玉米淀粉加工复合酶制剂的生产与应用研究

玉米淀粉加工复合酶制剂的生产与应用研究工作报告1.1 课题来源1.2 项目研究的目的和意义玉米淀粉是以玉米粒为原料，通过亚硫酸浸泡、破碎筛选、分离洗涤、脱水烘干制成的产品，玉米淀粉除直接用于食品、造纸、纺织、医药等领域，绝大多数用于深加工。利于淀粉深加工产品主要有：淀粉糖、氨基酸、山梨醇、化工醇、燃料乙醇、有机酸等。另外，在玉米淀粉生产过程中，还可以得到玉米油、玉米纤维、蛋白粉和玉米浆等副产品。例如淀粉糖就有较高的经济价值和食用价值，被广泛应用于食品、医药、化工、发酵等行业中；山梨醇是淀粉糖的衍生物，主要用于生产维生素C，近年来国内需求旺盛；玉米浆是一种高蛋白营养物，同时含有丰富的维生素 B 和矿物质。国外利用玉米进行深加工而生产的产品有 3000 多种，而我国仅仅开发出 90 多种产品。近几年，由于变性淀粉及淀粉糖的大量投产及扩产有力地促进了全球玉米深加工的快速发展，2006 年全球玉米淀粉产量为 3940 万吨， 2007 年为 5400 万吨，2010 年超过了 8000 万吨，我国玉米淀粉的产量从 2009 年到 2011 年每年 15%-20%的增速发展，2009 年玉米淀粉产量为 2170 万吨， 2010 年产量为 3350 万吨，居世界第二位。但人均消费淀粉只有美国人均消费的 8%，欧盟的 32%。未来一定的时期，随着我国居民消费水平的提升机饮食习惯的转变，玉米淀粉的消费潜力仍有极大的空间。目前，国际上生产玉米淀粉普遍采用“湿法生产玉米淀粉法” ，这种技术就是对玉米先行进行浸泡，然后通过粉碎、筛分、离心、挤压、过滤等机械方法进行分离和干燥来提取。这类生产技术的缺点是分离物的分离效果差、纯度有限，深加工提纯成本高，能耗大等。因此，如何提高玉米淀粉的得率、纯度和降低能耗（水、电、煤）生产技术已成为玉米淀粉生产企业迫切需求。近年来国内外科研人员不断研究改进玉米 1淀粉的生产工艺，如利用高压和复合酶联合浸泡生产法等，这类方法生产玉米淀粉大多采用亚硫酸或在浸泡液中添加蛋白酶，对玉米淀粉产品的质量、应用及深加工和环保都带来一定的影响，蛋白酶会将玉米淀粉中部分蛋白质水解，这最终会导致最具有经济价值的蛋白质的损失，而且溶解在水中的可溶性蛋白会污染排放的工艺水，不利于环保。为了提高玉米淀粉产品的得率和纯度，最大限度的降低玉米淀粉生产中的能耗，更大的满足客户和市场的要求，提高企业的经济效益，公司决定设立课题组，利用酶法对湿法生产玉米淀粉加工艺进行改进和优化设计研究。通过此次玉米淀粉加工复合酶制剂应用研究，研发出一种新型玉米淀粉加工复合酶，该复合酶通过水解玉米中纤维素、半纤维素，降低纤维素、半纤维素的持水性和粘度，提高分离效果，达到提高淀粉收率、蛋白收得率，降低能耗、提高产品品质和设备利用率，提高公司经济效益和社会效益的目的。1.3 技术方案的论证本课题的技术方案是利用纤维素、半纤维素特别是木聚糖具有极强的亲水性（木聚糖可吸收自身 1020 倍水分） ，通过玉米粉浆中非淀粉多糖酶 NSP，使玉米籽粒中的细胞壁及种皮联接纤维有效破裂或分离，可有效地降低玉米粉浆粘度，提高淀粉、蛋白、胚芽、纤维的分离效果和效率这一特性，研发一种由纤维素酶、木聚糖酶、-葡聚糖酶等酶制剂组成的复合酶制剂。该复合酶制剂在玉米淀粉加工的洗涤、脱水与干燥步骤之前加入酶制剂，添加至工艺水或针磨前罐中，通过酶制剂的分解作用提高淀粉和蛋白的收率和品质，通过试验确定组成该复合酶制剂的酶组分，以及生产玉米淀粉中该复合酶制剂的添加参数和加工工艺。项目立项后，查阅了大量文献和咨询了酶制剂方面的业内人士，确定了试验技术方案。本方案分为两部分实施：第一部分进行玉米淀粉加工复合酶制剂中纤维素酶、木聚糖酶等酶制剂的组分研究，第二部分进行该酶制剂的添加量研究。对于该技术方案，公司组织专门人员对国内外玉米淀粉加工规模、生产工艺、技术难点、酶法加工法的应用等情况进行了全面而有细致的调研，召开了的技术论证会，聘请国内酶制剂行业专家、全国发酵工业协会专家、江南大学教授与课题 2组成员一道进行了论证。与会专家一致认为该技术方案利用木聚糖极强的亲水性来提高玉米籽粒中的细胞壁及种皮联接纤维分离效果技术理论性强，科学依据充分，能够实现资源的综合利用，大力提高玉米淀粉加工复合酶在玉米淀粉生产中的应用，降低玉米淀粉生产企业的生产成本，符合玉米淀粉加工业的发展趋势，该技术方案操作性较强，能够在较短时间内完成研发任务，建议予以实施。1.4 研发工作的组织与管理由于生物产业在我国是一项新兴产业，国家大力发展生物产品，酶制剂更是高新技术产品，工艺试验比较复杂，课题工作的任务较重，针对本项目的特点，公司成立了由技术总监任组长的玉米淀粉加工复合酶制剂研发课题组，课题组确定总课题的研究目标和总体方案，精心设计项目的实施方案和步骤。由课题负责人具体落实各项研究任务，给每项任务的负责人明确目标和研究重点。课题组又分为两个实施小组，第一小组主要负责酶制剂组分和添加量的实验室试验、产品的检测和试验结果的综合分析，主要由白银赛诺酶制剂应用技术研究中心实施完成。第二小组主要负责该产品的应用试验厂家的选择和相关专业人士的选聘，与厂家一道进行应用试验与产品推广，以及应用过程中问题的分析与反馈。在项目实施的每一阶段课题组都及时召开项目实施小组成员会议，分析项目实施效果，落实下一阶段的试验任务。项目负责人协调安排和及时沟通、总结，为项目的顺利事实提供了组织保证。在全体课题组成员的共同努力下，各项工作进行的较为顺利，较好地完成了研发协议书所确定的各项工作任务。1.5 项目计划目标(1) 降低玉米中纤维素、半纤维素的持水性，提高分离效果；(2) 优化现有玉米淀粉的加工工艺和生产技术参数；(3)降低能耗，达到提高淀粉收率、蛋白收得率；(4) 考察、选择、配置合适的玉米淀粉加工复合酶制剂设备；（5）制定 玉米淀粉加工复合酶制剂 企业标准，并推荐企业标准升为行业 3标准。1.6 项目实施情况1.6.1 研发前的准备工作(2009.072009.12)考察玉米淀粉加工复合酶制剂应用的可行性。公司组织专门人员对国内外玉米淀粉加工规模、生产工艺、技术难点、酶法加工法的应用等情况进行了全面而有细致的调研考察，经对玉米淀粉加工企业调查，发现目前国内外普遍采用湿法加工工艺进行玉米淀粉加工，即先用浓度 0.2%-0.25%亚硫酸浸泡玉米后，破碎旋分胚芽，再粉碎脱胚后的玉米淀粉浆，用曲筛和离心机分离出淀粉、蛋白、纤维，最后洗涤、脱水烘干制成玉米淀粉、玉米蛋白粉、玉米胚芽，浸泡液为玉米浆。此工艺虽然产品提取率高，副产品多，但浸泡、粉碎、分离、干燥，需要大量的能量和水，亚硫酸等物质对人体和环境影响严重，生产中能耗较大。究其原因主要是玉米原料中的非淀粉多糖有较高的吸水性，造成该工艺中淀粉、蛋白分离和产品脱水困难，纤维、胚芽洗涤和脱水困难，设备选型和工艺参数也不合理。而利用纤维素、半纤维素特别是木聚糖具有极强的亲水性特性（木聚糖可吸收自身 1020 倍水分） ，通过玉米粉浆中非淀粉多糖酶 NSP，使玉米籽粒中的细胞壁及种皮联接纤维有效破裂或分离，可有效地解决玉米粉浆粘度高、亲水性强，淀粉、蛋白、胚芽得出率低的问题。本公司业务就是研发、生产、销售酶制剂，研发技术力量雄厚，完全可以解决这一难题。1.6.2 玉米淀粉加工复合酶制剂实验室研发 (2010.012010.12) (1)纤维素酶、木聚糖酶等酶制剂的制备:1)纤维素酶的制备原料: 中国工业微生物菌种保藏管理中心提供的李氏木霉菌种（编号13051） 、秸秆、麸皮、玉米浆、无机盐等。制备过程：第一步通过斜面菌种制备、茄子瓶斜面的制备、孢子悬浮液的制备，对菌种进行培养；然后再进行种子的扩大培养，得种子扩大培养种液。 4第二步通过液体深层发酵得发酵醪液。第三步通过提纯、干燥得到粉状纤维素酶。2)木聚糖酶制备原料: 中国工业微生物菌种保藏管理中心提供的黑曲霉菌种（编号40613） 、玉米秸秆粉、植物纤维素粉、微晶纤维素、玉米浆、乳糖、麸皮、无机盐、硫酸铵、磷酸二氢钾等。制备方法：制备过程：第一步通过斜面菌种制备、茄子瓶斜面的制备、孢子悬浮液的制备，对菌种进行培养；然后再进行种子的扩大培养，得种子扩大培养种液。第二步通过液体深层发酵得发酵醪液。第三步通过提纯、干燥得到粉状木聚糖酶。3)通过以上方法制备其他复合酶中所需的酶制剂1.6.3 复合酶的组分研究为降低原料的亲水性，破解玉米细胞壁，选择合适的酶种，再如何复配，使其协同性最佳，使用温度和 pH 条件适合生产原有工艺，采用如下具体措施和技术方案：(1)实验室实验，筛选不同菌种生产的纤维素酶、木聚糖酶、B-葡聚糖酶，根据其降低原料的亲水性，破解玉米细胞壁的特性和作用大小确定玉米淀粉加工复合酶中的酶制剂组成种类。(2)将确定的各类酶制剂复配成各不同比例的复合酶制剂，通过大量实验，检测其在玉米淀粉加工中的作用，经过反复试验，最后确定出复合酶中纤维素酶和木聚糖酶的最佳组分为 3:7。51.6.4 酶的添加点玉米淀粉加工工艺复杂，流水线长，寻找合适的添加点，既能达到最好的效果，又可减少使用量，根据每个加工单位工艺特点，选择浸泡后干燥前合适的添加点添加（ 最适加量应根据工厂过程参数及赛诺工程师建议确定)以达到理想效果。依据以上试验研究出的最佳组分进行玉米淀粉加工复合酶的添加量试验。先设定一个添加量，将酶制剂自这个设定量起，每增加 0.005%设定为一个试验添加量，共试验 10 种试验添加量，然后进行不同量的玉米加工生产测试，得出玉米淀粉酶制剂在不同添加量的作用下玉米淀粉和蛋白质得率、纯度、能量消耗等数值，最后筛选出了以下几种最稳定、数值最佳的添加量，1.6.5 应用效果评估因国内工厂所用原料杂乱，产能较大，生产工艺复杂，流水线较长，影响因素较多，如何短期有效的评估试验效果，以日加工 2000 吨玉米的工厂为例，那么每天需要 200kg 的酶样品，试验需要 5-10 天，甚至更长时间，试验样品投入费用巨大。如何短期内评估试验效果是试验关键，也是产品推广应用的关键之一，我们采用以下技术方案来评估试验效果：(1)工艺水的淀粉和蛋白含量变化(2)湿基纤维皮、胚芽、淀粉、蛋白粉中蛋白和淀粉含量变化(3)湿基纤维、胚芽、蛋白粉水分变化(4)成品各项收率(5)生产效率、故障率的变化(6)蒸汽、电、水的消耗的变化(7)产品品质的变化61.6.6 产品中试情况(2010.102011.10)我公司研发人员自 2010 年 10 月份起，在不同规模的玉米淀粉加工厂进行玉米淀粉加工复合酶制剂应用试验，主要在长春大成玉米淀粉开发有限公司、金成玉米淀粉开发有限公司等企业进行实验。试验溶剂分别是 5001000L 和 8001000L 酶制剂添加罐，试验方案是对酶制剂用 5 倍工艺水进行稀释、已流加方式进行添加、对溶解后的酶制剂进行不间断的搅拌，分别在 200 吨/日、800 吨/ 日、1200 吨/日、2000 吨/日的湿法玉米加工生产线上进行试验。通过半年的产品应用试验跟踪、检验分析、数据统计、生产过程观察等工作，目前各项技术指标趋于成熟和稳定。试验表明：运用玉米淀粉加工复合酶制剂生产玉米淀粉，纤维洗涤效果明显提高；加酶后系统物料粘度降低，洗涤效果明显改善，效率提高，曲筛更换清洗周期延长；加酶后生产系统比较顺畅，设备故障率降低。下列生产指标有所提高：湿基纤维水分降低 5 个百分点、湿基纤维中淀粉含量降低2.3 百分点；湿基胚芽水分降低 5.6 百分点、 胚芽总淀粉平均含量降低 2.2 个百分点；玉米淀粉收得率提高 1.1 个百分点、干基蛋白粉蛋白含量提高 0.48 个百分点、电耗量降低 6 千瓦时/ 吨淀粉、水耗量降低 0.05 吨/吨淀粉、蒸汽耗量降低 0.07 吨/吨淀粉；这为本公司和玉米淀粉加工企业带来了良好的经济效益，我公司的玉米淀粉加工复合酶制剂产能为1000 吨/年，2011 年改善批量生产玉米淀粉加工复合酶制剂 150 吨，为企业增加产值 1200 万元，目前产品正处在市场开拓阶段。1.7 项目的创新点和取得的研究成果(1)该复合酶制剂能够降低玉米纤维素、半纤维素持水性，破坏其组织结构，提高淀粉、蛋白的收率，利于淀粉、纤维、胚芽的洗涤，减少洗涤用水，降低湿基纤维、胚芽、蛋白粉含水量，减少干燥用蒸汽量，进而极大地节约了能耗，减少排污。(2)利用膜分离技术，提高非淀粉多糖酶纯度，除去酶液中淀粉酶和蛋白酶等淀粉多糖酶，排除对淀粉加工中得率的影响。(3)酶法加工玉米淀粉工艺所用的酶制剂随工艺水（循环使用）进入亚硫酸 7浸泡液，有限破解细胞壁，利于水和亚硫酸渗透，大大减少亚硫酸用量，降低了酶制剂的投入成本。我公司是国内首家研制并运用玉米淀粉加工复合酶制剂酶生产玉米淀粉的企业，该技术已经取得了国家发明专利受理权，申请号或专利号：201110118242.71.8 经费使用情况本项目研究经费由白银赛诺生物科技有限公司提供。经费的使用本着从实际出发，充分利用和现有设备仪器，节约材料、节约能源和提高工效的原则。经费的使用情况见表 1-1表 1-1 经费支出明细表名 称 试验材料费设备购置费 试验能源费 资 料 费 差 旅 费 咨 询 费 管 理 费中试及生产开拓资金鉴定验收费 合计金 额（万元）15.0 75.0 8.0 2.0 5.04.0 3.0 35.0 3.0 150.0备 注 预留1.9 存在问题(1)由于玉米品种较多，不同品种的玉米其结构、成分、含量，尤其是纤维素、半纤维素含量不同，有的甚至相差很大，故需要进一步研究酶制剂的针对性，细化酶制剂的品种。(2)由于本产品采用真菌产生的酶制剂，故其组分中的淀粉酶、蛋白酶有待进一步钝化，以进一步提高淀粉、蛋白的得率与纯度。81.10 课题组成员情况姓名 何新民性别 出生年月 男1962.11职称 工程师职务 技术总监项目负责课题组负责人，组织实施了研发工作。确定了本研发项目，审查研发方案和技术路线，指导研发工作。 负责产品中试及工艺优化，组织进行了产品的工业化试验。制定研发方案和技术路线，负责研发的试验室工作提供全面的技术人才和资金支持 实验工艺优化 产品应用试验 产品应用试验 产品应用试验具体负责产品的实验室分析化验，各类数据的查证孙维国 男 1964.1高级工程师副董事长王双敬 女 1967.09 中级职称 销售总监俞 锋 男 1969.09 中级职称 研发中心经理丁少明 崔 强 徐会勇 田 彪 孙忠玉 白玉川男 男 男 男 男 女中级职称 董事长 技术员 技术员 技术员 技术员 技术员1966.01 中级职称 1975.1中级职称1981.05 初级职称 1978.05 中级职称 1986.09 初级职称9技 术 报 告2.1 研究背景及概况玉米淀粉是以玉米粒为原料，通过亚硫酸浸泡，破碎筛分、分离洗涤、脱水烘干制成的产品。玉米淀粉除直接用于食品、造纸、纺织、医药等领域外，绝大多数用于深加工，用于制取葡萄糖、果糖、麦芽糖等，其衍生物山梨醇用于生产维生素 C。淀粉的基础上进行改性的变性淀粉是近几年新发展起来的产品，广泛应用于造纸、纺织、食品、饲料、医药、日化、石油等工业，使用量最大的是造纸、食品和纺织品等行业，前景很好。玉米淀粉生产过程中的副产品是：玉米胚芽、玉米纤维、蛋白粉和玉米浆，玉米胚芽可以生产玉米油，具有抑制胆固醇增加的保健食物油，食用价值只低于橄榄油；蛋白粉主要作为生产高蛋白饲料的原料，也可用来生产醇溶蛋白等其他工业产品。玉米浆是一种高蛋白的营养物，同时含有丰富的维生素 B 和矿物质，是微生物发酵优良培养基。纤维皮可替代部分能量的动物饲料，也是未来深加工食用膳食纤维的好原料。我国玉米淀粉的产量从 1999 年到 2011 年呈逐年增长趋势， 2010 年加工玉米 3800 万吨。本技术是针对现有玉米淀粉生产技术中存在的玉米淀粉、蛋白质得率不高、提纯度低、能量消耗大问题，研发的一种采用酶法生产玉米淀粉的新方法，该方法是采用酶法对传统的湿法加工工艺进行改进和优化的基础上，在玉米分离过程中添加复合酶制剂（该复合酶制剂的组分主要为纤维素酶、木聚糖酶） ，以提高机械分离效果和分离效率，进而有效地提高分离物纯度、收得率，同时提高蛋白粉的收率，并能够有效地节约能耗。2.2 目前技术现状：目前，玉米淀粉加工国内外普遍采用湿法加工工艺，即先用浓度 0.2%-0.25%亚硫酸浸泡玉米后，破碎旋分胚芽，再粉碎脱胚后的玉米原浆，用曲筛和离心机分离出淀粉、蛋白、纤维，最后洗涤、脱水烘干制成玉米淀粉、玉米蛋白粉、玉米胚芽，浸泡液为玉米浆。此工艺虽然产品提取率高，副产品多，但浸泡、粉碎、分离、干燥，需要大量的能量和水，亚硫酸等物质对人体和环境影响严重。玉米 10原料中的非淀粉多糖有较高的吸水性，造成该工艺中淀粉、蛋白分离和产品脱水困难，纤维、胚芽洗涤和脱水困难，增加干燥用能。2.3 技术依据本技术的产生依据就是利用纤维素酶或半纤维素酶能将玉米籽粒中的细胞壁及种皮连接的纤维破裂或分离的特征，使植物细胞壁很快分解或崩溃使得玉米籽粒中的纤维素、半纤维素的有效分解可促进种皮、胚乳淀粉、蛋白质、胚芽纤维等物质有效分离；利用木聚糖酶能最大限度地降低半纤维素的亲水性，因此，能够降低纤维素物质的含水量，所以提高了浓缩和干燥效率，降低了浓缩和干燥用蒸汽量，进而极大地节约了能耗。玉米淀粉加工复合酶是纤维素酶和木聚糖酶的组合。由于“酶法生产玉米淀粉法”一方面可以提高淀粉得率与质量，另一方面降低能耗与减少环境污染。因此，用此技术生产玉米淀粉将是淀粉生产的发展趋势。2.4 技术路线玉米淀粉加工复合酶制剂组分中的纤维素酶、木聚糖酶和 -葡聚糖酶都是白银赛诺生物科技有限公司按照中国工业微生物菌种保藏管理中心记载的菌种存活温度进行发酵生产的产品。玉米淀粉加工复合酶制剂组属于本公司的专用菌株发酵并经过复配技术生产出来酶制剂，生产方法是运用相同的生产工艺和不同的生产原料生产出?-葡聚糖酶和木聚糖酶，再将这两种酶制剂进行复配生产出玉米淀粉专用酶制剂。其技术路线为：11目前，除本公司正在中试生产该产品外，国内市场上还没有玉米淀粉专用酶制剂，玉米淀粉“酶法生产法”还没有在生产中得到应用。2.5 玉米淀粉加工复合酶制剂生产技术研究2.5.1 纤维素酶和木聚糖酶的制备(1)纤维素酶的制备原料: 中国工业微生物菌种保藏管理中心提供的李氏木霉菌种（编号13051） 、秸秆、麸皮、玉米浆、无机盐等。1)斜面菌种制备：将木霉菌株种在无菌条件下转接到 PDA 培养基斜面，在 30下培养 12 天，待斜面长满取出放于 4冷藏备用。2)茄子瓶斜面的制备：将斜面菌种在无菌条件下转接到 PDA 茄子瓶斜面，在 30下培养 12 天待茄子瓶斜面长满取出放于 4冷藏备用。3)孢子悬浮液的制备：将茄子瓶斜面以接种量 6%的比例，在无菌条件下转入 5 升三角瓶的无菌水中，将三角瓶中的孢子悬浮液在无菌条件下转入 5 升接种瓶中。124)种子扩大培养：将秸秆、麸皮和无机盐等按一定的比例投入 6m3的种子罐内，用自来水定容到 3m3,搅拌均匀，蒸汽灭菌后，待温度降到30-32时接入孢子悬浮液，在风量比为 1:02-0.5，温度为 30-32，罐压为 0.050.07Mpa 条件下培养 2836h，得种子扩大培养种液。5)液体深层发酵：将秸秆、麸皮和无机盐等按一定的比例投入 80m3的种子罐内，用自来水定容到 50m3,搅拌均匀，蒸汽灭菌后，待温度降到30-32时接入种子扩大培养种液，在风量比为 1:02-0.5，温度为 30-32 ，罐压为 0.050.08Mpa 条件下培养 98110h，得发酵醪液。6)纤维素酶的提纯：利用聚丙烯板框过滤机将发酵醪液进行固液分离，得到滤渣和纤维素酶清夜，纤维素酶清夜采用中空纤维膜（分子量 10000道尔顿）进行超滤浓缩约 7 倍，打入储料罐待干燥。7)干燥：将浓缩好的纤维素酶液采用压力式干燥塔喷雾干燥，进口温度 125-135，出口温度 60-70，得到粉状纤维素酶。8)标准化：将粉状的纤维素酶加入淀粉等载体复配成所需的产品(2)木聚糖酶制备原料: 中国工业微生物菌种保藏管理中心提供的黑曲霉菌种(编号40613） 、玉米秸秆粉、植物纤维素粉、微晶纤维素、玉米浆、乳糖、麸皮、无机盐、硫酸铵、磷酸二氢钾等。1)斜面菌种制备：将黑曲霉菌株种在无菌条件下转接到 PDA 培养基斜面，在 30下培养 12 天，待斜面长满取出放于 4冷藏备用。2)种子悬浮液的制备：将斜面菌种在无菌条件下转入已制备好的液体培养基的 5 升三级培养瓶（乳糖、麸皮和无机盐等按比例加入，PH5.0 5.8，灭菌）中，在摇床转速 180rpm200rpm,29-32条件下培养 36h，得木聚糖酶种子悬浮液备用。133)种子扩大培养：将乳糖、麸皮和无机盐等按一定的比例投入 6m3的种子罐内，用自来水定容到 3m3,搅拌均匀，蒸汽灭菌后，待温度降到29-32时接入木聚糖酶种子悬浮液，在风量比为 1:1-1.2，温度为 29-32 ，罐压为 0.050.07Mpa，转速 183rpm300rpm 条件下培养 3236h，得种子扩大培养种液。4)液体深层发酵：将乳糖、麸皮和无机盐等按一定的比例投入 80m3的种子罐内，用自来水定容到 50m3,搅拌均匀，蒸汽灭菌后，待温度降到30-32时接入种子扩大培养种液，在风量比为 1:1-1.2，温度为 29-32，罐压为 0.050.08Mpa，转速 18.rpm300rpm 条件下培养 140150h，得发酵醪液。5)木聚糖酶的提纯：利用聚丙烯板框过滤机将发酵醪液进行固液分离，得到滤渣和木聚糖酶清夜，纤维素酶清夜采用中空纤维膜（分子量 10000道尔顿）进行超滤浓缩约 7 倍，打入储料罐待干燥。6)干燥：将浓缩好的木聚糖酶液采用压力式干燥塔喷雾干燥，进口温度 125-135，出口温度 60-70，得到粉状纤维素酶。7)标准化：将粉状的木聚糖酶加入淀粉等载体复配成所需的产品2.5.2 玉米淀粉加工复合酶实验室制备在实验室进行玉米淀粉加工，对公司生产的纤维素酶和木聚糖酶所组合而成的玉米淀粉加工复合酶进行比例筛选。筛选出一个最合适的组合比例和添加量。(1)组合比例的筛选根据玉米淀粉专用酶的组份、特性和作用分析，玉米淀粉加工复合酶添加量最佳值应在在 0.0010.05%之间，根据纤维素酶、木聚糖酶的特性、作用分析纤维素酶和木聚糖酶的最佳组合比例应在 1：2.0 1：3.0 之间。因此研发课题组先设定玉米淀粉加工复合酶的添加量为0.015%对纤维素酶和木聚糖酶进行最佳组合比例筛选。先按1：2.0、1：2.1、1：2.2、1：2.3、 、 、 、 、 、1：2.8、1 ：2.9 的比例配制了 10份试验用玉米淀粉加工复合酶制剂，然后分别用其本身重量的 510 倍工艺水进行溶解，再根据商品玉米加工流量计算酶液流加体积， 14分别用于实验室玉米淀粉的加工生产中。得出了玉米淀粉加工复合酶制剂在不同组合比例的作用下玉米淀粉和蛋白质得率、纯度、能量消耗等数值，其中以下 6 种组合比例各类数值较好，这几种比例分别为1：2.1、1：2.2、1：2.3、1:2.4 、1 ：2.5、1：2.6。其试验的各项数值见表2-1。表 2-1淀粉收得率（%） 蛋白质收得率（%） 蒸汽用量（吨/吨淀粉）水耗量(吨/吨粉) 电耗量(度/吨粉) 纤维水分（%） 淀粉收得率（%）69.5 4.91 0.74 1.19 111 58.38 69.569.6 5.07 0.72 1.17 1.09 57.68 69.669.68 5.12 0.7 1.16 109 56.77 69.6869.61 5.11 0.71 1.14 110 57.11 69.6169.43 4.96 0.74 1.17 113 58.64 69.4369.2 4.83 0.75 1.19 113 59.27 69.2从以上 6 种比例的试验数据可以看出 1： 2.3、1 ：2.4 两种组合比例的试验数值最优，然后在 1：2.31 ：2.4 的最佳比例值内再细分为以下 10 个比例进行二次筛选，这些比例值分别为1：2.30、1：2.31、1：2.32 、1：2.33、1 ：2.34、1：2.35、1 ：2.36、1：2.37、1：2.38、1 ：2.39。采用以上过程反复进行筛选，最终确定最稳定的几种最佳比例分别为1：2.31、1：2.32、1：2.33 、1：2.34、1 ：2.35、 。其试验的各项数值见表2-2。表 2-2淀粉收得率（%） 69.32 蛋白质收得率（%） 蒸汽用量（吨/吨淀粉）水耗量（吨/ 吨淀粉） 电耗量（度/ 吨淀粉） 纤维水分（%）69.61 5.07 0.72 1.17 109 56.8869.65 5.12 0.71 1.16 109 56.6969.51 5.11 0.7 1.16 110 57.1569.26 5.09 0.73 1.18 111 57.27155.02 0.72 1.17 110 57.43纤维连接淀粉（%） 13.02 12.83 12.36 12.77 13.49通过对以上 5 种比例试验后的各项数据进行测算，1 ：2.33 为最佳组合比例。 (2)添加量的筛选依据以上试验得出的 1：2.33 最佳组合比例进行玉米淀粉加工复合酶的添加量试验。设置添加量在 0.0010.05%之间。将酶制剂自 0.001%起，每增加 0.005%设定为一个试验添加量，至 0.05%共 10 种试验添加量，然后进行不同量的玉米加工生产测试，得出玉米淀粉酶制剂在不同添加量的作用下玉米淀粉和蛋白质得率、纯度、能量消耗等数值，最后筛选出了以下几种最稳定、数值最佳的添加量，分别为0.001%、0.005%、0.010% 、0.015%、0.020%、0.025%。其试验的各项数值见表 2-3。表 2-3淀粉收得率（%） 蛋白质收得率（%） 蒸汽用量（吨/吨淀粉） 水耗量（吨/吨淀粉） 电耗量（度/ 吨淀粉） 纤维水分（%） 纤维连接淀粉（%）69.57 4.93 0.72 1.18 111 58.18 14.2169.7 5.05 0.71 1.16 1.09 57.2 13.969.7 5.15 0.7 1.16 109 56.51 12.7169.58 5.12 0.72 1.14 110 57.06 13.0169.42 4.95 0.73 1.16 113 58.13 14.75通过对以上 5 种添加量试验后的各项数据进行测算，0.010% 为最佳添加量。 (3)玉米淀粉加工复合酶最佳组合比例和添加量的确定对以上筛选的各项最佳比例及添加量进行经济指标验算，确定玉米淀粉加工复合酶的最终比例为 1：2.33 （30%：70%） 、添加量为0.01%（万分之一） 。(4)产品的试生产按最终筛选确定的最佳组合比例试生产新产品 1 吨。162.5.3 玉米淀粉加工复合酶的工业化应用实验按照研发计划，公司在实验室小试结束后，联系了三家规模不同的玉米淀粉生产企业进行产品的工业化应用实验，三家企业我们共选定1200 吨/日、800 吨/日、200 吨/日三条生产线，并于 2011 年 5 月将试生产的 1 吨玉米淀粉加工复合酶无偿提供这几家企业进行工业化应用实验，经过一年的应用实验，效果良好。实验情况如下：(1)1200 吨/日玉米淀粉生产线实验酶制剂的添加：玉米淀粉加工复合酶组合的比例为纤维素酶 30%，木聚糖酶 70%，添加量 0.01%。酶制剂添加点为工艺水罐，持续流加 30天。见表 2-4。表 2-4 对 比 项 加工工艺平均时间 淀粉收得率（ %） 蛋白质收得率（%） 蒸汽用量（吨/吨淀粉） 水耗量（吨/吨淀粉） 电耗量（度/吨）纤维水分（%） 纤维连接淀粉（%）传统湿法工艺30 天 68.6 4.67 0.76 1.2 114 61.42 15.4玉米淀粉专用酶工艺30 天 69.7 5.15 0.69 1.15 108 56.42 12.1变化情况增加 1.1 增加 0.48 降低 0.07 降低 0.05 降低 6 降低 5 降低 3.3(2)800 吨/ 日玉米淀粉生产线实验酶制剂的添加：玉米淀粉加工复合酶组合的比例为纤维素酶 30%，木聚糖酶 70%，添加量 0.01%，48 小时后调整为 0.008%。酶制剂添加点为玉米细磨前，持续流加 7 天。见表 2-5。表 2-5 对 比 项加工工艺平均时间（天）淀粉收得率（%） 蛋白质收得率（%）传统湿法工艺7 65.52 4.6玉米淀粉专用酶工艺7 66.55 4.76变化情况增加 1.03 增加 0.1617蒸汽用量（吨/ 吨淀粉） 水耗量（吨/ 吨淀粉） 电耗量（度/吨）0.67 1.30 1240.60 1.22 115降低 0.07 降低 0.08 降低 9(3)200 吨/ 日玉米淀粉生产线实验酶制剂的添加：玉米淀粉加工复合酶组合的比例为纤维素酶 30%，木聚糖酶 70%，添加量 0.01%，持续流加 7 天。见表 2-6。表 2-6对 比 项加工工艺平均时间（天） 淀粉收得率（%） 蛋白质收得率（%） 蒸汽用量（吨/ 吨淀粉） 水耗量（吨/ 吨淀粉） 电耗量（度/吨）传统湿法工艺7 65 4.8 0.67 1.32 117玉米淀粉专用酶工艺7 65.5 4.90 0.65 1.21 113变化情况增加 0.5 增加 0.1 降低 0.02 降低 0.08 降低 42.5.4 试验结果效益分析 (1)技术经济指标该产品在我国最大玉米淀粉加工基地山东和吉林的主要生产企业如山东西王集团，吉林中粮集团、大成集团的应用，取得如下技术经济指标：1）湿基纤维水分：平均水分由原来的 61.42降低到 56.42，降低 5 个百分点。见图2-1。18图 2-12）湿基纤维中淀粉含量：总淀粉平均含量由原来的 17.7降到 15.4 ，降低 2.3 个百分点。连接淀粉平均含量由原来的 15.4降到 12.1，降低 3.3 个百分点。见图2-2。图 2-23)湿基胚芽水分: (以降低一个百分点计 )胚芽平均水分由原来的 54.63降低到 48.98，降低 5.65 个百分点。见图 2-3。19图 2-34）湿基胚芽淀粉含量：胚芽总淀粉平均含量由原来的 13.5降到 11.3 ，降低 2.2 个百分点。连接淀粉平均含量由原来的 11.3降到 9.8，降低 1.5 个百分点。见图 2-4。图 2-45)淀粉收率淀粉平均收率由原来的 70.58%提高到 71.58%,提高了 1 个百分点。见图 2-5。 20图 2-56)干基蛋白粉蛋白含量：蛋白含收率由原来的平均 4.67%提高到 5.15%,提高了 0.48 个百分点。见图 2-6。图 2-67）日平均淀粉产量:日平均淀粉产量提高 5.0%。见图 2-7。21图 2-78）电消耗：吨淀粉所需电量由原来的平均 114 度降低到 108 度，吨淀粉节约 6度电。见图 2-8。图 2-89)水单耗：22吨淀粉所需水量由原来的平均 1.2 吨降低到 1.15 吨, 吨淀粉节约水0.05 吨。见图 2-9。图 2-910)汽单耗：吨淀粉蒸汽量由原来平均 0.76 吨降低到 0.69 吨,吨淀粉节约蒸汽 0.07吨。见图 2-10。图 2-10232.6 技术特征、主要技术指标、创新点及知识产权状况2.6.1 技术特征在玉米淀粉的洗涤、脱水与干燥步骤之前加入酶制剂，所述酶制剂为纤维素酶、木聚糖酶、-葡聚糖酶组成的复合酶制剂。添加至工艺水或针磨前罐中，以玉米的重量计，该酶制剂的添加量为 0.0010.08%。该酶作用玉米粉浆中非淀粉多糖 NSP，使玉米籽粒中的细胞壁及种皮联接纤维有效破裂或分离；纤维素、半纤维素特别是木聚糖具有极强的亲水性，木聚糖可吸收自身 10 20 倍水分。通过酶制剂的分解作用可有效地降低玉米粉浆粘度、亲水性，提高淀粉、蛋白、胚芽、纤维的分离效果和效率，提高淀粉和蛋白的收率和品质， 提高设备利用率、降低设备故障率和设备损伤率。 纤维亲水性的降低，使湿纤维、湿胚芽、湿蛋白的含水量大幅降低，降低其干燥能耗。2.6.2 主要技术指标酶活(1)纤维素酶： 45u/g(2)木聚糖酶： 230 万 u/g(3)B-葡聚糖酶：500 万 u/g2.6.3 作用条件(1)温度：最适温度 35-55，有效温度 30-60。(2)pH 值：最适 pH 值 3.8-5.5。 有效 pH 值 3.5-6.5。2.6.4 添加量推荐加量：0.01-0.8( 以玉米重量计，最适加量应根据工厂过程参数及赛诺工程师建议确定)242.6.5 创新点(1)采用酶法加工玉米淀粉工艺，是玉米淀粉加工行业的首创和革新。其符合食品添加剂标准，并到得生产许可证。(2)该酶法加工玉米淀粉工艺中所述的酶是纤维素酶、木聚糖酶或其组合，能够降低玉米亲水性，破坏其组织结构，提高淀粉、蛋白的收率，利于淀粉、纤维、胚芽的洗涤，减少洗涤用水，降低湿基纤维、胚芽、蛋白粉含水量，减少干燥用蒸汽量，进而极大地节约了能耗，减少排污。(3)利用膜分离技术，提高非淀粉多糖酶纯度，除去酶液中淀粉酶和蛋白酶等淀粉多糖酶，排除对淀粉加工中得率的影响。(4)酶法加工玉米淀粉工艺所用的酶制剂随工艺水（循环使用）进入亚硫酸浸泡液，有限破解细胞壁，利于水和亚硫酸渗透，大大减少亚硫酸用量，可使添加量降低 30%以上，减少环境污染。(5)该酶法加工玉米淀粉工艺所采用的酶制剂半衰期长（半衰期为大于 96 小时）使含有酶制剂的工艺水在循环使用中可持续发挥作用，降低了酶制剂的投入成本。2.6.6 知识产权情况我公司是国内首家利用本技术生产玉米淀粉专用酶的企业，该产品生产技术已经取得了国家发明专利受理权，申请号或专利号：201110118242-7。2.7 解决关键技术的具体措施、技术方案2.7.1 酶的添加点玉米淀粉加工工艺复杂，流水线长，寻找合适的添加点，既能达到最好的效果，又可减少使用量，根据每个加工单位工艺特点，选择浸泡后干燥前合适的添加点添加（ 最适加量应根据工厂过程参数及赛诺工程师建议确定)以达到理想效果。252.7.2 复合酶的酶种选择和组成为降低原料的亲水性，破解玉米细胞壁，选择合适的酶种，再如何进行复配，使其协同性最佳，使用温度和 pH 条件适合生产原有工艺。采用如下具体措施和技术方案：(1)实验室实验，筛选不同菌种生产的纤维素酶、木聚糖酶、B-葡聚糖酶，确定生产菌。(2)用诱变技术提高所选菌种