优化甘薯渣同步糖化发酵生产酒精工艺

◎ 李立平，陈文秀，吴冬志，吴伟伟

（吉林燃料乙醇有限公司，吉林 吉林 132101）

在我国，15%左右的甘薯被直接食用，另有45%的甘薯被应用到食品加工行业中。其中，淀粉生产占绝大部分，淀粉生产产生的甘薯渣中含有大量的淀粉和膳食纤维，可以用来制备酒精，从而减少行业污染。同时，还能提高淀粉加工企业的经济效益，可谓一举两得。

1 同步糖化发酵工艺

传统的酒精制备工艺中包含原材料的蒸煮和酒精的回收，这两个步骤需要耗费大量的人工成本和设备投资，使得传统的酒精制备方式成本较高，并不适用于甘薯废渣的利用。目前，在淀粉行业，人们普遍采用同步糖化发酵的工艺制备酒精，该工艺将水解和酒精发酵的过程放在同一个发酵罐中进行，能够直接制备酒精，从而简化了生产流程，减少了生产的总时间，提高了酒精制备的经济效益。

2 甘薯渣同步糖化发酵生产酒精的优化工艺

尽管同步糖化发酵工艺相比于传统的分布发酵工艺已经大大提高了制备酒精的效率，但是相关研究人员依然没有放弃通过控制反应条件来实现同步糖化发酵工艺的进一步优化，希望能够得到浓度更大、产率更高的酒精。生产工艺的优化需要建立在大量试验的基础上，下面将介绍试验的主要材料和方法步骤。

2.1 试验材料

甘薯渣选择某地淀粉厂加工后残留的甘薯渣，在50 ℃恒温下干燥，粉碎过筛，并在避光干燥环境中保存。测定甘薯渣中的基本成分如表1所示。

表1 甘薯渣基本成本表

表1中的数字表示各组分质量占总质量的百分比，平均值±偏差。

除甘薯渣外，试验中还需使用干酵母、耐高温α淀粉酶、高转化率糖化酶等制备酒精的催化物，以及用来检测淀粉含量的试剂及试剂盒。试验仪器包括旋转蒸发器、粉碎机、离心机、干燥箱、温度计、酒精计和电子天平等。

2.2 试验方法及流程

（1）同步糖化发酵工艺流程。称取干燥后的甘薯渣100 g，与250 g 60 ℃水混合配成高浓度醪液，在醪液中加入适量α淀粉酶，恒温水浴液化，液化后冷却至30 ℃。加入硫酸铵调节pH值后，加入糖化酶、活化后的酵母，放入培养箱内发酵。

（2）同步糖化发酵工艺的分析方法。同步糖化发酵工艺中包括的主要分析方法如下。①干酵母的活化。在无菌容器中放入一定量的干酵母和36 ℃左右2%的糖水，15 min后降温至30 ℃并静置1.0～1.5 h，使干酵母吸收水分，恢复原状。②还原糖的测定。还原糖的测定使用DNS比色法，将10 g发酵完成的醪液置入锥形瓶内，加入浓度为1 mol的盐酸溶液10 mL，混合均匀后100 ℃水浴，并在瓶口安装回流管，1 h后停止反应并冷却，用质量浓度为100 g/L的氢氧化钠溶液中和，过滤后加入DNS试剂，混合溶液呈现棕红色，棕红色的深度与还原糖数量有关，因此可以使用分光光度计测定棕红色物质的光密度值，从而进一步确定还原糖的数量。③酒精浓度的测定。取100 mL醪液置入500 mL容量蒸馏瓶中，随后加入100 mL蒸馏水，蒸馏得到100 mL溶液，用酒精计测量溶液中的酒精浓度，并换算成标准温度下的酒精浓度，以便于对比分析。

2.3 结果与分析

（1）影响同步糖化发酵工艺的单因素分析。试验中，α淀粉酶及糖化酶的用量、液化时间及温度、接种量及硫酸铵用量、发酵温度与实践、pH值均会对酒精浓度产生影响。其中，α淀粉酶、糖化酶液化时间、液化温度、pH值、发酵温度与酒精浓度的关系呈倒“V”关系，在一定范围内，酒精浓度随着各量的增加而增加，超过某一临界值后，继续增加酒精浓度则会减少；在某一浓度范围内，随着发酵时间、接种量和硫酸铵浓度的增加，酒精浓度会有明显增加，但是超过该浓度范围后，酒精浓度的增加将变得缓慢。

（2）响应面分析法优化发酵工艺。响应面分析法能够在多因素系统中筛选出对结果影响最大的因素。在同步糖化发酵生产酒精的试验中，通过建立模型对9个影响因素进行分析，发现糖化酶用量、发酵温度、接种量是影响酒精浓度的3个主要因素。在此基础上，借助最陡爬坡试验确定显著因素的合适范围，以糖化酶用量140 IU/g，接种量0.3%，发酵温度35 ℃作为响应面试验的中心点，在探讨了各参数相互作用的基础上，得到了同步糖化发酵工艺的最佳参数如表2所示。

表2 同步糖化发酵工艺最佳参数表

3 结语

在同步糖化发酵试验的基础上，建立数学模型对9个影响因素进行分析，得到影响酒精浓度的3个主要因素，并利用响应面优化与分析的方法，最终确定优化的同步糖化发酵工艺的各个参数，从而达到提高酒精产量和效率的目的。

参考文献：

[1]王 贤.甘薯渣发酵制备酒精及其醪液中膳食纤维的物化特性研究[D].乌鲁木齐：新疆农业大学，2011.