郭建祥 古欢 马传琳 苏会琳 刘芳 何新颖 李树洋
广西中粮生物质能源有限公司 广西 北海 536100
摘要：淀粉酶是一种研究较多、生产最早、产量最大、应用最广泛的酶。特别是二十世纪六十年代以来，由于淀粉酶在淀粉糖工业生产和食品工业中的大规模应用，对淀粉酶的需求日益增加。到目前为止，它几乎占酶制剂总产量的50%。 在工业生产中， 一般以纯枯草芽孢杆菌为淀粉原料，采用深通风发酵生产中温a-淀粉酶。以高产、高纯的黑曲霉为原料，利用马铃薯淀粉发酵生产糖化酶。所以在微生物发酵酶液体不能完全提取淀粉酶除了含有约20%,不能完全反映成分。 因此，实验的主要目的是将酶制剂与酒精生产行业结合起来共同创收，使企业获得更大的收益。
关键词：酒精生产；酶废液；酵母生长；
研究了高浓度乙醇发酵过程中复合淀粉酶的工艺条件和工艺参数对发酵成熟醪质量的影响，以及在清液回用过程中复合淀粉酶对发酵成熟醪质量的影响。分析了液化温度、时间、pH值和淀粉酶用量对糊化和液化粘度的影响，分析了复合淀粉酶在生产和应用中具有优势的原因。
一、燃料乙醇液化工艺的发展现状
1.液化的原则。a-淀粉酶是一种能从淀粉分子内部随机地切开a-1，4糖苷键、能跨越不能切分支点的a-1，6键而切开内部的a-1，4糖苷键的内切酶，因产物的还原性末端葡萄糖残基上的C1碳原子呈a-．构型(光学)，所以称为a-．淀粉酶。其作用于直链淀粉和支链淀粉，切断其中的a-1，4糖苷键。因此，它的特点是底物溶液的减少和碘反应的消失。直链淀粉的产物主要是葡萄糖和少量的麦芽糖和麦芽糖。除了麦芽糖，葡萄糖和麦芽糖，还生成分支部分具有a-1，6一键的a-糊精。水解成糊精、低聚糖等小分子，物料粘度降低，流动增强过程。
2.液化过程分析。仪-淀粉酶是内切酶，可以从淀粉分子的内部任意切开a-1，4糖苷键。淀粉在糊化之前a-．淀粉酶是难以直接进入淀粉颗粒内部与淀粉分子发生作用的，a-淀粉酶水解淀粉颗粒和水解糊化淀粉的速度比约为1：20，000，所以淀粉一定要经过糊化阶段，酶才能开始发生作用。糊化:将淀粉乳加热到一定温度，淀粉颗粒开始膨胀，极化十字消失。温度继续上升,淀粉粒继续扩大,几次到几十次原来的体积,由于粒子的扩张,晶体结构消失,体积膨胀,接触,成糊状液体,虽然停止搅拌,淀粉不会沉淀,这种现象叫做“凝胶化。凝胶化分为三个阶段。1)预糊化:淀粉颗粒吸收少量的水(水分子只进入非结晶区)，体积膨胀很小，淀粉乳粘度增加较少，如果冷却、干燥，淀粉颗粒的性质与原来没有区别。2)凝胶化:淀粉颗粒突然扩大很多,体积扩大几倍几十倍,吸收大量的水(水分子进入结晶区)很快就失去了十字架,淀粉牛奶粘度大大增加,透明度也增加了,还有一小部分淀粉溶解在水中,淀粉牛奶成淀粉糊。3)溶解:继续加热，糊化后的淀粉溶于水。
3.液化过程分析。(1)生产中使用的淀粉酶pH稳定范围在5.0 ~ 10.0，有效pH范围在5.0 ~ 8.0，最优pH范围在5.5 ~ 7.0。在原料质量差、液体再利用的情况下，TpH值一般在4.6 - 5.0之间。淀粉酶需要调节pH值才能发挥作用，而物料的pH值需要通过氨水或氢氧化钠调节到5.5左右，从而增加了成本。如果你想进一步增加清澈液体的返回量，氨或氢氧化钠的成本会进一步增加。（2）液化过程分析。(1)生产中使用的淀粉酶稳定pH范围为5.0 ~ 10.0，有效pH范围为5.0 ~ 8.0，最优pH范围为5.5 ~ 7.0。在原材料质量较差、液体再利用的情况下，TpH值一般在4.6 - 5.0之间。淀粉酶需要调节pH值来发挥作用，而材料的pH值需要通过氨水或氢氧化钠来调节到5.5左右，从而增加了成本。如果你想进一步增加透明液体的回收率，氨或氢氧化钠的成本将进一步增加。(3)温度对酶的反应速率有两个影响:一方面，温度升高，反应速率加快，一般为每升高10。C，酶反应速率提高1.2倍;另一方面，随着温度的升高，酶逐渐失活。高温a -淀粉酶是一种能随机水解淀粉、可溶性糊精和低聚糖中的a - 1,4糖苷键的内淀粉酶。经酶作用后，糊化后的淀粉粘度可迅速降低，成为液化淀粉，水解生成糊精和少量葡萄糖、麦芽糖。在高温下，葡萄糖和蛋白质会转化为非发酵的异乳糖、糖酯、糖肽等，造成不必要的浪费。(4)液化的质量要求。乙醇的生产需要均匀的液化。液化程度过低，液化产物分子数少，糖化酶与底物接触的几率低，降低了糖化率。同时，大分子糊精和淀粉用量的增加会导致成熟醪中淀粉残留量高，粮食消耗量增加。液化度过高，液化产物中小分子量糊精较多。因为小分子量葡聚糖不利于形成复杂结构的绑定和糖化酶,从而降低糖化酶的糖化效率的糊精发酵成熟将会增加,粮食消费量将增加,DDGS产品的颜色将受到影响。根据生产经验，以玉米原料的脱氢值来判断液化程度。液化后的DE值控制在12.18%比较合适，小麦原料的DE值控制在20.30%比较合适。一般通过控制液化时间、注射温度和酶添加量来控制液化程度。
二、实验的方案
1.无机盐溶液的制备。尿素:0.0666g/100g原料;磷酸二氢铵:0.0333g/100g原料;硫酸镁:0.0133g/100g原料。
2.实验流程。
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1.酶废液对酵母生长的影响。每12小时用血细胞计数板测定酵母细胞数。
三、实验的结果
1.酶法废液对乙醇产率的影响。发酵72h后，将发酵液倒入蒸馏瓶，加入200mL水，连接蒸馏设备进行蒸馏，两次蒸馏200mL酒精。每次用酒精计测量酒精，通过酒精计温度和浓度换算表在20℃下校准酒精。每100g木薯粉的产醇量为0.62g，提高了0.62%。式中:2.8表示木薯粉与酒精产量的换算关系，即2.8g木薯粉可以生产1g的酒精。酒类价格为人民币4800元/吨:人民币4800×1008 =人民币4838,400元。
2.酶废液对酵母生长的影响。应用少量每12 h,分别由干纱布过滤,滤液,滤液适当稀释,在显微镜下采用血球计数板计数,酵母细胞前10 h,增长缓慢,这是因为酵母细胞代谢系统一段时间适应新环境的需要,然后酵母的滞期费。在10h~30h内，酵母快速增殖，酶系统在细胞分裂的指数期非常活跃。在33h左右，细胞数量达到最大值。33h后的时间阶段，酵母处于细胞稳定期，新繁殖的细胞数量与死亡的细胞数量相等，正生长与负生长处于动态平衡。在此期间，酵母正在进行酒精发酵，这是该产品酒精的最佳采收期。实验结果表明，在不添加废酶的情况下，酵母在发酵液中生长良好。加入酶废液的发酵液中的细胞数量相对较少，这可能是由于存在一些有害成分抑制酵母菌生长，或由于某些酵母菌生长缺乏无机盐，或两者兼而有之。然而，在所有三个实验水平的细胞数量是相同的数量级(107 /mL)。因此，综上所述，发酵前100h酵母细胞对酒精发酵的影响很小，与提高酒精产率相比，其负面影响可以忽略不计。
总之，在木薯粉制酒实验中加入a-淀粉酶和糖化酶的中温发酵废液，可使制酒率提高0.6%左右;添加酶废液对酿酒酵母的负面影响不明显。问题酶特定的废液成分和其内容尚不清楚,酵母的生长的影响因素,100 h在年底前第一批酒精发酵废液的特定组成及其含量的酶存在的问题尚不清楚,酵母的生长的影响因素,在年底前第一批酒精发酵的酵母100 h的影响不大,但如果你想连续发酵,酵母的生长是否受到影响，是否需要进一步分析和研究。同时，废酶溶液的添加量和添加时间也需要进一步测试，以获得最佳效果。此外，本实验仅在实验室小批量生产酒精的层面上进行，是否适用于酒精的大批量生产还需进一步探索。在接下来的工作,应该使用科学的方法和先进技术真正实现的目的“最好的利用,并把废物变成宝藏”,这不仅会给企业带来良好的经济效益,但也产生巨大的社会效益,真正实现可持续发展的战略。
参考文献：
[1]赵俊良.酶制剂生产技术.2018.
[2]孙红武，关于淀粉酶在酒精厂的应用研究.2019.