利用复合酶水解柠檬酸发酵玉米渣获得还原糖的方法

摘要

本发明涉及发酵工程中原料处理增加还原糖的工艺，具体涉及一种利用复合酶水解柠檬酸发酵玉米渣获得还原糖的方法，以玉米粉经喷射液化过滤后所剩残渣为对象，采用复合酶制剂水解获得还原糖的制备方法，以柠檬酸发酵中玉米粉经喷射液化过滤后所剩残渣为对象，应用多种水解酶配制成复合酶制剂，对玉米粉液化后残渣进行水解，从而获得还原糖，提高柠檬酸发酵的原料利用率，降低生产粮耗，最终到达降低生产成本的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及发酵工程中原料处理增加还原糖的工艺，具体涉及玉米粉经喷射液化过滤后所剩残渣，采用复合酶制剂水解获得还原糖的制备方法。

背景技术

柠檬酸(Citric acid)又名枸橼酸，学名2-羟基丙烷-1，2，3羧酸。外观为白色颗粒状或白色结晶粉末，相对密度为1.6550，无臭，具有令人愉快的强烈的酸味，入口爽快，无后酸味，安全无毒，被广泛用作食品和饮料的酸味剂；柠檬酸易溶于水、酒精、不溶于醚、酯、氯仿等有机溶剂。商品柠檬酸主要是无水柠檬酸和一水柠檬酸，前者在高于36.6 ℃的水溶液中结晶析出，后者在低于36.6 ℃水溶液中结晶析出。

世界柠檬酸工业的集约化程度非常高，除中国外，国外主要的柠檬酸制造商只有5～6家（美国、奥地利、加拿大、巴西等），而中国的产量为最大，占世界产量70%左右。2011年全年我国柠檬酸总产量达94万吨，占世界总产量的从产量来说是名副其实的生产大国。我国柠檬酸工业的集约化已经达到世界领先水平。由于生产规模的扩大和机械化自动化程度的提高，目前一线生产工人的劳动生产率已达到150吨/人/年，比10年前提高约10倍，已达到世界先进水。我国柠檬酸发酵的原料是玉米，平均1.7-1.8吨玉米可生产1吨柠檬酸，同时产生300-350公斤的玉米渣，而玉米渣经过干燥粉碎加工处理后只能作为廉价的饲料原料处理，这样玉米渣中的还原糖没有得到充分利用。以2011年生产水平计算，全年用于柠檬酸生产的玉米达到170-180万吨，并形成51万吨左右的玉米废渣，而废渣中含总糖36.3%，粗纤维13%，粗蛋白30%，粗脂肪15-16%。由此可见将玉米原料中的碳水化合物全部转变成可发酵的糖类物质是降低生产成本的关键。

发明内容

本发明以柠檬酸发酵中玉米粉经喷射液化过滤后所剩残渣为对象，应用多种水解酶配制成复合酶制剂，对玉米粉液化后残渣进行水解，从而获得还原糖，提高柠檬酸发酵的原料利用率，降低生产粮耗，最终到达降低生产成本的目的。

一种利用复合酶水解柠檬酸发酵玉米渣获得还原糖的方法，具体步骤包括：

（1）将柠檬酸发酵中的玉米粉进行喷射液化，压滤后得到玉米渣，加水得浆液，加入固体NaOH调节浆液的pH值，再加热至50℃-60℃；

（2）将复合酶制剂投入到加热的浆液中，保持温度搅拌水解；

（3）将水解后的浆液过滤，得到含有还原糖的滤液；

所述步骤（2）中复合酶制剂占玉米渣的重量分数为0.05%-0.15%（W/W）；

所述步骤（2）中复合酶制剂的原料组分按重量份计：纤维素酶60-70份，木聚糖酶5-15份，中温淀粉酶10-30份，糖化酶5-15份。

其中，所述步骤（1）中压滤后得到的玉米渣的水分含量为45wt%-55wt%，这样有利于酶解反应。

所述步骤（1）中玉米渣与水的比例为1:3-5（W/W），从而进行玉米渣调浆，若高于1:3则影响还原糖的溶出，若低于1:5则导致水用量的增加，后续工艺无法使用造成一定的浪费。

所述步骤（1）中浆液加入固体NaOH进行调节pH值为5.0-6.0，此pH值范围为复合酶最适宜的酶解条件。

所述步骤（1）中将浆液加热到50℃-60℃，此温度范围是最适宜的酶解温度，若温度高于60℃会使酶失去水解活性，低于50℃会延长酶水解时间。

所述步骤（2）中水解时间为3-5小时，经水解后的浆液过滤，得到含有还原糖的滤液，还原糖质量百分含量达到2.5%-4.0%。

所述复合酶中的每一种酶都已经工业化生产，可以分别购买每一种酶然后按比例混合使用。

所述复合酶中的这四种酶具有协同作用，使得玉米渣中与纤维素和半纤维素结合的淀粉颗粒中的淀粉释放出来，进而被淀粉酶和糖化酶水解成还原糖。

所述复合酶制剂中所用各单一酶原料的活力为：纤维素酶中羧甲基纤维素酶活力为10-15万IU/克，木聚糖酶中半纤维素酶活力为3-4万IU/克，中温淀粉酶中α-淀粉酶活力为6-8万IU/克，糖化酶中酶活力为80-100万IU/克。只有这四种原料酶的活力值控制在此范围内，并且按复合酶制剂的原料组分配比混合，才能使得复合酶制剂发挥到最佳效果。

本发明以柠檬酸发酵中玉米粉经喷射液化，过滤后所剩残渣为对象，应用多种水解酶配制成复合酶制剂，对玉米粉液化后残渣进行水解，从而获得还原糖，这样达到了玉米原料的综合利用，可增加的经济效益是明显的，同时提高了柠檬酸发酵原料的利用率，降低了生产粮耗，最终达到降低生产成本的目的。

具体实施方式

实施例1

一种利用复合酶水解柠檬酸发酵玉米渣获得还原糖的方法，具体步骤包括：

（1）将柠檬酸发酵中的玉米粉进行喷射液化，压滤后得到1吨水分含量为45%的玉米渣，加入3吨水得浆液，加入固体NaOH调节浆液的pH值至5.0，再加热到50℃；

（2）将复合酶制剂0.5 Kg投入到加热的浆液中，保持温度50℃搅拌水解3小时；

（3）将水解后的浆液过滤，得到含有还原糖的滤液，其中还原糖的质量百分含量为2.5%。

所述复合酶制剂的原料组分按重量份计：纤维素酶0.35Kg、木聚糖酶0.025 Kg、中温淀粉酶0.1 Kg和糖化酶0.025 Kg混合后使用。

所述复合酶制剂中所用各单一酶原料的活力为：纤维素酶中羧甲基纤维素酶活力为10万IU，木聚糖酶中半纤维素酶活力为4万IU，中温淀粉酶中α-淀粉酶活力为8万IU，糖化酶中酶活力为80万IU。

实施例2

一种利用复合酶水解柠檬酸发酵玉米渣获得还原糖的方法，具体步骤包括：

（1）将柠檬酸发酵中的玉米粉进行喷射液化，压滤后得到1吨水分含量为50%的玉米渣，加入5吨水得浆液，加入固体NaOH调节浆液的pH值至5.5，再加热到60℃；

（2）将复合酶制剂1Kg投入到加热的浆液中，保持温度60℃搅拌水解4小时；

（3）将水解后的浆液过滤，得到含有还原糖的滤液，其中还原糖的质量百分含量为4.0%。

所述复合酶制剂的原料组分按重量份计：纤维素酶0.6Kg、木聚糖酶0.15 Kg、中温淀粉酶0.1 Kg和糖化酶0.15 Kg混合后使用。

所述复合酶制剂中所用各单一酶原料的活力为：纤维素酶中羧甲基纤维素酶活力为12万IU，木聚糖酶中半纤维素酶活力为3万IU，中温淀粉酶中α-淀粉酶活力为7万IU，糖化酶中酶活力为100万IU。

实施例3

一种利用复合酶水解柠檬酸发酵玉米渣获得还原糖的方法，具体步骤包括：

（1）将柠檬酸发酵中的玉米粉进行喷射液化，压滤后得到1吨水分含量为55%的玉米渣，加入4吨水得浆液，加入固体NaOH调节浆液的pH值至6.0，再加热到55℃；

（2）将复合酶制剂1.5Kg投入到加热的浆液中，保持温度55℃搅拌水解5小时；

（3）将水解后的浆液过滤，得到含有还原糖的滤液，其中还原糖的质量百分含量为3.0%。

所述复合酶制剂的原料组分按重量份计：纤维素酶1Kg、木聚糖酶0.1 Kg、中温淀粉酶0.25 Kg和糖化酶0.15 Kg混合后使用。

所述复合酶制剂中所用各单一酶原料的活力为：纤维素酶中羧甲基纤维素酶活力为15万IU，木聚糖酶中半纤维素酶活力为3.5万IU，中温淀粉酶中α-淀粉酶活力为6万IU，糖化酶中酶活力为90万IU。

实施例4

一种利用复合酶水解柠檬酸发酵玉米渣获得还原糖的方法，具体步骤包括：

（1）将柠檬酸发酵中的玉米粉进行喷射液化，压滤后得到1吨水分含量为52%的玉米渣，加入4吨水得浆液，加入固体NaOH调节浆液的pH值至5.3，再加热到57℃；

（2）将复合酶制剂1.2Kg投入到加热的浆液中，保持温度57℃搅拌水解3.5小时；

（3）将水解后的浆液过滤，得到含有还原糖的滤液，其中还原糖的质量百分含量为3.5%。

所述复合酶制剂的原料组分按重量份计：纤维素酶0.65Kg、木聚糖酶0.15Kg、中温淀粉酶0.25 Kg和糖化酶0.15 Kg混合后使用。

所述复合酶制剂中所用各单一酶原料的活力为：纤维素酶中羧甲基纤维素酶活力为13万IU，木聚糖酶中半纤维素酶活力为4万IU，中温淀粉酶中α-淀粉酶活力为6.5万IU，糖化酶中酶活力为85万IU。

从实施例1-4可以看出经水解后浆液过滤，得到含有还原糖的滤液，其中还原糖的质量百分含量高达4.0%，这样每吨玉米渣产生还原糖达到49.8公斤，若是以糖酸转化率95%计算，则每吨玉米可多产生47.39公斤柠檬酸，以柠檬酸售价5000元/吨计算，则每吨玉米增加236.95元产值，目前我国仅柠檬酸生产年消耗玉米的量达到170-180万吨，年新增高达40281.5-42651万元。这样提高了柠檬酸发酵的原料利用率，降低了生产粮耗，最终达到了降低生产成本的目的。