酒精生產過程中脫除黃麴黴毒素的方法與流程
2023-12-12 07:51:17 1
本發明涉及酒精生產領域，具體涉及酒精生產過程中脫除黃麴黴毒素的方法。
背景技術：
黃麴黴毒素(aflatoxin，aft)是一類具有強致癌性和強免疫抑制性的毒性物質。它是一類由黃麴黴(aspergillusflavus)、寄生麴黴(a.parasiticus)等真菌產生的次生代謝產物。它存在於土壤、動植物、各種堅果中，特別容易汙染花生、玉米、稻米、大豆、小麥等糧油產品，是真菌毒素中毒性最大、對人類健康危害極為突出的一類真菌毒素。由於真菌毒素的特殊結構，它們耐高溫、耐受一般的酸鹼度(ph3-7)、耐受各種物理的加工過程。黃麴黴毒素一般在中性溶液中較穩定，但在強酸性溶液中稍有分解，在ph9-10的強鹼溶液中分解迅速，耐高溫黃麴黴毒素b1的分解溫度為268℃。
酒精生產工藝一般包括原料粉碎、調漿、液化、糖化、發酵、蒸餾、酒糟乾燥，最終產品為酒精和酒精糟。在酒精發酵過程中，黃麴黴毒素容易富集到酒精糟中，從而影響酒精糟的進一步利用。
目前常用的脫毒方法有物理法(擠壓蒸煮法、γ射線法)、化學法(氨法、亞硫酸鈉法、次氯酸鈉法、過氧化氫法、臭氧法)和生物法(酶法、微生物法)。而在酒精生產過程中，黃麴黴毒素的脫除方法主要有臭氧法、氨化法和微生物法。
mckenzie等(mckenzieks,sarrab,mayurak,etal.oxidativedegradationanddetoxificationofmycotoxinsusinganovasourceofozone[j].foodandchemicaltoxicology,1997,35(8):807-820)用20％(w/w)的臭氧連續處理含黃麴黴毒素標準品的玉米粉漿、含大米黃麴黴素的玉米粉漿和黃麴黴毒素標準品溶液各5min，結果黃麴黴毒素b1的降解率分別為71.8％、66.9％和100％。這種臭氧處理過程簡單、無汙染、無殘留，但是在大規模生產應用中，如何連續製備大量高濃度的臭氧是一個挑戰。
美國北部研究中心(nrrc)通過四個階段的試驗，完成了利用氨降解玉米中黃麴黴素毒素的中試工藝研究(brekkeol,peplinskiaj,nofsingergw,etal.aflatoxininactivationincombyammoniagas:afieldtrial[j].trans.asae,1979,22:425-432)：在常溫下將玉米與氨氣密封在儲倉內13d，黃麴黴毒素含量從1000μg/kg降解至20μg/kg以下。這種氨化處理法存在一定的安全隱患，而且需要對現有的倉儲設施進行系統改造，管理難度大，因此也難以在生產實踐中應用。
可見，臭氧法和氨化法存在可操作性差(須在極端的溫度和壓力條件下進行)，不安全(有毒殘留物形成)，成本高的缺陷。微生物法相對安全，但是工業菌株改造困難，易破壞產品的營養、感官及功能特性等。
技術實現要素：
本發明的目的是為了克服現有技術存在的可操作性差和產品性能受損的問題，提供酒精生產過程中脫除黃麴黴毒素的方法。
蒙脫石又名微晶高嶺石，是由顆粒極細的含水鋁矽酸鹽構成的層狀礦物，吸水後膨脹，體積增大幾倍至十幾倍，其可以在飼料中安全使用。本發明的發明人在研究中發現，在酒精生產過程中加入蒙脫石能夠有效脫除黃麴黴毒素，還可以保證酒精糟的各項性能。因此，為了實現上述目的，本發明提供了一種酒精生產過程中脫除黃麴黴毒素的方法，該方法包括在以生物質原料發酵生產酒精的過程中引入蒙脫石，其中，所述蒙脫石的粒徑在850μm以下。
通過上述技術方案，本發明在保證產品(酒精糟)特性的情況下實現了酒精生產過程中(特別是以生物質原料發酵生產酒精的過程中)黃麴黴毒素的有效脫除，操作簡單，適合工業生產應用。
具體實施方式
在本文中所披露的範圍的端點和任何值都不限於該精確的範圍或值，這些範圍或值應當理解為包含接近這些範圍或值的值。對於數值範圍來說，各個範圍的端點值之間、各個範圍的端點值和單獨的點值之間，以及單獨的點值之間可以彼此組合而得到一個或多個新的數值範圍，這些數值範圍應被視為在本文中具體公開。
在本發明中，在未作相反說明的情況下，原料的重量均以幹基計(包括實施例)；使用的術語「蒙脫石」是指八面體蒙脫石產品，屬於一種矽鋁酸鹽；「粒徑」以顆粒通過的篩對應的篩網孔徑表徵；根據gb8275-2009定義：1g固體酶粉(或1ml液體酶)，於70℃、ph＝6.0條件下，1min內液化1mg可溶性澱粉所需要的酶量，即為1個酶活力單位，以u/g(或u/ml)表示，本發明中酶活力單位沿用此定義。
本發明提供的酒精生產過程中脫除黃麴黴毒素的方法包括在以生物質原料發酵生產酒精的過程中引入蒙脫石，其中，所述蒙脫石的粒徑在850μm以下，優選在45μm以下，更優選在0.2-45μm範圍內。
只要在酒精生產過程中使用特定粒徑的蒙脫石即可實現本發明的目的，對蒙脫石的用量沒有特別的要求，優選情況下，相對於每噸的以幹基計的生物質原料，所述蒙脫石用量為1-180kg，更優選為1-15kg，最優選為4.5-9kg。
本發明中，對引入蒙脫石的具體時機沒有特別的要求，可以是生產過程中的任意時期。具體地，以生物質原料發酵生產酒精的過程通常包括如下步驟(依次進行)：
步驟a：生物質原料的預處理；
步驟b：調漿；
步驟c：液化；
任選進行的步驟d：糖化；
步驟e：發酵；
步驟f：蒸餾；
步驟g：乾燥；
而所述蒙脫石可以在步驟a-g的至少一個(特別是步驟b-f的至少一個)中引入。為了進一步提高黃麴黴毒素的脫除效果，並且將蒙脫石對發酵指標的影響降低到最大限度，優選在步驟e中引入蒙脫石。在實際操作時，如果在多個步驟中添加蒙脫石，則蒙脫石的用量表示總重量，也即各個步驟中的總重量優選在上述範圍內。
其中，所述生物質原料的預處理可以包括原料粉碎，經原料粉碎後物料的粒徑優選在1.25-4000μm範圍內，更優選在500-3000μm範圍內。如果使用纖維質原料作為生物質原料，還可以對其進行蒸汽爆破、蒸煮等。
可以根據常規的條件進行調漿。優選地，調漿的條件包括：料水比(即生物質原料與水之間的重量比)1:1-100，更優選為1:1.5-4。調漿的溫度可以為20-100℃，優選為45-65℃。調漿的ph可以為2-8，優選為5-7。
進行液化和糖化的方法和條件均可以為本領域技術人員所熟知的方法和條件。優選地，液化的溫度為55-105℃，更優選為80-105℃。液化的ph優選為2-8，更優選為4-7。液化的時間優選為0.1-48h，更優選為1-8h。液化和糖化所使用的酶亦可以為常規選擇，在此不再贅述。
優選地，糖化的溫度為20-80℃，更優選為45-70℃。糖化的ph優選為2-8，更優選為3-5。糖化的時間優選為0-48h，更優選為0-8h。糖化是選擇性進行的步驟，也即可以將液化產物直接用於發酵，也可以將液化產物經糖化後再用於發酵，本領域技術人員可以根據實際情況確定是否進行。當進行糖化時，糖化的時間通常在20min以上。
發酵也可以按照常規的方法和條件進行，優選地，發酵的條件包括：菌種接種量(以細胞幹基計)0.1-5kg/t生物質原料。發酵的ph優選為2-8，更優選為3-6。發酵的溫度優選為10-60℃，更優選為25-40℃。發酵的時間優選為0.1-20天，更優選為1-5天。發酵的方式可以為分批發酵、連續發酵或半連續發酵。能夠發酵單糖如葡萄糖和/或果糖、寡糖如蔗糖和/或半乳糖的微生物菌種(例如酵母)都可以用於本發明的發酵過程，由於釀酒酵母是釀酒工業上普遍應用的耐酒精、副產物少、乙醇產率高的發酵己糖的微生物，因此優選發酵所使用的菌種為釀酒酵母(saccharomycescerevisiae)。
通過配合上述優選的調漿、液化、糖化和發酵條件，能夠更有效地脫除黃麴黴毒素，同時保證酒精的產量以及酒精糟的特性。
其中，可以通過蒸餾分離出酒精，再經過分子篩脫水，製得無水酒精。
蒸餾後的釜底物經乾燥後得到酒精糟，例如，可以通過壓濾對釜底物進行固液分離，液相進行濃縮，烘乾濾渣，混合後得到酒精糟。
本發明中，所述生物質原料可以為常規的選擇，例如，可以選自玉米、大米、小麥、高粱、土豆、甘薯、菊芋、木薯等澱粉原料，甘蔗汁、糖蜜、甜高粱汁、甜菜汁、糖漿等糖類，以及麥稈、稻草、玉米秸稈、能源草等纖維質原料。
以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。
以下實施例中，蒙脫石購自內蒙古愛牧化工有限公司；黃麴黴毒素b1含量的分析方法為黃麴黴毒素b1競爭性elisa試劑盒法，購自美國helica，貨號為941bafl011-96；酒精糟的成分分析參照標準gb/t25866-2010進行。
實施例1
步驟a：玉米粉(原料)粉碎，粉碎後物料顆粒徑為500-3000μm；
步驟b：調漿，料水比1:2.2，溫度60℃，ph5.6；
步驟c：液化，使用購自諾維信公司的耐高溫α-澱粉酶，用量為25酶活力單位/g原料，溫度90℃，ph6，時間5h；
步驟d：糖化，使用購自傑能科公司生產的4060複合糖化酶，用量為50酶活力單位/g原料，溫度60℃，ph4，時間1h；
步驟e：發酵，菌種為安琪超級釀酒高活性乾酵母，購自湖北安琪酵母股份公司，菌種接種量1kg/t原料，ph4，溫度33℃，時間5天；
步驟f：蒸餾，通過三塔差壓蒸餾分離出酒精，再經過分子篩脫水(140℃，200kpa)，製得無水酒精，並計算產量，結果如表1所示；
步驟g：乾燥，通過壓濾蒸餾的釜底物進行固液分離，將清液濃縮，烘乾濾渣，混合後製得酒精糟，將酒精糟進行成分分析，結果如表1所示；
其中，在步驟e中加入9kg/t原料的蒙脫石(粒徑在45μm以下)。
實施例2
步驟a：小麥粉(原料)粉碎，粉碎後物料顆粒徑為1000-2500μm；
步驟b：調漿，料水比1:1.5，溫度45℃，ph7；
步驟c：液化，使用購自諾維信公司的耐高溫α-澱粉酶，用量為30酶活力單位/g原料，溫度80℃，ph4，時間8h；
步驟d：糖化，使用購自傑能科公司生產的4060複合糖化酶，用量為25酶活力單位/g原料，溫度45℃，ph3，時間8h；
步驟e：發酵，菌種為安琪超級釀酒高活性乾酵母，購自湖北安琪酵母股份公司，菌種接種量0.1kg/t原料，ph3，溫度25℃，時間3天；
步驟f：蒸餾，通過三塔差壓蒸餾分離出酒精，再經過分子篩脫水(140℃，200kpa)，製得無水酒精，並計算產量，結果如表1所示；
步驟g：乾燥，通過壓濾蒸餾的釜底物進行固液分離，將清液濃縮，烘乾濾渣，混合後製得酒精糟，將酒精糟進行成分分析，結果如表1所示；
其中，在步驟b中加入9kg/t原料的蒙脫石(粒徑在45μm以下)。
實施例3
步驟a：甘薯粉(原料)粉碎，粉碎後物料顆粒徑為1200-2000μm；
步驟b：調漿，料水比1:4，溫度65℃，ph6；
步驟c：液化，使用購自諾維信公司的耐高溫α-澱粉酶，用量為35酶活力單位/g原料，溫度105℃，ph7，時間1h；
步驟d：糖化，使用購自傑能科公司生產的4060複合糖化酶，用量為10酶活力單位/g原料，溫度70℃，ph5，時間5h；
步驟e：發酵，菌種為安琪超級釀酒高活性乾酵母，購自湖北安琪酵母股份公司，菌種接種量3kg/t原料，ph6，溫度40℃，時間1天；
步驟f：蒸餾，通過三塔差壓蒸餾分離出酒精，再經過分子篩脫水(140℃，200kpa)，製得無水酒精，並計算產量，結果如表1所示；
步驟g：乾燥，通過壓濾蒸餾的釜底物進行固液分離，將清液濃縮，烘乾濾渣，混合後製得酒精糟，將酒精糟進行成分分析，結果如表1所示；
其中，在步驟b和e中分別加入4.5kg/t原料的蒙脫石(粒徑在45μm以下)。
實施例4
按照實施例1的方法生產酒精，不同的是，加入的蒙脫石的量為0.5kg/t原料，結果如表1所示。
實施例5
按照實施例1的方法生產酒精，不同的是，加入的蒙脫石的量為180kg/t原料，結果如表1所示。
實施例6
按照實施例1的方法生產酒精，不同的是，在步驟g中加入蒙脫石，結果如表1所示。
實施例7
按照實施例1的方法生產酒精，不同的是，在步驟a中加入蒙脫石，結果如表1所示。
對比例1
按照實施例1的方法生產酒精，不同的是，不加入蒙脫石，結果如表1所示。
對比例2
按照實施例1的方法生產酒精，不同的是，加入的蒙脫石的粒徑在45-60μm範圍內，結果如表1所示。
表1
註：ppb表示重量濃度，1ppb＝1ng/g。
通過表1的結果可以看出，採用本發明的方法可以有效脫除生產酒精過程中的黃麴黴毒素，且不會大幅度影響酒精的產量。比較實施例1與實施例4-7可以看出，按照優選的方式添加蒙脫石具有明顯更好的脫毒效果。
以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於此。在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，包括各個技術特徵以任何其它的合適方式進行組合，這些簡單變型和組合同樣應當視為本發明所公開的內容，均屬於本發明的保護範圍。