專利名稱：：一種甘薯渣制糖方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及生物領域，具體涉及以供微生物發(fā)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(tǒng)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(yè)原料。甘薯渣是鮮甘薯加工淀粉過程中產生的大量副產物或作為廢棄物的堆積，約占原料的10%左右，巨大的生物質再生資源未能有效利用，且嚴重污染環(huán)境。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(yǎng)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(fā)利用，且由于薯渣纖維高持水力和溶脹性，有糖、氮多種營養(yǎng)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(fā)酵而酸敗，嚴重污染環(huán)境，造成生物質再生資源的巨大浪費。近年來甘薯渣開發(fā)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(yè)化規(guī)模。甘薯渣折干計，一般含淀粉50%以上，纖維22沈％，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α-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，尋找一種能夠有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(yè)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，具有節(jié)糧、顯著的環(huán)保和經濟效益。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的提供一種利用甘薯渣制糖的方法，該方法能夠大幅提高甘薯渣中糖的轉化率。為了實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案一種利用甘薯渣制糖的方法，包含以下步驟步驟1將干燥的干薯渣粉碎后與甘薯淀粉廢水混合或用濕渣，調ρΗ值為5.58.0；步驟2步驟1所得混合料液加耐高溫α-淀粉酶在90105°C保溫至I2液測試混合料液變紅；調PH為3.05.5，加糖化酶、酸性蛋白酶和纖維素酶在4065°C保溫至監(jiān)測還原糖濃度不再升高，進行滅酶處理；步驟3對料液進行固液分離，液體濃縮即得葡萄糖。本發(fā)明增加纖維素酶、糖化酶、酸性蛋白酶和耐高溫α-淀粉酶的協(xié)同酶解作用，破壞薯渣纖維素晶體，使結構疏松的半纖維素和果膠易于酶解，有效地提高了薯渣多糖降解的轉化率，中試20t罐水解率可達到110%以上。作為優(yōu)選，步驟1所述粉碎為過30300目篩。作為優(yōu)選，步驟1所述混合為按料液質量比136混合。作為優(yōu)選，步驟1用NaOH、Na2CO3^Ca(OH)2等堿性物質調pH值。作為優(yōu)選，步驟2每克料加1220U耐高溫α-淀粉酶。作為優(yōu)選，步驟2每克料加100300U糖化酶。作為優(yōu)選，步驟2每克料加100500U纖維素酶。作為優(yōu)選，步驟2每克料加1015U酸性蛋白酶。作為優(yōu)選，步驟2用HC1、H2S04、乙酸等酸性物質調pH值。作為優(yōu)選，步驟2所述滅酶處理為110120°C，30min。作為優(yōu)選，步驟2所述檢測為712%。本專利給出甘薯渣酶解工藝完全，水解糖的種類基本為葡萄糖，DE值為95%左右ο本專利發(fā)明人系統(tǒng)地用α-淀粉酶和糖化酶水解甘薯渣進行制糖實驗，相對于甘薯渣中淀粉含量而言，在優(yōu)化的酶解條件下轉化為還原糖質量比率不到90%，離淀粉酶法水解理論值相差20%多，DE值偏低；對薯渣干物質水解的轉化率不到50%，實驗結果表明，“甘薯渣淀粉”不同于經過銼磨機、篩理設備粉碎及水洗出來的“甘薯淀粉”，薯渣中淀粉與纖維素緊密結合，用傳統(tǒng)的淀粉雙酶法水解工藝達不到完全水解的目的。采用本發(fā)明所述方法，用國產市售的淀粉酶、糖化酶、酸性蛋白酶和纖維素酶對甘薯渣酶法制糖，以不同的料液比進行比較，淀粉對糖轉化率94.7%(均值)，甘薯渣干物質對糖轉化率達50%，較傳統(tǒng)雙酶法的轉化率有較大的提高。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，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(fā)酵用的優(yōu)質糖料，可用于工業(yè)發(fā)酵行業(yè)。甘薯渣含淀粉均值50%(干基)，由淀粉酶、糖化酶水解，產生糊精、麥芽糖和葡萄糖。淀粉的酶法水解具有比酸法水解的轉化率高、專一性強即純度高、成本低和易操作等優(yōu)點ο甘薯渣化學成分以淀粉為多，加工機械化程度低的甘薯渣淀粉含量竟有高達65%(干基)以上的，所以本專利引入酶法糖漿中“淀粉”水解程度DE值，是體現甘薯渣酶法制液糖的水解程度的一個重要方面。本發(fā)明的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，與淀粉糖漿生產中“淀粉”水解程度DE值的含義不盡相同。本發(fā)明提供的甘薯渣用水解酶制液糖的方法，發(fā)明人將調漿用水改為甘薯廢細胞液，并引入蛋白酶，破壞甘薯中糖蛋白結構，使之水解為鼠李糖、麥芽糖和葡萄糖，提高總還原糖轉化率。且該方法工藝及工藝設備簡單、專一性強、品質單純、成本較低，能解決甘薯渣嚴重污染環(huán)境問題，具有良好的工業(yè)應用前景。具體實施例方式本發(fā)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(fā)明。本發(fā)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(fā)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(fā)明技術。為了使本領域的技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。實施例1山西某公司生產的甘薯渣(水分13.85%、淀粉含量52.09%)，粉碎至60目，稱取5.0kg，在30L酶解罐中，加甘薯淀粉廢水20kg調漿(料液比14)，用10%NaOH調pH6.5，加耐高溫α-淀粉酶(Thermostableα-amylase)按每克料加酶20U，漿液升溫95°C，保溫45分鐘，用I2液測試變紅，液化結束。漿液降溫至5860°C，用10%HCl調PH至4.8，60°C，加糖化酶(Glucoamylase)每克料加酶100U、纖維素酶(cellulase)每克料加酶100U和酸性蛋白酶(Acidprotease)每克料加酶10U，(保溫至40h左右)，攪拌，漿液還原糖濃度不再升高，停止糖化，110°C滅酶，降溫至50°C，用離心機進行固液分離得離心液；并對離心渣用水洗滌，離心得一次洗渣液，兩者合并用費林試劑熱滴定法檢測與計算還原糖總量，還原糖檢測方法為“費林試劑熱滴定法”，其參考文獻是黑龍江大學合編《工業(yè)發(fā)酵分析(高等學校教材)》，糖化醪中還原糖、總糖的測定(P11.12)，中華人民共和國國家標準GB/T5009.7-2008。對絕干甘薯渣的轉化率為50.17%。相對于薯渣中“淀粉”的轉化率概算為95%。甘薯渣淀粉含量計算按“中華人民共和國國家標準GB/T5514-2008”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，按下式計算轉化率淀粉對糖化醪的轉化率(％)=還原糖總量(折干)+淀粉總量(折干)X100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)X100DE值％=清液還原糖總量(折干)+清液固含(折干)X100液糖產品經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。實施例2山西某公司生產的甘薯渣(水分13.85%、淀粉含量52.09%)，粉碎至60目，稱取5.0kg，在30L酶解罐中，加甘薯淀粉廢水22.5kg調漿(料液比14.5)，用碳酸氫鈉調pH5.5，加耐高溫α-淀粉酶(Thermostableα-amylase)按每克料加酶20U，漿液升溫950C，保溫45分鐘，用I2液測試變紅，液化結束。漿液降溫至5860°C，用乙酸1調PH至3.5，60°C，加糖化酶(Glucoamylase)每克料加酶250U、纖維素酶(cellulase)每克料加酶400U和酸性蛋白酶(Acidprotease)每克料加酶15U，(保溫至40h左右)，攪拌，漿液還原糖濃度不再升高，停止糖化，110°C滅酶，降溫至65°C，用離心機進行固液分離得離心液；并對離心渣用水洗滌，離心得一次洗渣液，兩者合并檢測與計算還原糖總量，對絕干薯渣的轉化率為48.72%，相對于薯渣中“淀粉”的轉化率為94.20%。實施例3山西某公司生產的甘薯渣(水分13.85%、淀粉含量52.09%)，粉碎至60目，稱取5.0kg，在30L酶解罐中，加甘薯淀粉廢水25kg調漿(料液比15)，用10^NaOiHjlPH8.0，加耐高溫α-淀粉酶(Thermostableα-amylase)按每克料加酶15U，漿液升溫95°C,保溫45分鐘，用I2液測試變紅，液化結束。漿液降溫至5860°C，用10%HCl調PH至5.5，60°C，加糖化酶(Glucoamylase)每克料加酶300U、纖維素酶(cellulase)每克料加酶500U和酸性蛋白酶(Acidprotease)每克料加酶12U，保溫至40h左右，攪拌，漿液還原糖濃度不再升高，停止糖化，110°C滅酶，降溫至40°C，用離心機進行固液分離得離心液；并對離心渣用水洗滌，離心得一次洗渣液，兩者合并檢測與計算還原糖總量，對絕干薯渣的轉化率為47.5%，相對于薯渣中“淀粉”的轉化率為93.50%。實施例4山東某公司生產的甘薯渣(水分12.5%、淀粉含量55.29%)，粉碎至60目，稱取5.0kg，在30L酶解罐中，加甘薯淀粉廢水22kg調漿(料液比18)，用10%NaOH調PH7.5，加耐中溫淀粉酶按每克料加酶18U，漿液升溫85°C保溫用I2液測試變紅，液化結束。漿液降溫至5860°C，用硫酸調PH至4.8，60°C，加糖化酶(Glucoamylase)每克料加酶200U、纖維素酶(cellulase)每克料加酶200U和酸性蛋白酶(Acidprotease)每克料加酶15U，(保溫至40h左右)，攪拌，漿液還原糖濃度不再升高，停止糖化，110°C滅酶，降溫至50°C，用離心機進行固液分離得離心液；并對離心渣用水洗滌，離心得一次洗渣液，兩者合并檢測與計算還原糖總量，對絕干薯渣的轉化率為49.1%，相對于薯渣中“淀粉”的轉化率為96.5%。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。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1將干燥的甘薯渣粉碎后與甘薯淀粉廢水混合或用濕渣，調pH值為5.58.0；步驟2步驟1所得混合料液加耐高溫淀粉酶在90105°C或中溫淀粉酶在60-90°C保溫至I2液測試混合料液變紅；調pH為3.05.5，加糖化酶、酸性蛋白酶和纖維素酶在4065°C保溫至檢測還原糖濃度不再升高，進行滅酶處理；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1所述的方法，其特征在于，步驟1所述粉碎為過30300目篩。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1所述混合為按料液質量比128混合。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1用NaOH、Na2CO3或Ca(OH)2調pH值。5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2每克料加1220U耐高溫α-淀粉酶或中溫淀粉酶。6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2每克料加100300U糖化酶。7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2每克料加100500U纖維素酶。8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2每克料加1015U酸性蛋白酶。9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2用HCl、H2SO4或乙酸調pH值。10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2所述滅酶處理為110120°C，30mino11.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2所述檢測為712%，DE值95%。全文摘要本發(fā)明涉及生物領域，具體涉及了以供微生物發(fā)酵用的生物質甘薯渣為糖源的制糖方法。該方法為將甘薯渣粉或濕渣，調pH為5.5～8.0，加α-淀粉酶保溫；調PH為3.0～5.5，加糖化酶、酸性蛋白酶和纖維素酶在40～65℃保溫后進行滅酶處理；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。本發(fā)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(huán)境問題，具有良好的工業(yè)應用前景。文檔編號C12P19/20GK102559811SQ20121006885公開日2012年7月11日申請日期2012年3月15日優(yōu)先權日2012年3月15日發(fā)明者嚴共鴻,吳允山,寇正恩,易勇申請人:吳允山