酒精是一种高效、清洁的可再生能源,在未来的发展过程中将会受到越来越大的关注,在燃油加入 10%~15%的乙醇所得到的乙醇汽油已在我国部分省份推广。
小麦 B 淀粉是小麦淀粉、谷朊粉生产的副产物,其产量占面粉总量的 10% ~ 20%。
在小麦 B 淀粉中含有许多戊糖类物质与蛋白,难以提取利用。一般淀粉加工是用小麦作为原料,生产利用率可以达到 75% 左右,剩下的 1/4 都当废料浪费掉了,同时造成了环境污染,成为了一大难题。
淀粉加工所产生废液中淀粉颗粒较小,黏度大,亲水性强,不容易烘干,商业价值不高,直接排放将增加治污的难度,此时,选用B淀粉作为原料发酵酒精就显得意义重大。
β-葡聚糖酶
催化水解 β- 葡聚糖的多种酶的总称。作用方式不同,可分为内切型和外切型。前者存在于谷物种子、某些真菌和某些细菌中,能催化水解谷物细胞壁中的β-葡聚糖。
木聚糖酶
木聚糖酶,又称为1,4-β-木聚糖酶,利用液体发酵、过滤及干燥等技术制作得到,可分解麦芽汁中的聚糖类物质,降低麦芽汁黏度,改善麦芽汁过滤能力,避免产生非碳水化合物混浊,用于酿造酒类。
戊聚糖酶
在戊聚糖酶的催化下戊聚糖可以发生降解。添加戊聚糖酶能够改善面团的机械性能,有效改善面团的老化,增大面团体积和表面积。
普鲁兰酶
普鲁兰糖是麦芽三糖以α-1,6糖苷键连接起来的聚合物,普鲁兰酶能够水解普鲁兰糖,是淀粉酶的一种,可以分解支链淀粉分支点中的α-1,6糖苷键,最终得到直链淀粉。
根据发酵工艺不同,分以下几种:
传统发酵工艺
小麦B淀粉与60 ℃左右的温水混合,搅拌均匀后加入耐高温α-淀粉酶进行高温蒸煮液化,冷却降温到60 ℃糖化,糖化完全之后降温到30 ℃进行发酵。
同步糖化发酵法
即SSF法发酵工艺,取小麦B淀粉,与60 ℃水调浆,加入淀粉酶,保温30min,升温到105℃液化 2 h,调节pH值适宜后,添加糖化酶,然后接种酵母,在 30 ℃温度下发酵,不断振荡。
生料同步液化糖化发酵
小麦B淀粉与温水调浆,调节pH至4.5后,先添加淀粉酶,然后加入糖化酶,再加入活化后的酵母,在30 ℃温度下进行发酵。每隔相同时间测定料液中剩余还原糖量、残留的总糖量和其中酵母菌的数量,在144h停止反应。
生产过程中的物料比对酒精发酵的影响很大,添入水很少时,溶液过浓,易造成局部温度过高,添入水很多时,溶液过稀,酒精蒸馏耗能很高。当物料比减少时,残余总糖量不断减少,增大发酵液的体积可以提高酒精的产量。其后随着不断增加发酵液体积,可以看出发酵液体积增大会降低酒精含量,最终确定物料比为1∶ 4.5。
α-淀粉酶使发酵液黏度变小,利于酒精发酵持续进行。淀粉酶添加量不断提高,残留总糖量先降低,到达一定程度后缓慢增加,而乙醇浓度反而是先增加再降低,在淀粉酶添加量为20U/g时,残总糖最低 , 发酵效率为77.57%。
在酶量过少时,会造成淀粉糖化速度慢,影响酒精发酵。在酶量过多时,过多的糖类增加杂菌繁殖,最终导致发酵率偏低。在复合酶添加量为0.08%时,乙醇浓度最高,残留总糖最低,发酵料液中乙醇浓度为9.2%,发酵效率最高接近78%。最终在选取复合酶添加量为0.08%。
酵母菌有最佳生活和繁殖温度,在温度28~34 ℃时最为适宜,温度影响菌体的自身繁殖,复合酶的最适温度是40~62 ℃,综合两种因素,发酵温度为38℃时,酒度最高,乙醇浓度为9.2%,发酵效率为77.57%。
(1)酒精发酵最佳温度是38 ℃,最佳料液比是1∶4.5。
(2)耐高温淀粉酶的最佳添加量是20U/g,复合酶的最佳添加量是0.08%,培养时间为5d,pH为 4.5。
(3)优化后最佳发酵条件是:淀粉酶 20U/g,复合酶百分含量是0.08%,料液比1∶4.5,最佳温度:38℃。在此条件下,可得到酒精浓度9.2%,发酵效率 77.57%。