[发明专利]一种快速降低薯类粘度的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物发酵技术领域，涉及一种快速降低薯类粘度的方法。

背景技术

甘薯，芭蕉芋、木薯、葛根等薯类，具有较高含量的淀粉和可溶性糖等可发酵物质，且价格低廉，是发酵制备乙醇的理想原料。随着石油资源的日趋枯竭和环境污染日益加重，开发利用这些薯类原料制取清洁可再生的车用替代液体燃料，对于我国能源结构多元化、缓解化石能源供应压力、保障能源安全具有极其重要的作用。

但是，上述薯类原料均为粘度大(大于10万mpa.S)、流动性差的非牛顿流体(一般的发酵液粘度小于100mPa.S)。采用传统工艺进行乙醇发酵，发酵醪传输、传质、传热困难，将会造成发酵体系局部乙醇浓度、温度、二氧化碳浓度升高(Thomas，1995)，从而对乙醇生产微生物产生严重抑制作用，一般菌种很难在这种高粘度环境下正常代谢，导致原料的乙醇发酵效率低，如Srikanta(1992)发现新鲜木薯高浓度发酵时因粘度过高导致发酵效率降低。同时，过高的粘度还会造成原料中的淀粉水解不完全，从而影响原料的利用率(Ingledew，1999；Wang，2008)。而且，粘度过高的发酵醪很容易在传输管道、冷却设备和蒸馏系统中淤积或堵塞，从而造成整条生产线的瘫痪。为解决此问题，目前多采用加水增加流动性的方法(Thomas，1995；Srichuwong，2009)，一般添加与原料1∶1的水。这在增加流动性的同时，不可避免地将醪液中的可发酵糖浓度降低至10％左右，从而导致最终乙醇浓度只有5％-6％。燃料乙醇生产过程中蒸馏能耗占全部生产能耗的60％以上，乙醇浓度越低，蒸馏能耗越高，所以，现有技术乙醇生产过程中的蒸馏能耗和废液排放量较高，不符合能源生产的能量产出最大化原则和节能减排的目标。

因此，粘度大已成为现有技术薯类原料发酵的共性技术瓶颈问题，要改善目前薯类原料发酵水平低的现状，必需从根源上解决原料粘度高的问题。目前还没有针对性地降低薯类原料粘度的报道，已有的一些降低淀粉质原料粘度的报道需要至少两种酶协同作用或反复酶处理，操作程序复杂。因此，本发明公开一种高效快速的降低薯类原料粘度的方法，通过简单的操作程序，即可降低薯类原料粘度，提高发酵醪乙醇浓度，极大提高乙醇生产效能，增强乙醇生产的竞争力。

发明内容

本发明的目的是针对现有薯类乙醇发酵技术水平低的根本原因——原料粘度高，发明一种高效降低薯类粘度的新方法，以降低乙醇生产成本。

本发明所要解决的技术问题可以通过如下工艺单元实现：原料调浆；液化；高温处理；降粘。具体工艺如下：

1.调浆：甘薯、木薯、芭蕉芋、葛根等新鲜薯类原料洗净、打浆，按照发酵所需糖浓度加入一定比例的自来水调浆。

2.液化：按照90KNU kg^-1～150KNU kg^-1淀粉在薯浆中添加α-淀粉酶，80℃～90℃液化至碘反应为红棕色。

3.高温处理：调浆后且液化前或液化后将薯浆在90℃～130℃高温下作用5min～60min。

4.降粘：温度降低至30℃～50℃时，每公斤薯浆中添加0.05～0.1g降粘酶，30℃～50℃作用0.5h～3h。

步骤2与步骤3可以交换顺序。

所述的α-淀粉酶标准酶活力为90KNU·g^-1，酶活定义为在37℃，pH 5.6时，每小时水解5.26克淀粉的酶量为1个KNU。

所述的降粘酶为α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶。标准酶活力为19U/mg蛋白，酶活定义为在pH 4.0，40℃的条件下，每分钟从浓度为5mM的4-硝基苯基-a-阿拉伯糖苷中释放1μmol的还原糖所需要的酶量为一个酶活力单位U。

所述的粘度测定仪器为上海尼润智能科技有限公司生产的RDV-2+PRO型数字式旋转粘度计。

本发明通过添加一种酶即可大幅度降低薯类原料粘度，工艺路线简单、可靠，成本低廉。可有效解决制约我国薯类原料发酵的共性技术瓶颈问题，大幅度提升我国薯类原料发酵的技术水平和发酵过程的经济性。

具体实施方式

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但并非是对本发明的技术方案的限制，本领域技术人员应该理解，依然可以对发明进行修改或等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的保护范围之中。

对照例1.(未经降粘处理)