優(yōu)化甘薯渣同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)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(yīng)用到食品加工行業(yè)中。其中，淀粉生產(chǎn)占絕大部分，淀粉生產(chǎn)產(chǎn)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(yè)污染。同時，還能提高淀粉加工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，可謂一舉兩得。

1 同步糖化發(fā)酵工藝

傳統(tǒng)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(shè)備投資，使得傳統(tǒng)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(yè)，人們普遍采用同步糖化發(fā)酵的工藝制備酒精，該工藝將水解和酒精發(fā)酵的過程放在同一個發(fā)酵罐中進(jìn)行，能夠直接制備酒精，從而簡化了生產(chǎn)流程，減少了生產(chǎn)的總時間，提高了酒精制備的經(jīng)濟(jì)效益。

2 甘薯渣同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)酒精的優(yōu)化工藝

盡管同步糖化發(fā)酵工藝相比于傳統(tǒng)的分布發(fā)酵工藝已經(jīng)大大提高了制備酒精的效率，但是相關(guān)研究人員依然沒有放棄通過控制反應(yīng)條件來實現(xiàn)同步糖化發(fā)酵工藝的進(jìn)一步優(yōu)化，希望能夠得到濃度更大、產(chǎn)率更高的酒精。生產(chǎn)工藝的優(yōu)化需要建立在大量試驗的基礎(chǔ)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(huán)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(shù)字表示各組分質(zhì)量占總質(zhì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)蒸發(fā)器、粉碎機(jī)、離心機(jī)、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(fā)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(diào)節(jié)pH值后，加入糖化酶、活化后的酵母，放入培養(yǎng)箱內(nèi)發(fā)酵。

（2）同步糖化發(fā)酵工藝的分析方法。同步糖化發(fā)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(fù)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(fā)酵完成的醪液置入錐形瓶內(nèi)，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(yīng)并冷卻，用質(zhì)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(xiàn)棕紅色，棕紅色的深度與還原糖數(shù)量有關(guān)，因此可以使用分光光度計測定棕紅色物質(zhì)的光密度值，從而進(jìn)一步確定還原糖的數(shù)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(biāo)準(zhǔn)溫度下的酒精濃度，以便于對比分析。

2.3 結(jié)果與分析

（1）影響同步糖化發(fā)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(fā)酵溫度與實踐、pH值均會對酒精濃度產(chǎn)生影響。其中，α淀粉酶、糖化酶液化時間、液化溫度、pH值、發(fā)酵溫度與酒精濃度的關(guān)系呈倒“V”關(guān)系，在一定范圍內(nèi)，酒精濃度隨著各量的增加而增加，超過某一臨界值后，繼續(xù)增加酒精濃度則會減少；在某一濃度范圍內(nèi)，隨著發(fā)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(yīng)面分析法優(yōu)化發(fā)酵工藝。響應(yīng)面分析法能夠在多因素系統(tǒng)中篩選出對結(jié)果影響最大的因素。在同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)酒精的試驗中，通過建立模型對9個影響因素進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)糖化酶用量、發(fā)酵溫度、接種量是影響酒精濃度的3個主要因素。在此基礎(chǔ)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(fā)酵溫度35 ℃作為響應(yīng)面試驗的中心點，在探討了各參數(shù)相互作用的基礎(chǔ)上，得到了同步糖化發(fā)酵工藝的最佳參數(shù)如表2所示。

表2 同步糖化發(fā)酵工藝最佳參數(shù)表

3 結(jié)語

在同步糖化發(fā)酵試驗的基礎(chǔ)上，建立數(shù)學(xué)模型對9個影響因素進(jìn)行分析，得到影響酒精濃度的3個主要因素，并利用響應(yīng)面優(yōu)化與分析的方法，最終確定優(yōu)化的同步糖化發(fā)酵工藝的各個參數(shù)，從而達(dá)到提高酒精產(chǎn)量和效率的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]王 賢.甘薯渣發(fā)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(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.