專利名稱：一種以紅薯為原料的高濃度酒精的生產方法
技術領域：
本發明涉及一種以紅薯為原料的高濃度酒精的生產方法，屬于發酵工程技術領域。
背景技術：
由于在減少溫室氣體排放、改善空氣質量方面的潛力，以及在改善能源結構和保證能源安全方面的作用，燃料乙醇的生產受到了世界范圍的廣泛關注。以甘薯為原料生產燃料乙醇，不僅可以避免“與人爭糧”，還可以提高農民收入，是一種可以用來大規模生產燃料乙醇的原料。采用鮮甘薯進行燃料乙醇生產具有成本低、用水量少等優點。采用鮮紅薯進行酒精發酵時，料液粘度較高，使酶與底物的接觸困難，并影響了酒精發酵過程中的其它傳質過程，造成發酵時間長、原料利用率低，以及很難實現高濃度酒精發酵等后果。目前用于解決鮮甘薯發酵醪液粘度高的問題時，主要采用的方法包括，加水稀釋法、酶法和6tlCo-Y射線輻照法等。其中，加水稀釋法會導致發酵醪中糖濃度降低，進而使最終的酒精濃度降低，增加了蒸餾工序中的能耗，以及噸酒精的廢水生成量，給污水處理增加了難度；酶處理法通常只依賴酶的作用，無法起到良好的降粘作用；6°Co-Y射線源較難獲得，難以工業化應用。
發明內容
本發明的目的在于克服以上不足之處，提供一種以紅薯為原料的高濃度酒精的生
產方法。本發明技術方案如下I)將紅薯粉碎添后加入適量水，調節pH至4. 5-6. 5，添加果膠酶和/或纖維素酶；2)膠體磨對酶解后的原料進一步粉碎獲得粉漿，加液化酶升溫至90_105°C，作用30_90min ；3)料液冷卻至50_70°C，調節料液pH至3. 4-5. 5，添加糖化酶進行糖化；4)糖化結束后，接入擴培酒精酵母，進行酒精發酵。步驟I)中紅薯粉碎后料水比為5 :3到1:0。步驟I)中果膠酶的添加范圍為0_40u/g干料。步驟I)中纖維素酶的添加范圍為0-3G⑶/g干料。步驟I)中酶促反應作用溫度為40_60°C，作用時間范圍為3_5h。步驟2)中粉漿的pH范圍為6. 0-6. 4，液化酶添加量為O. 09-0. 15KNU/g淀粉。
所述的液化酶為一種具有熱穩定性的α —淀粉酶，標準酶活力為90KNU/g，酶活定義是指在37°C，pH5. 6時，每小時水解5. 26g淀粉的酶量。步驟3)中糖化酶的添加量為O. 5-1A⑶/g鮮料。所述的糖化酶標準酶活力為500AGU/ml，酶活定義是指在25°C，pH4. 3標準條件下，每分鐘水解Imol麥芽糖所需的酶量。
步驟3)中除糖化酶外，還可以添加纖維素酶、蛋白酶、果膠酶及普魯蘭酶中的任一一種、上述物質兩兩組合、上述物質三三組合和上述物質全部。上述各種酶的添加量分別為纖維素酶0_3GCU/g干料，所述的纖維素酶標準酶活力為82GCU/g，酶活定義為50°C下每毫升酶制劑培養液中60min內釋放葡萄糖的單位量。蛋白酶0-20u/g干料，果膠酶0_40u/g干料，
普魯蘭酶0_40ASPU/g干料。所述的普魯蘭酶標準酶活力為1000ASPU/g，酶活定義為在特定測試條件下，PH4. 5，溫度60°C，從普魯蘭底物每分鐘釋放相當于葡萄糖的一個還原當量所需的酶量。步驟4)中擴培酒精酵母接入量為醪液8%_12%。步驟4)中發酵溫度為28°C -32°C，發酵時間為24_60h。本發明所述酶促反應條件與酶學性質有關，本領域技術人員有能力根據酶的特點，設計酶促反應條件，例如，反應時間、反應溫度、PH值以及酶的添加量等指標。本發明具有如下優點I)工藝簡單，從在發酵醪制備過程中通過添加一些所需酶類即可實現對發酵液粘度的有效降低；2)縮短了酒精發酵時間；3)提聞原料利用率；4)降低酒精生產成本的目的；5)得到的終產物酒精濃度高。
具體實施例方式實施例1 (對照)(I)取鮮紅薯100g，進行粗粉碎，加水60mL ；(2)調節粉漿pH至6. 0，按0. 12KNU/g淀粉的比例添加液化酶，升溫至95°C作用60min ；(3)待料液溫度降至60°C時，調節料液pH至4. 0，按0. 75AGU/g鮮料的比例添加糖化酶，糖化30min ；(4)糖化結束后，待料液溫度降至30°C，添加8. 0%的擴培酒精酵母進行酒精發酵。發酵時間為60小時，終酒精濃度為11. 07% (v/v)，原料利用率為85%。實施例2 (I)取鮮紅薯100g，進行粗粉碎；(2)加水60mL，并調節料液pH為4. 5，添加果膠酶20u/g干料和纖維素酶1. 5GCU/g干料，于50°C條件下，保溫3h ；(3)利用膠體磨進行粉碎；(4)調節粉漿pH至6. 0，按0. 15KNU/g淀粉的比例添加液化酶，升溫至90°C作用90min ；
(5)待料液溫度降至50°C時，調節料液pH至3. 4，按lAGU/g鮮料的比例添加糖化酶，以及纖維素酶3G⑶/g干料，蛋白酶20u/g干料，果膠酶40u/g干料，和普魯蘭酶40ASPU/g干料，糖化90min ；(6)糖化結束后，待料液溫度降至28°C，添加8. 0%的擴培酒精酵母進行酒精發酵。發酵時間為48h，終酒精濃度為12. 11%(ν/ν)，原料利用率為90%。與對照相比，發酵時間縮短12小時，終酒精濃度提高1. 04度，原料利用率提高5個百分點。實施例3( I)取鮮紅薯100g，進行粗粉碎；(2)加水60mL，調節料液pH為6. 5，按每克干料40u的比例添加果膠酶，于50°C條件下，保溫3h ； (3)利用膠體磨進行粉碎；(4)調節粉漿pH至6. 4，按O. 09KNU/g淀粉的比例添加液化酶，升溫至100°C作用30min ；(5)待料液溫度降至60°C時，調節料液pH至5. 5，按O. 5AGU/g鮮料的比例添加糖化酶，以及蛋白酶20u/g干料，普魯蘭酶40ASPU/g干料，糖化60min ；(6)糖化結束后，待料液溫度降至32°C，添加10. 0%的擴培酒精酵母進行酒精發酵。發酵時間為48h，終酒精濃度為11. 49%(v/v)，原料利用率為88%。與對照相比，與對照相比，發酵時間縮短12小時，終酒精濃度提高O. 42度，原料利用率提高3個百分點。實施例4( I)取鮮紅薯100g，進行粗粉碎；(2)加水60mL，并調節料液pH為6. 5，按3GCU/g干料添加纖維素酶，于60°C條件下，保溫Ih ；(3)利用膠體磨進行粉碎；(4)調節粉漿pH至6. 2，按O. lKNU/g淀粉的比例添加液化酶，升溫至105°C作用60min ；(5)待料液溫度降至70°C時，調節料液pH至3. 5，按O. 8AGU/g鮮料的比例添加糖化酶，以及纖維素酶1. 5G⑶/g干料，果膠酶40u/g干料，和普魯蘭酶30ASPU/g干料，糖化90min ；(6)待料液溫度降至30°C，添加10. 0%的擴培酒精酵母進行酒精發酵。發酵時間為48h，終酒精濃度為11. 83% (v/v)，原料利用率為89%。與對照相比，發酵時間縮短12小時，終酒精濃度提高O. 76度，原料利用率提高4個百分點。實施例5( I)取鮮紅薯100g，進行粗粉碎；(2)調節粉漿pH至5. 0，添加果膠酶20u/g干料和纖維素酶1. 5GCU/g干料，于50°C條件下，保溫3h ；(3)利用膠體磨進行粉碎；(4)調節粉漿pH至6. 2，按0. 12KNU/g淀粉的比例添加液化酶，升溫至95°C作用60min ；(5)待料液溫度降至50°C時，調節料液pH至3. 5，按0. 75AGU/g鮮料的比例添加糖化酶，以及纖維素酶1. 5G⑶/g干料，糖化30min ； (6)待料液溫度降至30°C，添加10. 0%的擴培酒精酵母進行酒精發酵。發酵時間為48h,終酒精濃度為14. 0% (v/v),原料利用率為93%。與對照相比，發酵時間縮短12小時，終酒精濃度提高2. 93度，原料利用率提高8個百分點。
權利要求
1.一種以紅薯為原料的高濃度酒精的生產方法，其特征在于，步驟如下1)將紅薯粉碎添后加入適量水，調節pH至4.5-6. 5，添加果膠酶和/或纖維素酶；2)膠體磨對酶解后的原料進一步粉碎獲得粉漿，加液化酶升溫至90-105°C，作用 30_90min ；3)料液冷卻至50-70°C，調節料液pH至3.4-5. 5，添加糖化酶進行糖化；4)糖化結束后，接入擴培酒精酵母，進行酒精發酵。
2.權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟如下1)將紅薯粉碎添后加入適量水，調節PH至4.5-6. 5，添加果膠酶和纖維素酶；2)膠體磨對酶解后的原料進一步粉碎獲得粉漿，加液化酶升溫至90-105°C，作用 30_90min ；3)料液冷卻至50-70°C，調節料液pH至3.4-5. 5，添加糖化酶進行糖化；4)糖化結束后，接入擴培酒精酵母，進行酒精發酵。
3.權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟如下1)將紅薯粉碎添后加入適量水，調節PH至4.5-6. 5，添加果膠酶；2)膠體磨對酶解后的原料進一步粉碎獲得粉漿，加液化酶升溫至90-105°C，作用 30_90min ；3)料液冷卻至50-70°C，調節料液pH至3.4-5. 5，添加糖化酶進行糖化；4)糖化結束后，接入擴培酒精酵母，進行酒精發酵。
4.權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟如下1)將紅薯粉碎添后加入適量水，調節PH至4.5-6. 5，添加纖維素酶；2)膠體磨對酶解后的原料進一步粉碎獲得粉漿，加液化酶升溫至90-105°C，作用 30_90min ；3)料液冷卻至50-70°C，調節料液pH至3.4-5. 5，添加糖化酶進行糖化；4)糖化結束后，接入擴培酒精酵母，進行酒精發酵。
5.權利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，步驟I)中紅薯粉碎后料水比為53到1:0，果膠酶的添加量為0-40u/g干料，纖維素酶的添加量為0-3G⑶/g干料。
6.權利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，步驟2)中調節粉漿的pH范圍為 6. 0-6. 4，液化酶添加量為O. 09-0. 15KNU/g淀粉。
7.權利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，步驟3)中糖化酶的添加量為O.5-1AGU/ g鮮料。
8.權利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，步驟3)中除糖化酶外，還可以添加I) 纖維素酶、蛋白酶、果膠酶和普魯蘭酶中的任一一種；2)纖維素酶、蛋白酶、果膠酶和普魯蘭酶中兩兩物質的組合；纖維素酶、蛋白酶、果膠酶和普魯蘭酶中三三物質的組合；纖維素酶、蛋白酶、果膠酶和普魯蘭酶。
9.權利要求8所述的方法，其特征在于，纖維素酶添加量為0-3GCU/g干料，蛋白酶添加量為0-20u/g干料，果膠酶添加量為0-40u/g干料，普魯蘭酶添加量為0-40ASPU/g干料。
10.權利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，步驟4)中擴培酒精酵母接入量為醪液 8%-12%，發酵溫度為28°C _32°C，發酵時間為24_60h。
全文摘要
本發明公開了一種以紅薯為原料的高濃度酒精的生產方法，屬于生物發酵技術領域。是通過原料粗粉碎、酶解、膠體磨粉碎、液化、糖化、及酒精發酵等技術手段實現。本發明方法簡單、可靠，所涉及設備及酶均容易獲得，具有成本低、可行性強的優點，可有效解決制約紅薯發酵的共性技術瓶頸問題，提高紅薯酒精發酵的技術水平和發酵過程的經濟性。
文檔編號C12P7/06GK103014074SQ201310003120
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月5日 優先權日2013年1月5日
發明者岳瑞雪, 孫健, 鈕福祥, 徐飛, 朱紅 申請人:江蘇徐淮地區徐州農業科學研究所