一種去除糖液中發酵抑制物和色素的方法
2023-12-10 06:23:52 1
專利名稱：一種去除糖液中發酵抑制物和色素的方法
技術領域：
本發明涉及一種去除糖液中發酵抑制物和色素的方法，尤其涉及一種利用氧化降解和吸附去除糖液中發酵抑制物和色素的方法，屬於發酵工業領域。
背景技術：
發酵行業的原材料來源豐富，主要利用玉米、小麥等糧食作物，目前又發展了新的發酵原材料，如玉米秸稈，水稻秸稈、木糖渣等纖維素類物質。這些發酵的原材料經過不同的方法處理，最終成為含營養物質的發酵糖液供發酵使用，其中包括酸解、高壓水解、酶解等處理方法。但是在酸解、高壓水解等較劇烈的處理方法中，會產生各種各樣影響發酵的物質，主要有糠醛、羥甲基糖醛、乙酸、酚類化合物、丁香酸、羥基苯甲酸、香草醛及其它有毒化合物和色素。這些物質存在於糖液中，嚴重影響發酵菌體的生長，進而影響到整個發酵過程、產品的提取及產品的品質等。目前對糖液中這些物質的去除主要是進行脫毒處理，方法有調節pH、負壓蒸發、離子交換樹脂、活性炭吸附和酶解法等。其中活性炭吸附比較普遍。活性炭來源廣泛，處理後的活性炭還可以回收利用。但是活性炭吸附能力有限，容易飽和，需要頻繁再生。也有一些方法聯用的相關報導，如在用活性炭吸附之前，先用CaO將pH值從0. 5調節到7. 0，再用 H3PO4溶液將pH值調到5. 5，在此條件下，可有效減少糖液中的抑制物，得到較高的酒精產率。但這些方法存在各種弊端，如處理成本高、營養流失多，處理後的溶液中增加了許多額外的物質很難除去，有的還會產生大量沉澱，影響發酵進行，並對環境造成一定影響。
發明內容
針對現有糖液處理方法存在的不足成本較高、雜質去除不徹底、容易帶入新的物質影響發酵進行等缺陷，本發明提供一種成本較低、雜質去除徹底、不引入新物質的去除糖液中發酵抑制物和色素的新方法。為實現本發明目的，本發明以活性炭/雙氧水/臭氧聯合作用，氧化降解和吸附去除糖液中發酵抑制物和色素，具體通過如下步驟實現調節糖液pH=l_8，將活性炭與雙氧水或者活性炭與臭氧或者活性炭、雙氧水與臭氧加入或通入含有發酵抑制物和色素的糖液中，活性炭的加入量為l-100g/L，雙氧水在溶液中的終濃度為0. 1-16. 7g/L，臭氧在溶液中的終濃度為0. l_9g/m3，於0-40°C條件下進行反應。所述的糖液為經酸解、高壓液態水解或高壓蒸汽爆破等方法處理所生成的糖液。所述的活性炭是粉狀活性炭、顆粒活性炭、碳化纖維或焦化樹脂。反應時間為5分鐘一48小時，以抑制物的去除率作為反應終點。反應後的活性炭可以過濾除去，殘留的雙氧水可以使用加熱分解或加入過氧化氫酶法除去，而過氧化氫酶為蛋白類物質，留在發酵液中不會影響發酵的進行。殘留的臭氧通過加熱後會很快逸出，不加熱通過攪拌放置也會很快析出，不再有殘留，不會影響發酵的進行。本發明方法適用於發酵行業中酸解、高壓水解等方法處理以玉米、小麥、玉米秸稈、水稻秸稈、木糖渣等為原材料所獲得的糖液。反應完成後，取反應液體測定各種抑制物水平和營養物質水平，與反應前作對比，作為指標評價反應效果。採用本發明方法處理後糖液中糠醛、羥甲基糠醛等雜環苯環類物質可去除90%以上，其它抑制物去除率達到80%以上，色素類物質完全除去，並且營養物質的減少率低於15%，沒有引入新的雜質。本發明的優點是(1)反應條件溫和，處理效果好；(2)成本低，可大規模應用於實際生產中；(3)處理後糖液純度高，發酵品質和產品品質好；(4)處理過程中不會造成營養物質的大量流失； (5)處理過程不會對環境造成汙染，清潔、綠色、環保
具體實施例方式為對本發明進行更好地說明，舉例如下 實施例1
苯甲酸鈉、糠醛和葡萄糖的混合溶液100ml，其中三種物質的質量濃度均為1%，調節其 pH=2,向其中加入活性炭5g、質量百分比為30%的雙氧水0. 5ml，於25°C反應條件下，充分混合均勻，中間緩慢攪拌，反應在lh、2h、4h、8h、16h、24h時分別測定其中各物質的濃度，經檢測在反應2h後苯甲酸鈉去除率達到100%，糠醛在4h時去除率可以到達100%，而直到8h時， 葡萄糖的總減少量僅為10%。反應完的溶液過濾除去活性炭，殘留雙氧水用過氧化氫酶去除後，重新檢測，成分單一，只剩餘葡萄糖。溶液顏色由淡黃色變為接近無色，脫色效果好。實施例2
苯甲酸鈉、糠醛和葡萄糖的混合溶液100ml，其中三種物質的質量濃度均為1%，調節其 pH=4,向其中加入活性炭5g、通入臭氧使其在溶液中的終濃度為3g/m3，於15°C反應條件下， 充分混合均勻，中間緩慢攪拌，反應在lh、2h、4h、8h、16h、24h時分別測定其中各物質的濃度，經檢測在反應2h後苯甲酸鈉去除率達到80%，糠醛在4h時去除率達到100%，而直到8h 時，葡萄糖的總減少量僅為10%。反應完的溶液過濾除去活性炭，殘留臭氧通過攪拌靜置Ih 進行去除，重新檢測，成分單一，只剩餘葡萄糖。溶液顏色由淡黃色變為接近無色，脫色效果好。實施例3
苯甲酸鈉、糠醛和葡萄糖的混合溶液100ml，其中三種物質的質量濃度均為1%，調節其 PH=I,向其中加入活性炭2g、質量百分比為30%的雙氧水0. 5ml，通入臭氧使其在溶液中的終濃度為lg/m3，於35°C反應條件下，充分混合均勻，中間緩慢攪拌，反應在lh、2h、4h、8h、 16h、24h時分別測定其中各物質的濃度，經檢測在反應Ih後苯甲酸鈉去除率達到100%，糠醛在2h時去除率達到100%，而反應在5h時葡萄糖的減少量僅為10%。反應完的溶液過濾除去活性炭，殘留雙氧水用過氧化氫酶去除，殘留臭氧通過攪拌靜置Ih進行去除，重新檢測， 成分單一，只剩餘葡萄糖。溶液顏色由淡黃色變為接近無色，脫色效果好。實施例4
濃硫酸水解的玉米秸稈水解液100ml，調節其pH=2，向其中加入活性炭10g、質量百分比為30%的雙氧水0. 5ml，於5°C反應條件下，充分混合均勻，中間緩慢攪拌，反應在lh、2h、 4h、8h、16h、24h時分別進行發酵抑制物糠醛、乙酸、酚類化合物的測定，經檢測反應進行到 4h時，糠醛和乙酸含量減少80%以上，酚類化合物已檢測不出。發酵液中的營養物質如葡萄糖、木糖等經檢測其去除率均沒超過10%。反應完的溶液過濾除去活性炭，殘留雙氧水用過氧化氫酶去除。溶液顏色由深棕色變為淡黃色，脫色效果好。
實施例5
高壓液態水解的木 糖渣水解液100ml，調節其pH=5，向其中加入活性炭3g，質量百分比為30%的雙氧水0. 5ml，通入臭氧使其在溶液中的終濃度為6g/m3，於25°C反應條件下，充分混合均勻，中間緩慢攪拌，反應在lh、2h、4h、8h、16h、24h時分別進行發酵抑制物糠醛、羥甲基糠醛、乙酸的測定，測定結果顯示在反應進行到2h時，高壓水解液中糠醛和羥甲基糠醛已檢測不出，去除率達到100%。在8h時檢測，乙酸去除率達到了 90%以上。重新測定糖液中組分，經檢測其中已沒有雜環苯環類發酵抑制物。發酵液中的營養物質如葡萄糖，木糖等經檢測其去除率均沒超過10%。反應完的溶液過濾除去活性炭，殘留雙氧水用過氧化氫酶去除，殘留臭氧通過攪拌靜置Ih進行去除。溶液顏色由深棕色變為淡黃色，脫色效果好。實施例6
高壓蒸汽爆破水解的玉米秸稈水解液100ml，調節其pH=5，向其中加入活性炭3g，通入臭氧使其在溶液中的終濃度為5g/m3，於25°C反應條件下，充分混合均勻，中間緩慢攪拌，反應在讓、211、411、811、1611、2411、4811時分別進行發酵抑制物糠醛、乙酸的測定，測定結果顯示在反應進行到2h時，高壓水解液中糠醛已經不能檢出，去除率可以達到100%，而在8h時檢測時，乙酸去除率達到了 90%以上。重新測定發酵液中組分，經檢測其中已經沒有雜環苯環類發酵抑制物。發酵液中的營養物質如葡萄糖，木糖等的檢測顯示去除率均沒超過5%。反應完的溶液過濾除去活性炭，殘留臭氧通過攪拌靜置Ih進行去除。溶液顏色由深棕色變為淡黃色，脫色效果好。以上各物質檢測方法如下
1、葡萄糖的檢測採用SBA-40E生物傳感分析儀進行測定。2、苯甲酸鈉的檢測採用紫外分光光度法進行測定。3、雙氧水的檢測採用美國紡織化學師與印染師協會標準制定的高錳酸鉀滴定法 [1]進行測定(AATCC測試方法.102-2002)。4、臭氧的檢測方法採用國標中的靛藍二磺酸鈉分光光度法[2]進行測定(國家環境保護局.GB/T 15437-1995)。5、木糖的檢測採用雙波長可見光譜法[3]進行測定(用雙波長可見光譜法快速測定半纖維素提取液中糖的含量.光譜學與光譜分析，2010 (4): 1084-1087)。6、糠醛、羥甲基糠醛和乙酸的檢測採用氣相色譜法M進行測定(氣相色譜法測定秸稈水解液中的糠醛和乙酸含量.釀酒科技，2008(5) 108-110)。7、酚類化合物的檢測採用固相微萃取_氣相色譜法[5]進行測定(固相微萃取_氣相色譜法測定水中酚類化合物.河南化工，2007(6) 43-44)。
權利要求
1.一種去除糖液中發酵抑制物和色素的方法，其特徵在於，調節糖液pH=l-8，將活性炭與雙氧水或者活性炭與臭氧或者活性炭、雙氧水與臭氧加入或通入含有發酵抑制物和色素的糖液中，活性炭的加入量為l-100g/L，雙氧水在溶液中的終濃度為1-16. 7g/L，臭氧在溶液中的終濃度為0. l_9g/m3，於0-40°C條件下進行反應。
2.如權利要求1所述的去除糖液中發酵抑制物和色素的方法，其特徵在於，糖液為經酸解、高壓液態水解或高壓蒸汽爆破處理所生成的糖液。
3.如權利要求1或2所述的去除糖液中發酵抑制物和色素的方法，其特徵在於，活性炭是粉狀活性炭、顆粒活性炭、碳化纖維或焦化樹脂。
全文摘要
本發明公開了一種利用氧化降解和吸附去除糖液中發酵抑制物和色素的方法，屬於發酵工業領域。針對現有糖液脫毒成本高、雜質去除不徹底、容易引入新的物質影響發酵等缺陷，本發明以活性炭/雙氧水/臭氧聯合作用氧化降解和吸附去除糖液中發酵抑制物和色素，反應條件溫和，處理效果好，處理後的糖液中糠醛、羥甲基糠醛等雜環苯環類物質去除率達90%以上，其它抑制物去除率達80%以上，色素類物質可以完全除去，並且營養物質的減少率不高於15%，減少了糖液中營養物質的大量流失，不會對環境造成汙染，適合工業化推廣應用。
文檔編號C12P7/10GK102220385SQ20111010968
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月29日 優先權日2011年4月29日
發明者劉孝臣, 劉絮, 吳健, 戴桂馥 申請人:鄭州大學