糖化酶在酒精发酵中的生产应用

闫伟松

摘  要：通过对比两种生产用糖化酶，隆科特糖化酶优于诺维信糖化酶，以木薯为原料发酵成熟醪的残总糖比降低0.27%;以水稻为原料发酵成熟醪的残总糖降低0.15%。通过以上对统计的数据表明，以木薯为原料发酵成熟醪中残淀粉含量比降低0.205%;以水稻为原料发酵成熟醪残淀粉含量降低0.2%。成功筛选更加便宜的隆科特糖化酶，年可降低生产成本50万元左右。

关键词：水稻木薯糖化酶;原料多元化;燃料乙醇

中图分类号：TS261.2         文献识别码：A

燃料乙醇是一种可再生的生物能源，相对于化石能源燃料不会释放二氧化碳到环境中。目前由于国际油价的断崖式下跌，产业面临着生产成本偏高的问题。如何提高燃料乙醇的生产效率，降低生产成本，提高乙醇得率成为了新的发展方向。糖化酶又称葡萄糖淀粉酶，学名为α-1，4-葡萄糖水解酶。它能把淀粉从非还原性末端水解α-1，4葡萄糖苷键产生葡萄糖，也能缓慢水解α-1，6葡萄糖苷键，转化为葡萄糖。同时也能水解糊精和糖原的非还原末端，释放β-D-葡萄糖。因发酵工业中大量用作淀粉糖化剂，习惯上简称糖化酶，它能水解淀粉、糊精、糖原等碳水化合物非还原末端的a-l，4葡荀糖苷键，产生葡萄糖。糖化酶在乙醇生产中的是其重要应用之一。大量高淀粉含量的底物，如木薯、水稻等被应用于乙醇生产。优化发酵工艺，缩短发酵生产周期，降低糖化酶的使用成本，对发酵酒精的工业生产具有十分重要的意义。

1糖化酶概述

糖化酶学名a-1，4葡萄糖水解酶，是淀粉分解酶的一个分支。主要作用是水解糊精及多糖中的a-1，4与a-1，6键，转化为葡萄糖。我国糖化酶生产主要是从黑曲霉、米曲霉、根霉等丝状真菌中获得，其中黑曲霉分泌的糖化酶热稳定性和耐热性相对较高。糖化酶的一个酶活力单位是指1ml液体酶于40℃、pH=4.6的条件下，1小时分解可溶性淀粉产生1mg葡萄糖，单位以u/ml。主要利用糖化酶分解α-1，4葡萄糖苷键生成葡萄糖，而葡萄糖分子中含有醛基，能被次碘酸钠氧化，过量的次碘酸钠，酸化后析出碘，再用硫代硫酸钠标准溶液滴定，计算出酶活力。在淀粉质原料酒精生产过程中，原料分解主要分为三个过程，即糊化、液化、糖化。淀粉通过蒸煮后，逐步从颗粒状态的淀粉变成溶解状态的糊精，该糊精不能被酵母菌直接利用，必须添加糖化酶，把淀粉、糊精转化为可发酵性糖，才能被酵母发酵成酒精。

2材料及方法

2.1材料与试剂

木薯原料：66.23%淀粉含量;玉米原料：64.99%淀粉含量。某公司三种糖化酶均由黑曲霉优良菌种经深层发酵精制提炼而成，棕褐色液体，最适pH值范围4.2-4.6。安琪超级酿酒高活性酵母;98%浓硫酸;氨水，盐酸。50%液碱;尿素;杰能科淀粉酶。

2.2分析仪器及生产装置

试验分析仪器：S40酸度计、AL204电子天平、戴安U3000高效液相色谱、CX21-310数码显微镜。生产装置：3440m3发酵罐及配套换热器。

2.3检测方法

酸度、挥发酸检测：采用酸碱中和滴定法;酵母数、出芽率检测：采用血球计数法;还原糖、总糖、过滤总糖检测：采用菲林试剂直接滴定法;酒份检测：圆底烧瓶蒸馏法;麦芽三糖、麦芽糖含量：采用高效液相色谱法检测;残糊精：（过滤总糖-还原糖）*0.9计算。

2.4试验方法

在3440m3发酵罐采用同步糖化间歇发酵工艺，在相同工艺操作及运行设备，均按180u/g原料相同的添加量，同种糖化酶连续10-15批次。对比三种酶活糖化酶成熟醪发酵指标及生产成本进行对比分析。

3试验结果与分析

3.1不同酶活糖化酶对木薯原料的影响

在木薯原料中糖化酶A的水解糊精及多糖的能力明显高于更高酶活的糖化酶。由图1可知，连续15个发酵罐残糊精的稳定性分析，残糊精指标在0.4-0.7g/100ml之间波动，高酶活糖化酶波动较大，最高值与最低值相差44%，低酶活糖化酶稳定性更佳。糖化酶A的发酵酒份高出另外两组近1%（v/v），并且残糖、还原糖指标更低。木薯酒精发酵在现有运行装置中，糖化酶A更加竞争优势。

3.2不同酶活糖化酶对玉米原料的影响

在玉米原料中多糖的水解呈酶活越高分解能力越差的趋势，15万酶活的糖化酶水解糊精能力明显优于高酶活的糖化酶。由图2可知，从连续15个发酵罐残糊精指标波动分析，残糊精指标在0.3-0.9g/100ml之间波动，高酶活糖化酶波动更较大，最高值与最低值相差近66%，低酶活糖化酶稳定性更佳。应用糖化酶A进行连续生产，酒份高于另两组0.4%（v/v）以上的酒份，残糖相对低0.2g/100ml以上。玉米酒精发酵在现有运行装置中，糖化酶A更加竞争优势。

3.3不同酶活成本对比

糖化酶酶活越高，吨酒成本越低。若使用30万酶活单位，相对15万酶活糖化酶木薯辅料成本减少约2.41元/t酒，玉米辅料成本降低5.02元/t酒。在成本上，高酶活力的糖化酶优势更明显。

4成本分析及结论

从发酵指标分析，现有运行装置中木薯、玉米两种原料均为15万酶活糖化效果更具优势，相对高酶活糖化酶可降低约0.2g/100ml残糖。3440m3发酵罐，按75%发酵液位，成熟醪酒份13.0%（v/v）计算，可產出约265吨燃料乙醇，若木薯原料使用糖化酶A相对糖化酶C，残糖降低约0.2g/100ml，可多产约2.6吨酒精，相当于出酒率提高约0.46%，较27.69元/吨酒的高酶活糖化酶成本更具优势。通过上述分析，总体经济效益以15万酶活糖化酶更具优势。

参考文献

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