음 pH 4.0-5.0으로 조정하여 슬러리를 만든 후 이 슬러리에, 최소한 1g의 원료당 라이조푸스니비우스(Rhizopus niveus)가 생산하는 당화효소 3.20유닛, 내산성(pH 3.5-4.5 및 저온 25-35℃)에서 전분 액화력이 우수한 아스퍼질러스 오리제(Asper gillus orzyae)가 생산하는 액화효소 1, 000유닛, 전분 가지자르기 효소인 바실러스(Bacillussp.)가 생산하는 이소아밀라제 5유닛과 이들 효소들의 생전분 분해작용속도를 증가시키는 전분원료조직 연화 효소로 아스퍼질러스 나이가(Aspergillus niger)가 생산하는 펙타나제 5유닛을 혼합 처리하여 생전분에서 고농도의 발효 성당을 유도시키면서 알코올 발효효모를 약 2×10⁷cells/ml의 농도로 유지하고 슬러리를 발효시킴으로써 증자 공정 없이도 고농도의 메시 농도를 사용하여 종래의 메시내 생성 알코올의 최종 농도인 11%에 비해 약 15%의 높은 알코올을 얻을 수 있다. 또한 발효 후 메시내에 있는 고형분은 열처리를 하지 않았으므로 여과하기가 쉬워 간단한 조작에 의해 분리될 수 있으며 전분질 고유의 풍미를 유지할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 제조 방법을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

1. 출발 원료의 조제

본 발명에 사용되는 전분 원료로는 옥수수, 보리, 쌀, 밀, 수수, 조, 피 및 기장과 같은 곡류, 고구마, 카사아바 같은 뿌리 작물 전분 및 이들에서 분리된 전분 원료와 이들의 혼합물이 사용 가능하다. 곡류는 분상전핵 또는 배아 부분이 제거된 전액의 분상물로서 사용되며 전분 뿌리 작물은 원료. 전분물 또는 건조 전분물에서 수득된 분상물이면 사용가능하다. 원료의 입자 반경은 가능한 메세할 수록 좋으며 30메쉬 이하로 분쇄된 것이면 충분하다.

2. 슬러리의 조제

분상 전분을 메시액과 1 : 2-1 : 3 비율 중량비(분상 원료 : 메시액)로 혼합한후 pH 4.0-5.0으로 조성하여 슬러리를 만든다. 메시액은 물 또는 증류 폐액이라 알려진 증류 잔유물과 물과의 혼합물 또는 증류 폐액이 사용된다. 슬러리에 가하는 효소제는 통상 시판되는 효소제로서 원료물질 1g당 당화효소(태평양화학, 대한민국) 3-20유닛, 액화효소(태평양화학, 대한민국) 1, 000유닛, 이소아밀라제(덴마크, NOVO 사) 5유닛과 펙티나제(태평양화학, 대한민국) 5유닛을 개별적 가하여 혼합하는 것으로 한다.

표 1은 분쇄 전분의 슬러리 조제에 사용된 효소의 종류와 농도를 표시하였다.

[표 1]

한편, 효소의 정량 분석에 있어 당화효소는 가용성 전분을 기질로 하여 pH 5.0, 40℃에서 30분간 반응시켜 10mg의 포도당을 생성하는 때를 1유닛으로 하였으며, 액화효소는 가용성 전분을 기질로 하여 pH 5.0, 37℃에서 30분간 반응시킨 후 층장 10mm, 파장 660nm에서 흡광도를 측정하여 10mg의 전분을 소화시켰을때를 1유닛으로 한다. 또한, 이소아밀라제는 프롤란을 기질로 하여 pH 5.0, 37℃에서 적당시간 반응시켜 1분당 1μ 몰의 말토트리오즈를 생성할 때를 1유닛으로 하여 펙티나제는 펙틴을 기질로 하여 pH 5.0, 40℃에서 60분간 반응시킨 후 요오드시액을 가해 치오황산나트륨액으로 적정하여 생성되는 갈락토유로닉산의 μ 몰수를 산출하여 단위로 한다.

3. 당화 및 발효

발효에 사용되는 호모스타아터는 종래의 방법으로 배양된 효모이고 슬러리에 혼합되는 효모의 양은 적어도 2-10⁷cells/ml을 유지한다. 통상의 알코올 발효에서 효모는 그들의 활성을 pH 4.0-5.0에서 유지하므로 이같은 효모 농도에서는 초기의 알코올 발효가 강하게 진행되어 증자 공정이 없음에도 불구하고 유해 미생물의 증식을 거의 억제할 수 있다. 만약, 박테리아에 의해 오염된 원료 물질을 사용할 경우 300ppm이하의 이산화황 존재하에서 본 발명의 방법을 수행하면 된다. 상술한 바와 같이 본 발명은 생전분 분해력이 우수한 효소들을 조합하여 처리함으로써 고농도의 발효 성당 생성을 유도시켜 증자 공정을 거치지 않고 단기간에 간단하고 경제적으로 고농도의 알코올을 생산할 수 있는 유용한 발명인 것이다.

[실시예 1]

현재 주정공업에서 사용하고 있는 조건을 기준으로 하여 옥수수, 쌀보리, 고구마, 카사아바등 각 전분원료의 증자 전분의 발효를 행한 결과와 본 발명의 방법에 따라 무증자 전분에 생전분 분해력이 우수한 효소들을 조합하여 발효를 수행한 결과를 비교 하였다. 즉, 30메쉬 이하로 분쇄된 옥수수 분상물 100g, 물 200ml를 혼합하고 pH를 4.0으로 조정하여 슬러리를 만들고 표 1에 나타낸 효소 처리구와 같이 효소 및 효모스타아터 45ml(사카로미세스 : 1×10⁸cells/ml)를 가하고 1l의 메이셀 발효관에 넣어 교반하고 30℃에서 90시간 동안 발효를 진행시킨다. 발효의 결과는 하기 표 2와 같았다.

[표 2]

(a)TA : 총산도, 메시 10ml의 중화에 필요한 1/10N 수산화나트륨의 ml

(b)Alc : 알코올의 부피 함량

(c)FE :

(d)종래의 방법 : 원료를 고온에서 증자(150℃)한후 당화및 발효하는 종래방법

[실시예 2]

분쇄된 쌀보리 분상물 200g 물 370ml를 혼합하고 pH를 4.5로 조정하여 슬러리를 만들고 이것에 표 1의 효소 처리구와 90mg의 K₂S₂O₅, 효모스타아터 45ml(1.5×10⁸cells/ml)를 가하여 혼합하고 30℃에서 110시간 동안 발효를 수행한다.

결과는 하기 표 3과 같았다.

[표 3]

[실시예 3]

분쇄된 고구마 분상물 150g, 물 250ml를 혼합하고 pH 5.0으로 조정하여 슬러리를 만들고 여기에 표4의 효소 처리구 및 효모스타아터 40ml(1.0×10⁸cills/ml)을 가하고 1l의 메이셀 발효관에 넣어 교반하고 28℃에서 90시간동안 발효를 진행시킨다. 결과는 표 4와 같았다.

[표 4]

[실시예 4]

분쇄된 카사아바 분상물 200g, 물 120ml, 증류폐액 240ml를 혼합하고 pH를 5.0으로 조정하여 슬러리를 만들고 여기에 표 1의 효소 처리구와 80mg의 K₂S₂O₅효모스타아터 40ml(1.0×10⁸cells/ml)를 가하여 혼합하고 30℃에서 110시간 동안 발효를 수행한다.

사용된 증류폐액은 알코올 회수탑에서 방출된 폐액을 원심분리하여 미세물질을 제거시킴으로써 얻는다.

결과는 하기 표 5와 같았다.

[표 5]

Claims (1)

1. 곡류전분 또는 뿌리작물 전분을 30메쉬 이하로 분쇄한 전분 분쇄물과 매시액을 1 : 2-1 : 3의 비률(중량비)로 혼합한 다음 pH 4.0-5.0으로 조정하여 슬러리를 만들고 이 슬러리에 라이조푸스 니비우스(Rhizopus niveus)의 당화효소 3-20 유닛, 아스퍼질러스 오리제(Aspergillus oryzae)의 액화효소 1, 000유닛, 바실러스(Bacillus sp)의 이소아밀라제 5유닛, 아스퍼질러스 나이가(Aspergillus niger)의 펙티나제 5유닛 및 알콜발효효모약 2×10⁷cells/ml와 300ppm 이하의 이산화황을 가하여 발효시킴을 특징으로 하는 효소를 이용하여 무증자 전분으로부터 알코올을 제조하는 방법.