專利名稱：甘薯渣酶法水解糖工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及生物領域，具體涉及以供微生物發酵用的生物質甘薯渣為糖源的制糖方法。
背景技術：
甘薯是我國重要的糧食作物之一，據統計，我國甘薯種植與加工均居世界第一，總產量達8520萬噸，其中55%約4686萬噸轉成工業原料。甘薯渣是鮮甘薯加工淀粉過程中產生的大量渣滓而作廢物處理，巨大的生物質再生資源尚待人們開發利用。鮮甘薯一般含干物質30%，水分70%。甘薯加工產生大量的含細胞液廢水即為甘薯淀粉廢水，有各種營養有機物，如可溶性的碳水化合物、蛋白質、維生素和微量元素。對甘薯淀粉加工的薯渣進行分析，主要化學成分為水分、淀粉、粗蛋白、纖維、脂肪等。用甘薯精細加工生產淀粉、粉條、方便面粉絲等食品產出廢甘薯渣約占原料10%左右，剛下生產線時鮮甘薯渣通常含細胞液廢水90%左右，數量巨大的濕甘薯渣堆積，未能有效的開發利用，且由于薯渣纖維高持水力和溶脹性，有糖、氮多種營養成分的新薯渣，含水90%以上，其廢水化學耗氧量COD > 15000mg/L，存放又易受雜菌發酵而酸敗，嚴重污染環境，造成生物質再生資源的巨大浪費。近年來甘薯渣開發熱點是用酸法、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、制成產品，但產品市場需求不旺，尚未形成大型產業化規模。甘薯渣折干計，一般含淀粉50%以上，纖維22 26%，纖維主要構成成分是纖維素、半纖維素、木質素和果膠等，是數以千計葡萄糖糖基致密結構的碳水化合物，難以為市售的康氏木霉分泌的纖維素酶所降解；甘薯經銼磨機細碎和篩理設備產生的淀粉分離出來，薯渣中殘留淀粉經a-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，尋找一種能夠高效利用甘薯渣轉化為葡萄糖的方法、開辟新糖源并實行產業化是當前開展生物質甘薯渣廢棄資源綜合利用的一項重要任務，這種非糧糖源具有顯著的環保效益、社會效益和經濟效益。
發明內容
本發明目的是提供多酶聯合水解破壞薯渣幾種多糖組分的細胞壁、釋放單體，酶促多組分生化降解反應的一種制糖方法，該方法提高葡萄糖的轉化率，保證產品糖的純度。本發明提供的一種利用甘薯渣制糖的方法，包含以下步驟步驟I :取甘薯渣粉碎或磋磨濕渣，加甘薯淀粉廢水調漿；調漿料pH4. 0 6. 0，在20 70°C，加纖維素酶和加P -葡聚糖酶水解2 IOh ;步驟2 :在25 60°C，在pH3. 5 6. 0加木聚糖酶和果膠酶水解2 IOh ;溫度30 50°C pH2. 5 6. 0，加酸性蛋白酶水解I 8h ;升溫110 120°C，30min進行滅酶處理；調pH 5. 5 8. 0，加耐高溫a -淀粉酶或中溫a -淀粉酶水解I 2h ;降溫40 65°C，調pH3. 0 5. 5，加糖化酶水解10 20h ；
步驟3 :對料液進行固液分離，液體濃縮即得液糖產品，其成分基本為葡萄糖。作為優選,步驟I所述粉碎為篩徑830 u m 150 U m。 作為優選，步驟I所述調漿為按料液質量比I : 4 6混合。作為優選，步驟I每克料加70 200U纖維素酶。作為優選，步驟I每克料加4. 5 13. 5U P -葡聚糖酶。作為優選，步驟2每克料加14. 5 29U木聚糖酶，每克料加9 30U果膠酶。作為優選，步驟2每克料加酸性蛋白酶10 15U。作為優選，步驟2每克料加耐高溫a -淀粉酶12 20U。作為優選，步驟2每克料加糖化酶100 300U。作為優選，步驟2之后步驟3之前還包括以下步驟調pH5. 5 8. 0，加耐高溫a -淀粉酶進行二次液化，45min ；降溫至40 65°C，調pH3. 0 5. 5，加糖化酶和纖維素酶進行糖化；作為優選，每克料加糖化酶100U，每克料加纖維素酶70U。采用本發明所述方法，用國產市售的纖維素酶、￠-葡聚糖酶、木聚糖酶和果膠酶、酸性蛋白酶、耐高溫a -淀粉酶、糖化酶對甘薯渣酶法制糖，以不同的料液比進行比較，甘薯渣干物質對葡萄糖轉化率達65%以上，相對于甘薯渣中淀粉對還原糖的轉化率可達110 %，較傳統雙酶法的轉化率有較大的提高。所述酶水解轉化率是指對薯渣經酶法水解釋放出的還原糖總量按葡萄糖計占試料薯渣干物質量的質量分數，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。實驗表明，薯渣中各種多糖組分用國產酶制劑水解技術難度大，特別是纖維素和木質素降解制糖轉化率低。本發明采用聯合酶解的機理是纖維素酶、3 -葡聚糖酶、果膠酶和木糖酶的協同作用，破壞細胞壁，拆開連接的木質素和果膠(保護纖維素基質)及結合態的糖蛋白，酶促甘薯渣中多組分高分子多糖降解成單糖的生化反應，提高轉化率。甘薯渣中含淀粉50% (干基)以上，結構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化為糖，本發明所述方法制得的樣品經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，每個樣收集時間為40min，鑒定基本為葡萄糖，是微生物發酵用的優質糖料，可用于工業發酵行業。用本工藝制備的液糖組分，經中科院科學鑒定基本為葡萄糖，而不是其他還原性單糖，說明本專利的制備工藝可基本達到酶解完全。本發明所述方法工藝條件溫和，工藝設備簡單，專一性強，提高了總還原糖轉化率，產品品質純，且能解決甘薯渣嚴重污染環境問題，具有良好的工業應用前景。
具體實施例方式本發明公開了一種甘薯渣制糖方法，本領域技術人員可以借鑒本文內容，適當改進工藝參數實現。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發明。本發明的方法及應用已經通過較佳實施例進行了描述，相關人員明顯能在不脫離本發明內容、精神和范圍內對本文所述的方法和應用進行改動或適當變更與組合，來實現和應用本發明技術。為了使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
實施例I 取山東某地甘薯渣(水份12.7%，淀粉56. 19%，粗蛋白3. 69% )，粉碎至250 ii m篩徑，在30L罐中按料液比I : 5加甘薯淀粉廢水調漿。漿料調pH至5. 5，升溫至55°C，加纖維素酶(每克料加酶100U)和加P -葡聚糖酶(每克料加酶10U)水解4h。降溫至45°C，pH4. 5，加木聚糖酶和果膠酶(每克料加木聚糖酶29U，加果膠酶20U)水解4h。在溫度50°C、pH4. 0，加酸性蛋白酶(每克料加酶10U)水解2h。升溫110°C滅酶。調pH至6. 5，加耐高溫a -淀粉酶(每克料加酶12U)液化45min。降溫至60°C調pH為4. 5，加糖化酶(每克料加酶200U)水解10h。在該酶解罐批中直接調pH6. 5，加耐高溫a -淀粉酶(每克料加酶12U)進行二次液化，60min。降溫至60°C，調pH4. 5，加糖化酶(每克料加酶100U)和纖維素酶(每克料加酶100U)進行糖化。糖化結束后對料液進行固液分離，液體濃縮即得液糖產品。甘薯渣干物質對葡萄糖轉化率為65.6%。相對于甘薯渣中“淀粉”對單糖的轉化率為108%。甘薯渣淀粉含量計算按“中華人民共和國國家標準GB/T 5514-2008”糧油檢驗糧食油料中淀粉含量測定，方法如下定量稱取已測“淀粉”含量的甘薯渣，水解后的糖化醪離心，洗滌離心，測計清液還原糖總量，按下式計算轉化率甘薯渣質量(折干)對糖的轉化率(％ )=清液還原糖總量(折干)+甘薯渣質量(折干)X 100實施例2 取山東某地甘薯渣(水份12.7%，淀粉56. 19%，粗蛋白3. 69% )，粉碎至380 y m篩徑，在30L罐中按料液比I : 4. 5加甘薯淀粉廢水調漿。漿料調pH至5. 0，升溫至50°C，力口纖維素酶(每克料加酶70U)和加P -葡聚糖酶(每克料加酶10U)水解4h。降溫至42°C，pH4. 0，加木聚糖酶和果膠酶(每克料加木聚糖酶14. 5U，加果膠酶9U)水解4h。在溫度50°C pH4. 0，加酸性蛋白酶(每克料加酶12U)水解2h。升溫115°C滅酶。調pH至6. 5，加耐高溫a -淀粉酶(每克料加酶15U)液化45min。降溫至60°C調pH為4. 5，加糖化酶(每克料加酶100U)水解15h。在該酶解罐批中直接調pH6. 5，加耐高溫a -淀粉酶(每克料加酶12U)進行二次液化，45min。降溫至60°C，調pH4. 5，加糖化酶(每克料加酶100U)和纖維素酶(每克料加酶100U)進行糖化。糖化結束后對料液進行固液分離，液體濃縮即得液糖產品。甘薯渣干物質對葡萄糖轉化率為65. 2%。相對于甘薯渣中“淀粉”對單糖的轉化率為106% .實施例3 取山東某地甘薯渣(水份12. 7%，淀粉含量> 62%，粗蛋白3.69% )，粉碎至230iim篩徑，在30L罐中按料液比I : 4加甘薯淀粉廢水調漿。漿料調pH至6. 0，升溫至600C，加纖維素酶(每克料加酶200U)和加P -葡聚糖酶(每克料加酶13. 5U)水解4h。降溫至50°C，pH4. 6，加木聚糖酶和果膠酶(每克料加木聚糖酶20U，加果膠酶30U)水解6h。在溫度50°C pH4. 0，加酸性蛋白酶(每克料加酶15U)水解2h。升溫120°C滅酶。調pH至6. 5，加耐高溫a -淀粉酶(每克料加酶20U)液化50min。降溫至60°C調pH為4. 5，加糖化酶(每克料加酶300U)水解20h。在該酶解罐批中直接調pH6. 5，加耐高溫a -淀粉酶(每克料加酶12U)進行二次液化，45min。降溫至60°C，調pH4. 5，加糖化酶(每克料加酶100U)和纖維素酶(每克料加酶100U)進行糖化。
糖化結束后對料液進行固液分離，液體濃縮即得液糖產品。甘薯渣干物質對葡萄糖轉化率為68.4%。相對于甘薯中“淀粉”對單糖的轉化率為110%。實施例4 :取實施例1-3任一項所得液糖產品分析樣品處理12000rpm, IOmin.取上清。用 0. 45um 的 Pal 膜過濾。樣品分析Dionex公司的HPAEC分析,選取PAlO分析柱。緩沖液18mM的 NaOH流速lml/min每個樣收集時間為40min。實驗結果選取樣品中可能含有的單糖做標準品，在PAlO中分析。表中表示的單一糖的保留時間。
權利要求
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I :取甘薯渣粉碎或磋磨濕渣，加甘薯淀粉廢水調漿；調漿料pH 4. O 6. O，在20 70°C，加纖維素酶和加P -葡聚糖酶水解2 IOh ; 步驟2 :在25 60°C，pH3. 5 6. 0加木聚糖酶和果膠酶水解2 IOh ;溫度30 50°C、pH2. 5 6. 0，加酸性蛋白酶水解I 8h ;升溫110 120°C，30min進行滅酶處理；調pH 5. 5 8. 0，加耐高溫a -淀粉酶或中溫a -淀粉酶水解I 2h ;降溫40 65°C，調pH3. 0 5. 5，加糖化酶水解10 20h ； 步驟3 :對料液進行固液分離，液體濃縮即得液糖產品，其成分基本為葡萄糖。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟I所述粉碎為830y m 150 y m篩徑。
3.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟I所述調漿為按料液質量比I: 4 6混合。
4.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟I每克料加70 200U纖維素酶。
5.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟I每克料加4.5 13. 5UP -葡聚糖酶。
6.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟2每克料加14.5 29U木聚糖酶，每克料加9 30U果膠酶。
7.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟2每克料加酸性蛋白酶10 15U。
8.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟2每克料加耐高溫a-淀粉酶12 20U。
9.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟2每克料加糖化酶100 300U。
10.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟2之后還包括以下步驟調pH5. 5 8. 0，加耐高溫a -淀粉酶進行二次液化，45min ；降溫至40 65°C，調pH3. 0 5. 5，加糖化酶和纖維素酶進行糖化。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，每克料加糖化酶100 300U，每克料加纖維素酶70 200U。
全文摘要
本發明涉及生物領域，具體涉及了以供微生物發酵用的生物質甘薯渣為糖源的制糖方法。本發明所述方法制得的液糖產品，其成分基本為葡萄糖。本發明所述方法工藝簡單，專一性強，所得產品品質好，收率高，能解決甘薯渣嚴重污染環境問題，具有良好的工業應用前景。
文檔編號C12P19/14GK102618602SQ201210090800
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月30日 優先權日2012年3月30日
發明者嚴共鴻, 吳允山, 吳震, 寇正恩, 易勇 申請人:吳允山