利用甘薯渣和甘薯细胞液酶法制备复合营养液糖工艺

摘要

本发明涉及生物与环保技术领域，具体公开了以供微生物发酵用的生物质甘薯渣和甘薯细胞液制备复合营养液糖的方法。本发明所述方法是在甘薯渣双酶法制造葡萄糖基础上的优化与提高，甘薯渣非游离态的淀粉水解率增加近15%，同时又获发酵用复合营养源，在微生物发酵工业有很高的实用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及生物与环保技术领域，具体涉及以生物质甘薯渣和甘薯细胞 液为原料，酶法制备用于工业微生物发酵的复合营养液糖的工艺方法。

背景技术

甘薯是我国四大粮食作物之一，现在55%以上转成工业原料。鲜甘薯内 含干物质约占30%、液体约占70%。

薯块经锉磨粉碎，甘薯淀粉用软水稀释分离后的甘薯细胞液（俗称与异 名：汁水、蛋白水、黄浆、废水等）有机质含量高，COD在10000~20000mg/L， 主要含有细渣、水溶性的淀粉、糖类、蛋白质、果胶、有机酸、油脂、各种 维生素和各种微量元素等混合物，其干物质平均为4.6%，此种高浓度废水常 被小、微淀粉厂排放，严重污染环境；或投入很高的治污成本，且浪费宝贵 的生物质资源。

甘薯渣（sweet potato residues）是鲜甘薯加工淀粉过程中产生的大量渣 滓和细胞液（cellsap），存放易受杂菌发酵而酸败，严重污染环境，造成生物 质再生资源巨大浪费。

甘薯渣折干计，一般含淀粉50%以上，纤维22%~26%，其主要构成是 纤维素、半纤维素、木质素和果胶等，是数以千计葡萄糖致密结构的碳水化 合物，难以为市售的康氏木霉分泌的纤维素酶所降解；糖蛋白复合物大量存 在于湿渣及细胞液废水中。甘薯经锉磨机细碎和筛理设备产生的淀粉分离出 来，薯渣中残留淀粉经α-淀粉酶液化和糖化酶糖化，其降解不完全；其他高 分子多糖更难降解，水解率低。蛋白与果胶不降解给下游工艺带来不良影响， 因此，急需寻找一种能够高效利用甘薯渣转化为葡萄糖的方法，开辟复合营 养源，寻求再生资源利用最大化。

发明内容

本发明的目的提供一种利用多酶联合水解制糖的方法，该方法能够提高 甘薯渣中糖的转化率，并获得复合C、N、VB等液体营养源。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案，包含以下步骤：

步骤1、取甘薯渣，细度：＜22.12μm约占总量30%，中位径38.02μm， ＜253.62μm约占总量90%，加甘薯细胞液废水调浆；

本发明所述干薯渣可为精细磋磨和多级筛理的干甘薯渣，或精细磋磨的 甘薯湿渣，甘薯湿渣从淀粉生产线分离后经压榨脱水、热风炉干燥、再粉碎 筛分。

在本发明的实施例中，选用的干薯渣粒径分布适宜酶水解和易于固液分 离的，即：＜5.95μm占总量10.03%；＜15.20μm占总量20.83%；＜22.12μm 占总量29.38%；＜32.19μm占总量42.02%；＜46.85μm占总量60.89%；＜ 90.35μm占总量80.02%；＜253.62μm占总量91.33%；＜711.90μm占总量 100%。

步骤2：在25~60℃，在pH2.5~6.0加酸性蛋白酶和果胶酶水解2~10h， 水解1~8h；升温110~120℃进行灭酶处理；调pH5.5~8.0，加耐高温α-淀粉 酶水解1~2h；降温40~65℃，调pH3.0~5.5，加糖化酶和纤维素酶水解10~20h。

步骤3：对步骤2酶解后的料液进行固液分离，液体浓缩即得复合营养 液糖，其基本成分为葡萄糖以及复合营养源。

所述复合营养源为C、N、VB和微量元素的液体混合物。

作为优选，步骤1所述调浆为按料液质量比1：4~6混合。

作为优选，步骤2每克料加酸性蛋白酶10~15U，每克料加9～30U果胶 酶。

作为优选，步骤2每克料加耐高温α-淀粉酶12~40U。

作为优选，步骤2每克料加糖化酶100~300U和每克料加70~200U纤维 素酶。

采用本发明所述方法，用国产市售的酸性蛋白酶和果胶酶、耐高温α-淀 粉酶、糖化酶和纤维素酶对甘薯渣酶法制糖，以不同的料液比进行比较，甘 薯渣干物质对葡萄糖转化率约59%，相对于甘薯渣中淀粉对还原糖的转化率 约100%，较传统双酶法的转化率有较大的提高。所述酶水解转化率是对甘 薯渣经酶法水解释放出的还原糖总量按葡萄糖计占试料甘薯渣干物质量的质 量分数，表明甘薯渣中各种多糖（淀粉及果胶、半纤维素和纤维素等）水解 的程度。

实验表明，薯渣中各种多糖组分用国产酶制剂水解技术难度大，特别是 纤维素和木质素降解制糖转化率低。本发明采用联合酶解的机理是：多酶的 协同作用，破坏细胞壁，拆开保护纤维素基质的果胶及结合态的糖蛋白，酶 促甘薯渣中多组分高分子多糖降解成单糖的生化反应，提高转化率，同时收 获C、N、VB等复合营养源。

本发明所述方法制得的样品经Dionex公司的HPAEC分析，选取PA10 分析柱，以18mM的NaOH为缓冲液，流速：1ml/min，每个样收集时间为 40min，鉴定基本为葡萄糖，是微生物发酵用的优质糖料，可用于工业发酵 行业。

本发明为治污增效，以甘薯渣和甘薯细胞液为原料，制造复合营养源， 可化“害”为“利”，变“废”为“宝”，这是当前开展生物质甘薯渣和细胞 液废弃资源综合利用的一项重要任务，具有显著的环保效益、社会效益和经 济效益。本发明所述方法工艺条件温和，工艺设备简单，专一性强，提高了 糖、氮转化率，产品品质纯，且能解决甘薯渣和细胞液废水严重污染环境问 题，具有良好的工业应用前景。

具体实施方式

本发明公开了一种利用甘薯渣和甘薯细胞液酶法制备复合营养液糖工 艺，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要 指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它 们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了 描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方 法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体 实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

将新鲜甘薯磋磨和筛理设备细碎筛分淀粉后的湿渣经压滤脱水、热风炉 干燥的干甘薯渣（水分15.02%、淀粉含量52.09%、粗蛋白2.88%），制糖时 再于粉碎细筛，称料5kg，用细胞液废水复水浸泡，经反复处理后湿渣＜ 5.95μm占总量10.03%；＜15.20μm占总量20.83%；＜22.12μm占总量29.38%； ＜32.19μm占总量42.02%；＜46.85μm占总量60.89%；＜90.35μm占总量 80.02%；＜253.62μm占总量91.33%；＜711.90μm占总量100%。在30L酶 解罐中，加甘薯细胞液调浆（料液比1：5），浆料调pH3.8，加酸性蛋白酶（Acid  protease）每克料加酶12U和果胶酶（pectinase）每克料加酶15U，45℃水解 4小时；升温110℃灭酶。用10%NaOH调pH6.5，加高温α-淀粉酶（Thermostable α-amylase）按每克料加酶20U，浆液升温105℃，保温45分钟，用I₂液测试 变红，液化结束。浆液降温至58℃，用稀酸调pH至5.0，60℃，加糖化酶 （Glucoamylase）每克料加酶120U3纤维素酶（cellulase）每克料加酶120U、 保温至20h左右，搅拌，浆液还原糖浓度不再升高，停止糖化。用离心机进 行固液分离得离心液；并对离心渣用水洗涤，离心得一次洗渣液，两者合并 检测与计算还原糖总量，对绝干薯渣的转化率为60.6%。相对于薯渣中“淀粉” 的转化率概算为102%；粗蛋白转化率达77%（原料总氮以国标凯氏定氮法 测定，而液相氨基酸态氮用国标甲醛滴定法测定）。

实施例2

将新鲜甘薯磋磨和筛理设备细碎筛分淀粉后的湿渣经压滤脱水、热风炉 干燥的干甘薯渣（水分15.02%、淀粉含量52.09%、粗蛋白2.88%），制糖时 再于粉碎细筛，称料5kg，用细胞液废水复水浸泡，经反复处理后湿渣＜ 22.12μm占总量近30%，中位径38.02μm，＜253.62μm约占90%，在30L 酶解罐中，加甘薯细胞液调浆（料液比1：4.5），浆料调pH4.5，加酸性蛋 白酶（Acid protease）每克料加酶10U和果胶酶（pectinase）每克料加酶20U， 45℃水解4小时；升温110℃灭酶。用10%NaOH调pH 5.5，加高温α-淀粉 酶（Thermostable α-amylase）按每克料加酶40U，浆液升温95℃，保温45 分钟，用I₂液测试变红，液化结束。浆液降温至58~60℃，用10%HCl调pH 至4.8，60℃，加糖化酶（Glucoamylase）每克料加酶100U和纤维素酶 （cellulase）每克料加酶100U、保温至20h左右，搅拌，浆液还原糖浓度不 再升高，停止糖化。用离心机进行固液分离得离心液；并对离心渣用水洗涤， 离心得一次洗渣液，两者合并检测与计算还原糖总量，对绝干薯渣的转化率 为59.0%。相对于薯渣中“淀粉”的转化率概算为100.2%；粗蛋白转化率达77 %（原料总氮以国标凯氏定氮法测定，而液相氨基酸态氮用国标甲醛滴定法 测定）。

实施例3

将新鲜甘薯磋磨和筛理设备细碎筛分淀粉后的湿渣经压滤脱水、热风炉 干燥的干甘薯渣（水分15.02%、淀粉含量52.09%、粗蛋白2.88%），制糖时 再于粉碎细筛，称料5kg，用细胞液废水复水浸泡，经反复处理后湿渣＜ 22.12μm占总量近30%，中位径38.02μm，＜253.62μm约占90%，在30L 酶解罐中，加甘薯细胞液调浆（料液比1：4），浆料调pH4.0，加酸性蛋白 酶（Acid protease）每克料加酶15U和果胶酶（pectinase）每克料加酶18U， 35℃水解4小时；升温110℃灭酶。用10%NaOH调pH7.5，加高温α-淀粉 酶（Thermostable α-amylase）按每克料加酶30U，浆液升温102℃，保温45 分钟，用I₂液测试变红，液化结束。浆液降温至60℃，用稀酸调pH至4.6， 60℃，加糖化酶（Glucoamylase）每克料加酶130U和纤维素酶（cellulase） 每克料加酶90保温至20h左右，搅拌，浆液还原糖浓度不再升高，停止糖化。 用离心机进行固液分离得离心液；并对离心渣用水洗涤，离心得一次洗渣液， 两者合并检测与计算还原糖总量，对绝干薯渣的转化率为58.5%。相对于薯 渣中“淀粉”的转化率概算为98.2%；粗蛋白转化率达77%（原料总氮以国标 凯氏定氮法测定，而液相氨基酸态氮用国标甲醛滴定法测定）。检测结果显 示复合营养液糖中总氮下降，氨基酸态氮上升，呈现不完整蛋白、肽和氨基 酸的含氮混合物。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。