優化甘薯渣同步糖化發酵生產酒精工藝

◎ 李立平，陳文秀，吳冬志，吳偉偉

（吉林燃料乙醇有限公司，吉林 吉林 132101）

在我國，15%左右的甘薯被直接食用，另有45%的甘薯被應用到食品加工行業中。其中，淀粉生產占絕大部分，淀粉生產產生的甘薯渣中含有大量的淀粉和膳食纖維，可以用來制備酒精，從而減少行業污染。同時，還能提高淀粉加工企業的經濟效益，可謂一舉兩得。

1 同步糖化發酵工藝

傳統的酒精制備工藝中包含原材料的蒸煮和酒精的回收，這兩個步驟需要耗費大量的人工成本和設備投資，使得傳統的酒精制備方式成本較高，并不適用于甘薯廢渣的利用。目前，在淀粉行業，人們普遍采用同步糖化發酵的工藝制備酒精，該工藝將水解和酒精發酵的過程放在同一個發酵罐中進行，能夠直接制備酒精，從而簡化了生產流程，減少了生產的總時間，提高了酒精制備的經濟效益。

2 甘薯渣同步糖化發酵生產酒精的優化工藝

盡管同步糖化發酵工藝相比于傳統的分布發酵工藝已經大大提高了制備酒精的效率，但是相關研究人員依然沒有放棄通過控制反應條件來實現同步糖化發酵工藝的進一步優化，希望能夠得到濃度更大、產率更高的酒精。生產工藝的優化需要建立在大量試驗的基礎上，下面將介紹試驗的主要材料和方法步驟。

2.1 試驗材料

甘薯渣選擇某地淀粉廠加工后殘留的甘薯渣，在50 ℃恒溫下干燥，粉碎過篩，并在避光干燥環境中保存。測定甘薯渣中的基本成分如表1所示。

表1 甘薯渣基本成本表

表1中的數字表示各組分質量占總質量的百分比，平均值±偏差。

除甘薯渣外，試驗中還需使用干酵母、耐高溫α淀粉酶、高轉化率糖化酶等制備酒精的催化物，以及用來檢測淀粉含量的試劑及試劑盒。試驗儀器包括旋轉蒸發器、粉碎機、離心機、干燥箱、溫度計、酒精計和電子天平等。

2.2 試驗方法及流程

（1）同步糖化發酵工藝流程。稱取干燥后的甘薯渣100 g，與250 g 60 ℃水混合配成高濃度醪液，在醪液中加入適量α淀粉酶，恒溫水浴液化，液化后冷卻至30 ℃。加入硫酸銨調節pH值后，加入糖化酶、活化后的酵母，放入培養箱內發酵。

（2）同步糖化發酵工藝的分析方法。同步糖化發酵工藝中包括的主要分析方法如下。①干酵母的活化。在無菌容器中放入一定量的干酵母和36 ℃左右2%的糖水，15 min后降溫至30 ℃并靜置1.0～1.5 h，使干酵母吸收水分，恢復原狀。②還原糖的測定。還原糖的測定使用DNS比色法，將10 g發酵完成的醪液置入錐形瓶內，加入濃度為1 mol的鹽酸溶液10 mL，混合均勻后100 ℃水浴，并在瓶口安裝回流管，1 h后停止反應并冷卻，用質量濃度為100 g/L的氫氧化鈉溶液中和，過濾后加入DNS試劑，混合溶液呈現棕紅色，棕紅色的深度與還原糖數量有關，因此可以使用分光光度計測定棕紅色物質的光密度值，從而進一步確定還原糖的數量。③酒精濃度的測定。取100 mL醪液置入500 mL容量蒸餾瓶中，隨后加入100 mL蒸餾水，蒸餾得到100 mL溶液，用酒精計測量溶液中的酒精濃度，并換算成標準溫度下的酒精濃度，以便于對比分析。

2.3 結果與分析

（1）影響同步糖化發酵工藝的單因素分析。試驗中，α淀粉酶及糖化酶的用量、液化時間及溫度、接種量及硫酸銨用量、發酵溫度與實踐、pH值均會對酒精濃度產生影響。其中，α淀粉酶、糖化酶液化時間、液化溫度、pH值、發酵溫度與酒精濃度的關系呈倒“V”關系，在一定范圍內，酒精濃度隨著各量的增加而增加，超過某一臨界值后，繼續增加酒精濃度則會減少；在某一濃度范圍內，隨著發酵時間、接種量和硫酸銨濃度的增加，酒精濃度會有明顯增加，但是超過該濃度范圍后，酒精濃度的增加將變得緩慢。

（2）響應面分析法優化發酵工藝。響應面分析法能夠在多因素系統中篩選出對結果影響最大的因素。在同步糖化發酵生產酒精的試驗中，通過建立模型對9個影響因素進行分析，發現糖化酶用量、發酵溫度、接種量是影響酒精濃度的3個主要因素。在此基礎上，借助最陡爬坡試驗確定顯著因素的合適范圍，以糖化酶用量140 IU/g，接種量0.3%，發酵溫度35 ℃作為響應面試驗的中心點，在探討了各參數相互作用的基礎上，得到了同步糖化發酵工藝的最佳參數如表2所示。

表2 同步糖化發酵工藝最佳參數表

3 結語

在同步糖化發酵試驗的基礎上，建立數學模型對9個影響因素進行分析，得到影響酒精濃度的3個主要因素，并利用響應面優化與分析的方法，最終確定優化的同步糖化發酵工藝的各個參數，從而達到提高酒精產量和效率的目的。

參考文獻：

[1]王 賢.甘薯渣發酵制備酒精及其醪液中膳食纖維的物化特性研究[D].烏魯木齊：新疆農業大學，2011.