一種甘薯渣製糖方法
2023-05-07 06:20:01 1
專利名稱：：一種甘薯渣製糖方法
技術領域：
：本發明涉及生物領域，具體涉及以供微生物發酵用的生物質甘薯渣為糖源的製糖方法。
背景技術：
：甘薯是我國重要的糧食作物之一，據統計，我國甘薯種植與加工均居世界第一，總產量達8520萬噸，其中55%約4686萬噸轉成工業原料。甘薯渣是鮮甘薯加工澱粉過程中產生的大量副產物或作為廢棄物的堆積，約佔原料的10%左右，巨大的生物質再生資源未能有效利用，且嚴重汙染環境。鮮甘薯一般含乾物質30%，水分70%。甘薯加工產生大量的含細胞液廢水即為甘薯澱粉廢水，有各種營養有機物，如可溶性的碳水化合物、蛋白質、維生素和微量元素。對甘薯澱粉加工的薯渣進行分析，主要化學成分為水分、澱粉、粗蛋白、纖維、脂肪等。用甘薯加工生產澱粉、粉條、方便麵粉絲等食品產出廢甘薯渣約佔原料10%左右，剛下生產線時鮮甘薯渣通常含細胞液廢水90%左右，數量巨大的溼甘薯渣堆積，未能有效的開發利用，且由於薯渣纖維高持水力和溶脹性，有糖、氮多種營養成分的新薯渣，含水90%以上，其廢水化學耗氧量COD>15000mg/L，存放又易受雜菌發酵而酸敗，嚴重汙染環境，造成生物質再生資源的巨大浪費。近年來甘薯渣開發熱點是用酸法、酶法、篩法去掉甘薯渣大部分的澱粉、蛋白和脂肪，提取膳食纖維和果膠、製成產品，但產品市場需求不旺，尚未形成大型產業化規模。甘薯渣折幹計，一般含澱粉50%以上，纖維22沈％，纖維主要構成成分是纖維素、半纖維素、木質素和果膠等，是數以千計葡萄糖糖基緻密結構的碳水化合物，難以為市售的康氏木黴分泌的纖維素酶所降解；甘薯經銼磨機細碎和篩理設備產生的澱粉分離出來，薯渣中殘留澱粉經α-澱粉酶液化和糖化酶糖化，其降解不完全；其他高分子多糖更難降解，水解率低。因此，尋找一種能夠有效利用甘薯渣轉化為葡萄糖的方法、開闢新糖源並實行產業化是當前開展生物質甘薯渣廢棄資源綜合利用的一項重要任務，具有節糧、顯著的環保和經濟效益。
發明內容本發明的目的提供一種利用甘薯渣製糖的方法，該方法能夠大幅提高甘薯渣中糖的轉化率。為了實現上述發明目的，本發明採用如下技術方案一種利用甘薯渣製糖的方法，包含以下步驟步驟1將乾燥的幹薯渣粉碎後與甘薯澱粉廢水混合或用溼渣，調ρΗ值為5.58.0；步驟2步驟1所得混合料液加耐高溫α-澱粉酶在90105°C保溫至I2液測試混合料液變紅；調PH為3.05.5，加糖化酶、酸性蛋白酶和纖維素酶在4065°C保溫至監測還原糖濃度不再升高，進行滅酶處理；步驟3對料液進行固液分離，液體濃縮即得葡萄糖。本發明增加纖維素酶、糖化酶、酸性蛋白酶和耐高溫α-澱粉酶的協同酶解作用，破壞薯渣纖維素晶體，使結構疏鬆的半纖維素和果膠易於酶解，有效地提高了薯渣多糖降解的轉化率，中試20t罐水解率可達到110%以上。作為優選，步驟1所述粉碎為過30300目篩。作為優選，步驟1所述混合為按料液質量比136混合。作為優選，步驟1用NaOH、Na2CO3^Ca(OH)2等鹼性物質調pH值。作為優選，步驟2每克料加1220U耐高溫α-澱粉酶。作為優選，步驟2每克料加100300U糖化酶。作為優選，步驟2每克料加100500U纖維素酶。作為優選，步驟2每克料加1015U酸性蛋白酶。作為優選，步驟2用HC1、H2S04、乙酸等酸性物質調pH值。作為優選，步驟2所述滅酶處理為110120°C，30min。作為優選，步驟2所述檢測為712%。本專利給出甘薯渣酶解工藝完全，水解糖的種類基本為葡萄糖，DE值為95%左右ο本專利發明人系統地用α-澱粉酶和糖化酶水解甘薯渣進行製糖實驗，相對於甘薯渣中澱粉含量而言，在優化的酶解條件下轉化為還原糖質量比率不到90%，離澱粉酶法水解理論值相差20%多，DE值偏低；對薯渣乾物質水解的轉化率不到50%，實驗結果表明，「甘薯渣澱粉」不同於經過銼磨機、篩理設備粉碎及水洗出來的「甘薯澱粉」，薯渣中澱粉與纖維素緊密結合，用傳統的澱粉雙酶法水解工藝達不到完全水解的目的。採用本發明所述方法，用國產市售的澱粉酶、糖化酶、酸性蛋白酶和纖維素酶對甘薯渣酶法製糖，以不同的料液比進行比較，澱粉對糖轉化率94.7%(均值)，甘薯渣乾物質對糖轉化率達50%，較傳統雙酶法的轉化率有較大的提高。甘薯渣中含澱粉50%(幹基)以上，結構疏鬆的半纖維素和果膠多糖均可由水解酶類完全或部分酶解轉化為糖，樣品經Dionex公司的HPAEC分析，選取PAlO分析柱，以18mM的NaOH為緩衝液，流速lml/min,每個樣收集時間為40min，鑑定基本為葡萄糖，是微生物發酵用的優質糖料，可用於工業發酵行業。甘薯渣含澱粉均值50%(幹基)，由澱粉酶、糖化酶水解，產生糊精、麥芽糖和葡萄糖。澱粉的酶法水解具有比酸法水解的轉化率高、專一性強即純度高、成本低和易操作等優點ο甘薯渣化學成分以澱粉為多，加工機械化程度低的甘薯渣澱粉含量竟有高達65%(幹基)以上的，所以本專利引入酶法糖漿中「澱粉」水解程度DE值，是體現甘薯渣酶法制液糖的水解程度的一個重要方面。本發明的酶水解轉化率是指對薯渣經酶法水解釋放出的還原糖總量(按葡萄糖計)佔試料薯渣乾物質量的質量分數，表明薯渣中各種多糖(澱粉及果膠、半纖維素和纖維素等)水解的程度，與澱粉糖漿生產中「澱粉」水解程度DE值的含義不盡相同。本發明提供的甘薯渣用水解酶制液糖的方法，發明人將調漿用水改為甘薯廢細胞液，並引入蛋白酶，破壞甘薯中糖蛋白結構，使之水解為鼠李糖、麥芽糖和葡萄糖，提高總還原糖轉化率。且該方法工藝及工藝設備簡單、專一性強、品質單純、成本較低，能解決甘薯渣嚴重汙染環境問題，具有良好的工業應用前景。具體實施例方式本發明公開了一種甘薯渣製糖方法，本領域技術人員可以借鑑本文內容，適當改進工藝參數實現。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發明。本發明的方法及應用已經通過較佳實施例進行了描述，相關人員明顯能在不脫離本
發明內容、精神和範圍內對本文所述的方法和應用進行改動或適當變更與組合，來實現和應用本發明技術。為了使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。實施例1山西某公司生產的甘薯渣(水分13.85%、澱粉含量52.09%)，粉碎至60目，稱取5.0kg，在30L酶解罐中，加甘薯澱粉廢水20kg調漿(料液比14)，用10%NaOH調pH6.5，加耐高溫α-澱粉酶(Thermostableα-amylase)按每克料加酶20U，漿液升溫95°C，保溫45分鐘，用I2液測試變紅，液化結束。漿液降溫至5860°C，用10%HCl調PH至4.8，60°C，加糖化酶(Glucoamylase)每克料加酶100U、纖維素酶(cellulase)每克料加酶100U和酸性蛋白酶(Acidprotease)每克料加酶10U，(保溫至40h左右)，攪拌，漿液還原糖濃度不再升高，停止糖化，110°C滅酶，降溫至50°C，用離心機進行固液分離得離心液；並對離心渣用水洗滌，離心得一次洗渣液，兩者合併用費林試劑熱滴定法檢測與計算還原糖總量，還原糖檢測方法為「費林試劑熱滴定法」，其參考文獻是黑龍江大學合編《工業發酵分析(高等學校教材)》，糖化醪中還原糖、總糖的測定(P11.12)，中華人民共和國國家標準GB/T5009.7-2008。對絕幹甘薯渣的轉化率為50.17%。相對於薯渣中「澱粉」的轉化率概算為95%。甘薯渣澱粉含量計算按「中華人民共和國國家標準GB/T5514-2008」糧油檢驗糧食油料中澱粉含量測定，方法如下定量稱取已測「澱粉」含量的甘薯渣，水解後的糖化醪離心，洗滌離心，測計清液還原糖總量，按下式計算轉化率澱粉對糖化醪的轉化率(％)=還原糖總量(折幹)+澱粉總量(折幹)X100甘薯渣質量(折幹)對糖的轉化率(％)=清液還原糖總量(折幹)+甘薯渣質量(折幹)X100DE值％=清液還原糖總量(折幹)+清液固含(折幹)X100液糖產品經Dionex公司的HPAEC分析，選取PAlO分析柱，以18mM的NaOH為緩衝液，流速lml/min，每個樣收集時間為40min，鑑定基本為葡萄糖。實施例2山西某公司生產的甘薯渣(水分13.85%、澱粉含量52.09%)，粉碎至60目，稱取5.0kg，在30L酶解罐中，加甘薯澱粉廢水22.5kg調漿(料液比14.5)，用碳酸氫鈉調pH5.5，加耐高溫α-澱粉酶(Thermostableα-amylase)按每克料加酶20U，漿液升溫950C，保溫45分鐘，用I2液測試變紅，液化結束。漿液降溫至5860°C，用乙酸1調PH至3.5，60°C，加糖化酶(Glucoamylase)每克料加酶250U、纖維素酶(cellulase)每克料加酶400U和酸性蛋白酶(Acidprotease)每克料加酶15U，(保溫至40h左右)，攪拌，漿液還原糖濃度不再升高，停止糖化，110°C滅酶，降溫至65°C，用離心機進行固液分離得離心液；並對離心渣用水洗滌，離心得一次洗渣液，兩者合併檢測與計算還原糖總量，對絕幹薯渣的轉化率為48.72%，相對於薯渣中「澱粉」的轉化率為94.20%。實施例3山西某公司生產的甘薯渣(水分13.85%、澱粉含量52.09%)，粉碎至60目，稱取5.0kg，在30L酶解罐中，加甘薯澱粉廢水25kg調漿(料液比15)，用10^NaOiHjlPH8.0，加耐高溫α-澱粉酶(Thermostableα-amylase)按每克料加酶15U，漿液升溫95°C,保溫45分鐘，用I2液測試變紅，液化結束。漿液降溫至5860°C，用10%HCl調PH至5.5，60°C，加糖化酶(Glucoamylase)每克料加酶300U、纖維素酶(cellulase)每克料加酶500U和酸性蛋白酶(Acidprotease)每克料加酶12U，保溫至40h左右，攪拌，漿液還原糖濃度不再升高，停止糖化，110°C滅酶，降溫至40°C，用離心機進行固液分離得離心液；並對離心渣用水洗滌，離心得一次洗渣液，兩者合併檢測與計算還原糖總量，對絕幹薯渣的轉化率為47.5%，相對於薯渣中「澱粉」的轉化率為93.50%。實施例4山東某公司生產的甘薯渣(水分12.5%、澱粉含量55.29%)，粉碎至60目，稱取5.0kg，在30L酶解罐中，加甘薯澱粉廢水22kg調漿(料液比18)，用10%NaOH調PH7.5，加耐中溫澱粉酶按每克料加酶18U，漿液升溫85°C保溫用I2液測試變紅，液化結束。漿液降溫至5860°C，用硫酸調PH至4.8，60°C，加糖化酶(Glucoamylase)每克料加酶200U、纖維素酶(cellulase)每克料加酶200U和酸性蛋白酶(Acidprotease)每克料加酶15U，(保溫至40h左右)，攪拌，漿液還原糖濃度不再升高，停止糖化，110°C滅酶，降溫至50°C，用離心機進行固液分離得離心液；並對離心渣用水洗滌，離心得一次洗渣液，兩者合併檢測與計算還原糖總量，對絕幹薯渣的轉化率為49.1%，相對於薯渣中「澱粉」的轉化率為96.5%。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。權利要求1.一種利用甘薯渣製糖的方法，其特徵在於，包含以下步驟步驟1將乾燥的甘薯渣粉碎後與甘薯澱粉廢水混合或用溼渣，調pH值為5.58.0；步驟2步驟1所得混合料液加耐高溫澱粉酶在90105°C或中溫澱粉酶在60-90°C保溫至I2液測試混合料液變紅；調pH為3.05.5，加糖化酶、酸性蛋白酶和纖維素酶在4065°C保溫至檢測還原糖濃度不再升高，進行滅酶處理；步驟3對料液進行固液分離，液體濃縮即得液糖產品，其成分基本為葡萄糖。2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟1所述粉碎為過30300目篩。3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟1所述混合為按料液質量比128混合。4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟1用NaOH、Na2CO3或Ca(OH)2調pH值。5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟2每克料加1220U耐高溫α-澱粉酶或中溫澱粉酶。6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟2每克料加100300U糖化酶。7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟2每克料加100500U纖維素酶。8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟2每克料加1015U酸性蛋白酶。9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟2用HCl、H2SO4或乙酸調pH值。10.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟2所述滅酶處理為110120°C，30mino11.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟2所述檢測為712%，DE值95%。全文摘要本發明涉及生物領域，具體涉及了以供微生物發酵用的生物質甘薯渣為糖源的製糖方法。該方法為將甘薯渣粉或溼渣，調pH為5.5～8.0，加α-澱粉酶保溫；調PH為3.0～5.5，加糖化酶、酸性蛋白酶和纖維素酶在40～65℃保溫後進行滅酶處理；對料液進行固液分離，液體濃縮即得液糖產品，其成分基本為葡萄糖。本發明所述方法工藝簡單，專一性強，所得產品品質好，收率高，能解決甘薯渣嚴重汙染環境問題，具有良好的工業應用前景。文檔編號C12P19/20GK102559811SQ20121006885公開日2012年7月11日申請日期2012年3月15日優先權日2012年3月15日發明者嚴共鴻,吳允山,寇正恩,易勇申請人:吳允山