專利名稱：：一種甘薯渣制糖方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及生物領(lǐng)域，具體涉及以供微生物發(fā)酵用的生物質(zhì)甘薯渣為糖源的制糖方法。
背景技術(shù)：
：甘薯是我國重要的糧食作物之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國甘薯種植與加工均居世界第一，總產(chǎn)量達(dá)8520萬噸，其中55%約4686萬噸轉(zhuǎn)成工業(yè)原料。甘薯渣是鮮甘薯加工淀粉過程中產(chǎn)生的大量副產(chǎn)物或作為廢棄物的堆積，約占原料的10%左右，巨大的生物質(zhì)再生資源未能有效利用，且嚴(yán)重污染環(huán)境。鮮甘薯一般含干物質(zhì)30%，水分70%。甘薯加工產(chǎn)生大量的含細(xì)胞液廢水即為甘薯淀粉廢水，有各種營(yíng)養(yǎng)有機(jī)物，如可溶性的碳水化合物、蛋白質(zhì)、維生素和微量元素。對(duì)甘薯淀粉加工的薯渣進(jìn)行分析，主要化學(xué)成分為水分、淀粉、粗蛋白、纖維、脂肪等。用甘薯加工生產(chǎn)淀粉、粉條、方便面粉絲等食品產(chǎn)出廢甘薯渣約占原料10%左右，剛下生產(chǎn)線時(shí)鮮甘薯渣通常含細(xì)胞液廢水90%左右，數(shù)量巨大的濕甘薯渣堆積，未能有效的開發(fā)利用，且由于薯渣纖維高持水力和溶脹性，有糖、氮多種營(yíng)養(yǎng)成分的新薯渣，含水90%以上，其廢水化學(xué)耗氧量COD>15000mg/L，存放又易受雜菌發(fā)酵而酸敗，嚴(yán)重污染環(huán)境，造成生物質(zhì)再生資源的巨大浪費(fèi)。近年來甘薯渣開發(fā)熱點(diǎn)是用酸法、酶法、篩法去掉甘薯渣大部分的淀粉、蛋白和脂肪，提取膳食纖維和果膠、制成產(chǎn)品，但產(chǎn)品市場(chǎng)需求不旺，尚未形成大型產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。甘薯渣折干計(jì)，一般含淀粉50%以上，纖維22沈％，纖維主要構(gòu)成成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和果膠等，是數(shù)以千計(jì)葡萄糖糖基致密結(jié)構(gòu)的碳水化合物，難以為市售的康氏木霉分泌的纖維素酶所降解；甘薯經(jīng)銼磨機(jī)細(xì)碎和篩理設(shè)備產(chǎn)生的淀粉分離出來，薯渣中殘留淀粉經(jīng)α-淀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(zhuǎn)化為葡萄糖的方法、開辟新糖源并實(shí)行產(chǎn)業(yè)化是當(dāng)前開展生物質(zhì)甘薯渣廢棄資源綜合利用的一項(xiàng)重要任務(wù)，具有節(jié)糧、顯著的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的提供一種利用甘薯渣制糖的方法，該方法能夠大幅提高甘薯渣中糖的轉(zhuǎn)化率。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種利用甘薯渣制糖的方法，包含以下步驟步驟1將干燥的干薯渣粉碎后與甘薯淀粉廢水混合或用濕渣，調(diào)ρΗ值為5.58.0；步驟2步驟1所得混合料液加耐高溫α-淀粉酶在90105°C保溫至I2液測(cè)試混合料液變紅；調(diào)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(jiān)測(cè)還原糖濃度不再升高，進(jìn)行滅酶處理；步驟3對(duì)料液進(jìn)行固液分離，液體濃縮即得葡萄糖。本發(fā)明增加纖維素酶、糖化酶、酸性蛋白酶和耐高溫α-淀粉酶的協(xié)同酶解作用，破壞薯渣纖維素晶體，使結(jié)構(gòu)疏松的半纖維素和果膠易于酶解，有效地提高了薯渣多糖降解的轉(zhuǎn)化率，中試20t罐水解率可達(dá)到110%以上。作為優(yōu)選，步驟1所述粉碎為過30300目篩。作為優(yōu)選，步驟1所述混合為按料液質(zhì)量比136混合。作為優(yōu)選，步驟1用NaOH、Na2CO3^Ca(OH)2等堿性物質(zhì)調(diào)pH值。作為優(yōu)選，步驟2每克料加1220U耐高溫α-淀粉酶。作為優(yōu)選，步驟2每克料加100300U糖化酶。作為優(yōu)選，步驟2每克料加100500U纖維素酶。作為優(yōu)選，步驟2每克料加1015U酸性蛋白酶。作為優(yōu)選，步驟2用HC1、H2S04、乙酸等酸性物質(zhì)調(diào)pH值。作為優(yōu)選，步驟2所述滅酶處理為110120°C，30min。作為優(yōu)選，步驟2所述檢測(cè)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(fā)明人系統(tǒng)地用α-淀粉酶和糖化酶水解甘薯渣進(jìn)行制糖實(shí)驗(yàn)，相對(duì)于甘薯渣中淀粉含量而言，在優(yōu)化的酶解條件下轉(zhuǎn)化為還原糖質(zhì)量比率不到90%，離淀粉酶法水解理論值相差20%多，DE值偏低；對(duì)薯渣干物質(zhì)水解的轉(zhuǎn)化率不到50%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，“甘薯渣淀粉”不同于經(jīng)過銼磨機(jī)、篩理設(shè)備粉碎及水洗出來的“甘薯淀粉”，薯渣中淀粉與纖維素緊密結(jié)合，用傳統(tǒng)的淀粉雙酶法水解工藝達(dá)不到完全水解的目的。采用本發(fā)明所述方法，用國產(chǎn)市售的淀粉酶、糖化酶、酸性蛋白酶和纖維素酶對(duì)甘薯渣酶法制糖，以不同的料液比進(jìn)行比較，淀粉對(duì)糖轉(zhuǎn)化率94.7%(均值)，甘薯渣干物質(zhì)對(duì)糖轉(zhuǎn)化率達(dá)50%，較傳統(tǒng)雙酶法的轉(zhuǎn)化率有較大的提高。甘薯渣中含淀粉50%(干基)以上，結(jié)構(gòu)疏松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(zhuǎn)化為糖，樣品經(jīng)Dionex公司的HPAEC分析，選取PAlO分析柱，以18mM的NaOH為緩沖液，流速lml/min,每個(gè)樣收集時(shí)間為40min，鑒定基本為葡萄糖，是微生物發(fā)酵用的優(yōu)質(zhì)糖料，可用于工業(yè)發(fā)酵行業(yè)。甘薯渣含淀粉均值50%(干基)，由淀粉酶、糖化酶水解，產(chǎn)生糊精、麥芽糖和葡萄糖。淀粉的酶法水解具有比酸法水解的轉(zhuǎn)化率高、專一性強(qiáng)即純度高、成本低和易操作等優(yōu)點(diǎn)ο甘薯渣化學(xué)成分以淀粉為多，加工機(jī)械化程度低的甘薯渣淀粉含量竟有高達(dá)65%(干基)以上的，所以本專利引入酶法糖漿中“淀粉”水解程度DE值，是體現(xiàn)甘薯渣酶法制液糖的水解程度的一個(gè)重要方面。本發(fā)明的酶水解轉(zhuǎn)化率是指對(duì)薯渣經(jīng)酶法水解釋放出的還原糖總量(按葡萄糖計(jì))占試料薯渣干物質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，表明薯渣中各種多糖(淀粉及果膠、半纖維素和纖維素等)水解的程度，與淀粉糖漿生產(chǎn)中“淀粉”水解程度DE值的含義不盡相同。本發(fā)明提供的甘薯渣用水解酶制液糖的方法，發(fā)明人將調(diào)漿用水改為甘薯廢細(xì)胞液，并引入蛋白酶，破壞甘薯中糖蛋白結(jié)構(gòu)，使之水解為鼠李糖、麥芽糖和葡萄糖，提高總還原糖轉(zhuǎn)化率。且該方法工藝及工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、專一性強(qiáng)、品質(zhì)單純、成本較低，能解決甘薯渣嚴(yán)重污染環(huán)境問題，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開了一種甘薯渣制糖方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以借鑒本文內(nèi)容，適當(dāng)改進(jìn)工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動(dòng)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發(fā)明。本發(fā)明的方法及應(yīng)用已經(jīng)通過較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，相關(guān)人員明顯能在不脫離本
發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對(duì)本文所述的方法和應(yīng)用進(jìn)行改動(dòng)或適當(dāng)變更與組合，來實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施例1山西某公司生產(chǎn)的甘薯渣(水分13.85%、淀粉含量52.09%)，粉碎至60目，稱取5.0kg，在30L酶解罐中，加甘薯淀粉廢水20kg調(diào)漿(料液比14)，用10%NaOH調(diào)pH6.5，加耐高溫α-淀粉酶(Thermostableα-amylase)按每克料加酶20U，漿液升溫95°C，保溫45分鐘，用I2液測(cè)試變紅，液化結(jié)束。漿液降溫至5860°C，用10%HCl調(diào)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(jī)進(jìn)行固液分離得離心液；并對(duì)離心渣用水洗滌，離心得一次洗渣液，兩者合并用費(fèi)林試劑熱滴定法檢測(cè)與計(jì)算還原糖總量，還原糖檢測(cè)方法為“費(fèi)林試劑熱滴定法”，其參考文獻(xiàn)是黑龍江大學(xué)合編《工業(yè)發(fā)酵分析(高等學(xué)校教材)》，糖化醪中還原糖、總糖的測(cè)定(P11.12)，中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5009.7-2008。對(duì)絕干甘薯渣的轉(zhuǎn)化率為50.17%。相對(duì)于薯渣中“淀粉”的轉(zhuǎn)化率概算為95%。甘薯渣淀粉含量計(jì)算按“中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5514-2008”糧油檢驗(yàn)糧食油料中淀粉含量測(cè)定，方法如下定量稱取已測(cè)“淀粉”含量的甘薯渣，水解后的糖化醪離心，洗滌離心，測(cè)計(jì)清液還原糖總量，按下式計(jì)算轉(zhuǎn)化率淀粉對(duì)糖化醪的轉(zhuǎn)化率(％)=還原糖總量(折干)+淀粉總量(折干)X100甘薯渣質(zhì)量(折干)對(duì)糖的轉(zhuǎn)化率(％)=清液還原糖總量(折干)+甘薯渣質(zhì)量(折干)X100DE值％=清液還原糖總量(折干)+清液固含(折干)X100液糖產(chǎn)品經(jīng)Dionex公司的HPAEC分析，選取PAlO分析柱，以18mM的NaOH為緩沖液，流速lml/min，每個(gè)樣收集時(shí)間為40min，鑒定基本為葡萄糖。實(shí)施例2山西某公司生產(chǎn)的甘薯渣(水分13.85%、淀粉含量52.09%)，粉碎至60目，稱取5.0kg，在30L酶解罐中，加甘薯淀粉廢水22.5kg調(diào)漿(料液比14.5)，用碳酸氫鈉調(diào)pH5.5，加耐高溫α-淀粉酶(Thermostableα-amylase)按每克料加酶20U，漿液升溫950C，保溫45分鐘，用I2液測(cè)試變紅，液化結(jié)束。漿液降溫至5860°C，用乙酸1調(diào)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(jī)進(jìn)行固液分離得離心液；并對(duì)離心渣用水洗滌，離心得一次洗渣液，兩者合并檢測(cè)與計(jì)算還原糖總量，對(duì)絕干薯渣的轉(zhuǎn)化率為48.72%，相對(duì)于薯渣中“淀粉”的轉(zhuǎn)化率為94.20%。實(shí)施例3山西某公司生產(chǎn)的甘薯渣(水分13.85%、淀粉含量52.09%)，粉碎至60目，稱取5.0kg，在30L酶解罐中，加甘薯淀粉廢水25kg調(diào)漿(料液比15)，用10^NaOiHjlPH8.0，加耐高溫α-淀粉酶(Thermostableα-amylase)按每克料加酶15U，漿液升溫95°C,保溫45分鐘，用I2液測(cè)試變紅，液化結(jié)束。漿液降溫至5860°C，用10%HCl調(diào)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(jī)進(jìn)行固液分離得離心液；并對(duì)離心渣用水洗滌，離心得一次洗渣液，兩者合并檢測(cè)與計(jì)算還原糖總量，對(duì)絕干薯渣的轉(zhuǎn)化率為47.5%，相對(duì)于薯渣中“淀粉”的轉(zhuǎn)化率為93.50%。實(shí)施例4山東某公司生產(chǎn)的甘薯渣(水分12.5%、淀粉含量55.29%)，粉碎至60目，稱取5.0kg，在30L酶解罐中，加甘薯淀粉廢水22kg調(diào)漿(料液比18)，用10%NaOH調(diào)PH7.5，加耐中溫淀粉酶按每克料加酶18U，漿液升溫85°C保溫用I2液測(cè)試變紅，液化結(jié)束。漿液降溫至5860°C，用硫酸調(diào)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(jī)進(jìn)行固液分離得離心液；并對(duì)離心渣用水洗滌，離心得一次洗渣液，兩者合并檢測(cè)與計(jì)算還原糖總量，對(duì)絕干薯渣的轉(zhuǎn)化率為49.1%，相對(duì)于薯渣中“淀粉”的轉(zhuǎn)化率為96.5%。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求1.一種利用甘薯渣制糖的方法，其特征在于，包含以下步驟步驟1將干燥的甘薯渣粉碎后與甘薯淀粉廢水混合或用濕渣，調(diào)pH值為5.58.0；步驟2步驟1所得混合料液加耐高溫淀粉酶在90105°C或中溫淀粉酶在60-90°C保溫至I2液測(cè)試混合料液變紅；調(diào)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(cè)還原糖濃度不再升高，進(jìn)行滅酶處理；步驟3對(duì)料液進(jìn)行固液分離，液體濃縮即得液糖產(chǎn)品，其成分基本為葡萄糖。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1所述粉碎為過30300目篩。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1所述混合為按料液質(zhì)量比128混合。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1用NaOH、Na2CO3或Ca(OH)2調(diào)pH值。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2每克料加1220U耐高溫α-淀粉酶或中溫淀粉酶。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2每克料加100300U糖化酶。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2每克料加100500U纖維素酶。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2每克料加1015U酸性蛋白酶。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2用HCl、H2SO4或乙酸調(diào)pH值。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2所述滅酶處理為110120°C，30mino11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2所述檢測(cè)為712%，DE值95%。全文摘要本發(fā)明涉及生物領(lǐng)域，具體涉及了以供微生物發(fā)酵用的生物質(zhì)甘薯渣為糖源的制糖方法。該方法為將甘薯渣粉或濕渣，調(diào)pH為5.5～8.0，加α-淀粉酶保溫；調(diào)PH為3.0～5.5，加糖化酶、酸性蛋白酶和纖維素酶在40～65℃保溫后進(jìn)行滅酶處理；對(duì)料液進(jìn)行固液分離，液體濃縮即得液糖產(chǎn)品，其成分基本為葡萄糖。本發(fā)明所述方法工藝簡(jiǎn)單，專一性強(qiáng)，所得產(chǎn)品品質(zhì)好，收率高，能解決甘薯渣嚴(yán)重污染環(huán)境問題，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。文檔編號(hào)C12P19/20GK102559811SQ20121006885公開日2012年7月11日申請(qǐng)日期2012年3月15日優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日發(fā)明者嚴(yán)共鴻,吳允山,寇正恩,易勇申請(qǐng)人:吳允山