发酵用液体葡萄糖工艺设计

发酵用液体葡萄糖工艺设计

第一节特殊的全连续喷射液化复合酶法制糖新工艺在味精生产厂中的应用

一、技术的可行性

(一)特殊的全连续喷射液化复合酶法生产葡萄糖新工艺的技术可行性

众所周知,以精制淀粉或大米等为原料,应用酸水解或酸酶法或酶酸法制葡萄糖,由于需要高温,高压和盐酸作催化剂,因此在生产葡萄糖的同时,必定伴有葡萄糖的复合分解反应,产生一些不可发酵性糖及其一系列有色物质,这不仅降低淀粉转化率,而且由于生产的糖液质量差,对发酵以及后道提取、精制都带来不利影响。尤其是粉浆浓度高时,DE值一般小于90％,透光率将低于30％(未加活性炭的过滤液)。

随着一次性高糖谷氨酸发酵工艺、低糖流加工艺、半连续发酵工艺的试验成功,改善谷氨酸发酵的碳源一葡萄糖的质量引起人们的高度重视,如何提高淀粉或大米的转化率和改善糖液质量,提高糖浓度已成为谷氨酸发酵工业亟待解决的一个重要问题(例如威海味精厂,1991年引进复旦大学FM84-415菌种进行中糖试验,发酵产酸水平虽高,但提取收率较低,因而试验失败)。

如果采用酶法制糖工艺,将能解决谷氨酸一次性高糖发酵或低糖流加发酵或半连续发酵的糖浓度以及糖液质量问题,为提高谷氨酸生产水平提供了一条新的途径。(例如威海味精厂1993年2月双酶糖试验成功后,重新以FM84-415为菌种进行中糖试验,1993年5月份,月平均产酸率为7.08％,月平均糖酸转化率为49.15％,月平均一次等电提取收率为85.06％)。

自1985年,淮海工学院进行酶制剂糖化小试工作,确定了糖化时间与酶用量的关系,对中温液化酶与高温液化酶进行了比较试验。并将酶糖用于谷氨酸发酵进行了摇瓶试验。

连续喷射液化双酶法生产葡萄糖技术,是淮海工学院的科研成果,我院于1989年在国内首先完成了以精制淀粉为原料,以连续喷射为液化方法,酶法制糖的工业化生产。

南方各味精厂生产葡萄糖是以大米为原料并且经湿磨磨成粉浆,我们用国内现有的几家连续喷射器进行反复试验后发现,由于大米渣较粗,无法工业化生产。后来我们吸收了国内外各种喷射器的优点,自己设计了一种新型喷射器(HYZ-1型、HYZ-2型、HYZ-3型、HYZ-4型、HYZ-5型及HYZ-6型)于1992年2月我院与江苏凯享生化实业(集团)公司如东生物化学总厂进行技术合作,科技实业家石瑞祥总经理甘为天下先,对原来的酶酸法制糖工艺进行了全面改进,如东生化总厂为连续喷射液化酶法制糖的工业化作出巨大的贡献和牺牲。经过双方共同努力,最后取得成功。米糖转化率大于72％(即100kg大米能制72kg以上纯糖),透光率为70％(420nm,721分光光度计测定,不加活性炭及助滤剂)。经过实践证明,以大米为原料,采用双酶法制糖工艺和连续喷射液化技术进行改造,设备投资少,上马快,淀粉转化率高,可以大幅度降低生产成本,解决了过滤困难,发酵泡沫多,糖化周期长等困难,完全达到了工业化要求,味精行业的老前辈冯容保老师对以大米为原料采用连续喷射液化工艺给予热情指导及大力支持,在他参观了如东生化总厂双酶糖车间后说：“以大米为原料进行连续喷射液化双酶法制糖如东生化总厂是国内第一家,液化液和糖化液采用一次性过滤也是国内第一家,应该全行业推广此项先进工艺”。

但是,如东生化总厂的液化工艺实为半连续喷射液化工艺,操作较复杂,蒸汽用量大,加上本工艺采用中温a-淀粉酶、固体糖化酶,DE值与国外先进水平相比还有差距,糖化终了有微量糊精,再者在该液化工艺中,中温a-淀粉酶用量大,过滤速度尚不理想,特别是对玉米淀粉来说,由于液化工艺不完善,导致液化不彻底。

针对以上问题,淮海工学院与南通生化制药厂,如东生化总厂,无锡星达生物工程有限公司合

作,对全连续喷射液化酶法制糖新工艺在味精生产的应用进行更深一步研究,提出喷射液化采用高温a-淀粉酶和高转化率糖化酶制取糖液,达到如下指标：

1、精制淀粉转化率≥96％

2、透光率70％(不加活性炭助滤剂的过滤糖液,420nm581-G光电比色计)。

3、由精制淀粉制备的葡萄糖浓度≥25％。

4、糖化液质量：透光清亮,无悬浮物,无糊精,DE值≥97％。

根据课题指标,先后在如东生化总厂、南通生化制药厂进行了工业性试验,最终全面完成上述指标,并在此基础上先后又在江苏海安、山东威海、浙江钱江等多家味精厂进行工业性推广应用,均获成功,并且上述指标进一步得到提高,如威海味精厂精制淀粉转化率>97％,透光率>85％(不加活性炭助滤剂的过滤糖液,420nm581-G光电比色计),由精制淀粉制备的葡萄糖浓度>32％,糖化液质量DE值≥98％。

尽管淮海工学院生物技术研究中心对课题推广取得了很大成绩,但是我国味精厂多数为中小企业,蒸汽不稳且压力偏低,大型的味精厂为过热蒸汽,对于低压或过热蒸气,应于HYZ型喷射器喷射液化生产很不稳定。为此,我中心又设计了低压蒸汽喷射液化器HYW型(已申请国家专利),并在青岛味精厂首先使用,经双方努力,最终取得巨大成功。喷射温度为105℃时,蒸汽压力需要lkgf／cm2即可进行喷射液化,HYW型低压蒸汽喷射液化(器)技术的出现,适合国情,为双酶糖的进一步推广应用,辅平了道路。但是由于原材料、蒸汽、水质等多方面的原因。一些单位不能达到较高水平,生产不太稳定,有待进一步研究提高。

(二)连续喷射液化双酶法生产葡萄糖新工艺的试验结果

1、改造完成后达到如下主要理化指标：

①淀粉水解完全,玉米精制淀粉的淀粉葡萄糖转化率为97.5％,最高达98％,比酸法转化率提高7％～10％,比酸酶法转化率提高3％～6％。大米米糖转化率为74％,最高达75％,比酶酸法提高10％以上。

②糖液的纯度高,葡萄糖值(DE值)可达98％以上。

③糖液质量好,色泽浅,不需脱色,未加活性炭的过滤液透光率大于90％。(420nm,721分光光度计测定)。不需要活性炭,不加助滤剂的过滤工艺技术属国内首创。

④糖液浓度由酸法的18％提高到酶法的34％以上。

2、连续喷射液化双酶法生产的糖液有利于发酵产酸、糖酸转化率及提取收率的提高。

①由于双酶糖液的质量比较稳定,因此双酶糖不仅可以作为后补流加糖,而且经过实践证明,只要适当减少生物素及无机盐的用量,双酶糖完全可作为底糖发酵。

②采用酶法水解条件温和,营养物质破坏少,可减少发酵中的生物素等培养基的用量。

③糖液发酵性好,发酵终了残糖低(小于0.2％),并且由于糖液浓度高,纯度高,可采用高糖发酵工艺或中途流加糖发酵工艺或半连续发酵工艺,产酸大于9.00％,糖酸转化率大于52%。

④由于采用特殊的全连续喷射液化,原料中淀粉液化、糖化彻底,无糊精存在,蛋白质凝聚效果好。因此,在发酵时与以前酸解糖或酶酸糖相比,泡沫并没有增加。并且进行高糖发酵时,等电提取收率不但不降低,反而高出2％以上。谷氨酸外观质量明显提高,透光率达70％以上(测定方法为：取5Kg麸酸溶解于0.5N的100ML的盐酸中,静止两小时后,用620NM测定)。

3、本工艺的其它优点：

①由于采用全连续喷射液化及特殊的液化工艺,原料中的淀粉液化彻底,蛋白质果胶类物质凝聚效果好,蛋白质与淀粉分离效果好。因此糖化过滤速度快,在不加任何助滤剂及活性炭的情况下液化、糖化采用一次性过滤,其速度高于液化液、糖化液单独过滤的任何一次,过滤面积仅为原来的5分之2,玉米淀粉糖过滤速度为150L／m2hr-0.2MP(糖浓度为30％,过滤速度为连续3小时的平均值,以下类同)；大米淀粉糖过滤速度为400L／m2hr-0.2MP,大米淀粉糖液化、糖化采用一次性过滤工艺技术属国内首创。一次性过滤的米渣由于受高温影响,米渣呈