（制糖工程专业论文）从糖蜜酒精成熟醪酵母中提取β13葡聚糖的研究.pdf

从糖蜜酒精成熟醪酵母中提取p l ，3 一葡聚糖的研究 摘要 2 1 世纪是资源与环境的时代，合理利用资源，保护环境是国民经济持 续发展的必然要求。本课题以综合利用为指导思想，首次提出从酒精生产 源头上改变工艺，回收醪液中的酒精酵母实现酒精和酵母高附加值产品的 联产，将酒精废酵母变废为宝，增加经济效益。既可提高废液回用率，又 可减少废水污染负荷，减少排污治理费用，为制糖行业产品结构调整和副 产物综合利用开拓新的有效途径，为工业化生产提供了切实可行的依据。 项目研究了基础理论及各环节工艺条件，简要归纳以下： 1 确定成熟醪离心的工艺条件以及酵母泥化学洗涤的工艺条件：洗涤 水量3 0 ，洗涤次数3 次，离心转数3 0 0 0 r m i n ，离心时间1 0m i n ；酵母泥 化学洗涤先经过1 7 5 酒石酸洗涤3 0 m i n ，再用o 1 的碳酸氢钠洗涤。在 此条件下酒精酵母得率达1 5 ，成熟醪酒精损失3 。所得酒精酵母的总 糖含量高于鲜酵母。 2 检测比较了常规工艺与新工艺的废液技术指标的差异，并试验了废 液代替清水的回用率。新工艺酒精废液s s 下降了5 3 3 ，c o d 下降了3 4 ，b o d 下降了5 6 9 ，大大减轻了废液治理难度。新工艺酒精废液代替 清水回用率可达2 0 ，比常规工艺废液回用率提高了4 倍，酵母洗涤废液 的回用率达7 0 。 3 以酒精酵母为原料，研究确定了自溶一超声波酶解碱溶氧化法优化 p 1 ，3 葡聚糖的制备工艺，实现p l ，3 一葡聚糖与酵母抽提物的联产。利用 单因素实验和正交实验确定了影响多糖纯度最重要的影响因素，然后利用 响应面分析法得出酶添加量a 、碱溶温度b 、碱溶浓度c 三个因素与多糖 纯度( y ) 之间的回归方程为： y = 11 7 4 317 5 + 0 1 7 5 5 x a + 2 7 3 2 1 2 x b + 5 9 3 0 7 5 x c 6 7 5 x 1 0 4 x a b 4 5 x 1 0 一a c 0 2 5 3 x b c 1 1 2 6 7 x 1 0 4 x a 2 0 1 6 0 6 x b 2 - 5 6 4 6 7 x c 2 确定了最佳工艺条件为：酶添加量为4 7 0 u g ，碱溶浓度3 2 ，碱溶温 度8 1 5 * 0 。在最佳工艺条件下，酵母抽提物得率达6 9 9 2 ，多糖得率达1 5 0 2 ，p 1 ，3 葡聚糖含量7 6 2 1 、蛋白质含量1 5 2 。 4 以啤酒酵母、活性干酵母为原料与酒精酵母比较进行多糖提取实验， 通过比较产品的组分得知：本研究的提取工艺也适用于啤酒酵母和活性干 酵母；酒精酵母中p 1 ，3 葡聚糖的总量高于啤酒酵母和活性干酵母，证明 了酒精酵母提取p 1 ，3 葡聚糖具有较大的开发潜力。 5 对酵母多糖样品进行了理化性质分析、初步纯度鉴定、单糖组分分 析和分子结构分析，研究结果表明：酵母多糖样品难溶于水及多种有机溶 剂，能在二甲基亚砜中形成稳定的悬浮液，产品由单一组分葡萄糖组成，1 3 葡聚糖分枝度约为2 1 ，表明本实验制备的p 1 ，3 葡聚糖具有较高的生物 活性。 关键词：酒精成熟醪回用率酵母抽提物d l ，3 葡聚糖 s t u d yo ne x t r a c t i o no fp - 1 ，3 - g l u c a n f r o ma l c o h o ly e a s ti n 丛t u r ef e r 匝n t e d m o l a ss e s 【a s h a b s t r a c t t h e21s tc e n t u r yi sr e s o u r c e sa n dt h ee n v i r o n m e n tt i m e ，u s i n gt h er e s o u r c e s ， p r o t e c t i n g t h ee n v i r o n m e n ti si n e v i t a b l er e q u e s to ft h en a t i o n a le c o n o m y s u s t a i n e dd e v e l o p m e n t t h i st o p i ct a k et h e u t i l i z a t i o na st h e g u i d i n gp r i n c i p l e ，p r o p o s e dt h et e c h n i c a lc h a n g e sd u r i n ga l c o h o lp r o d u c t i o nf o r t h ef i r s tt i m e ，r e c y c l e dt h ea l c o h o ly e a s tf r o mf e r m e n t e dm a s hi no r d e rt oa c h i e v e t h ec o - p r o d u c t i o no fh i 曲a d d i t i o n a lv a l u ep r o d u c t s ，s u c ha sa l c o h o la n dt h e y e a s t ，r e c y c l e dw a s t ea l c o h o ly e a s tt oi n c r e a s et h ee c o n o m i ce f f f i c i e n c y t h i s e x p e r i m e n ta i m st oi n c r e a s er e u s er a t eo fw a s t el i q u i d ，r e d u c et h ep o l l u t i o nl o a d o fw a s t ew a t e r , a n dc u td o w nt h ee x p e n s e so fp o l l u t i o nt r e a t m e n t ，d e v e l o pan e w e f f i c i e n tp a t hf o rt h ep r o d u c t i o ns t r u c t u r ea d j u s t m e n to fs u g a rm a n u f a c t u r i n g i n d u s t r ya n dc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fb y p r o d u c t s ，a n dp r o v i d et h ep r a c t i c a l a n df e a s i b l eb a s i sf o rt h ei n d u s t r i a l i z a t i o np r o d u c t i o n t h ep r o j e c th a ss t u d i e dt h e i g b a s i ct h e o r ya n dt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n so fv a r i o u sa s p e c t s ，i n d u c e sb r i e f l ya s b e l o w ： 1 d e t e r m i n e dt h ec e n t r i f u g a lc o n d i t i o n so fm a t u r ef e r m e n t e dm a s ha n d t e c h n i c a lc o n d i t i o n so f y e a s tp u t t yc h e m i c a lw a s h i n g ：t h ev o l u m eo fw a s hw a t e r i s30 ，t h en u m b e ro fw a s ht i m e i s 3 , t h ec e n t r i f u g a lr o t a t i o n i s 30 0 0 r m i n ，c e n t r i f u g a lt i m ei slo m ；t h e y e a s t p u t t yc h e m i c a lw a s h i n gu s e s 1 7 5 t a r t a r i ca c i dt ow a s h3 0m i nf i r s t ，t h e nu s e so 1 s o d i u mb i c a r b o n a t et o w a s h u n d e rt h i sc o n d i t i o n s ，t h ey i e l do fd i s t i l l e r yy e a s tr e a c h e s1 5 ，t h em a t u r e f e r m e n t e dm a s ha l c o h o ll o s e s3 ，t h et o t a ls u g a rc o n t e n to fo b t a i n e dd i s t i l l e r y y e a s ti sh i g h e rt h a nf r e s hy d a s t 2 t h ee x a m i n a t i o nh a sc o m p a r e dt h et e c h n i c a li n d e xd i f f e r e n c e sb e t w e e n c o n v e n t i o n a lc r a f ta n dt h en e wc r a f tw a s t el i q u i d ，a n de x p e r i m e n t e dt h er e u s e r a t eo fu s i n gw a s t el i q u i dt or e p l a c ec l e a rw a t e r t h es t u d ys h o wt h a tt h es so f n e wc r a f ta l c o h o lw a s t el i q u i dd r o p p e d5 3 3 ，c o dd e c r e a s e d3 4 ，b o d d r o p p e d5 6 9 ，t h i sa d d e dt or e d u c et h ed i f f i c u l t yo fw a s t el i q u i dt r e a t m e n t g r e a t l y t h er e u s er a t eo fu s i n gw a s t el i q u i dt or e p l a c ec l e a rw a t e rh a sr e a c h e dt o 2 0 ，e n h a n c e df o u rt i m e sc o m p a r e dt ot h ec o n v e n t i o n a lc r a f t ，a n dt h er e u s er a t e o f y e a s tw a s h i n gw a s t el i q u i dr e a c h e d7 0 3 t h es t u d yt a l c e dt h ed i s t i l l e r yy e a s ta sr a wm a t e r i a l ，h a sd e t e r m i n e dt h e a u t o l y s i s u l t r a s o n i c - e n z y m o l y s i s - a l k a l id i s s o l v e d - o x i d a t i o np r o c e s st oo p t i m i z e t h e p r e p a r a t i o n c r a f to fp 一1 ，3 一g l u c a n ，a n da c h i e v e dt h e c o p r o d u c t i o n o f p - l ，3 - g l u c a na n dy e a s te x t r a c t s t h ee x p e r i m e n th a su s e dt h es i n g l ef a c t o r i v e x p e r i m e n ta n dt h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n tt od e t e r m i n et h em o s ti n f l u e n c i n g f a c t o r so fp o l y s a c c h a r i d ep u r i t y , a n dh a su s e dt h es u r f a c ea n a l y t i cm e t h o dt o o b t a i nt h er e g r e s s i o ne q u a t i o nb e t w e e nt h r e ef a c t o r so ft h ea d d i t i o no fe n z y m e a ，t h ea l k a l id i s s o l u t i o nt e m p e r a t u r eb ，t h ea l k a l id i s s o l u t i o nc o n c e n t r a t i o nc ，a n d t h ep o l y s a c c h a r i d ep u r i t y i s ： y = 一l1 7 4 31 7 5 + 0 1 7 5 5 x a + 2 7 3 2 1 2 x b + 5 9 3 0 7 5 x c 6 7 5 x1 0 r 4 a b 4 5 x 1 0 一x a c 0 2 5 3 x b c 1 1 2 6 7 1 0 4 a 2 0 1 6 0 6 x b 2 - 5 6 4 6 7 x c 2 t h i ss t u d yh a sd e t e r m i n e dt h eb e s t t e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n s a r e ：t h e a d d i t i o no fe n z y m ei s4 7 0 u g ，t h ea l k a l id i s s o l u t i o nc o n c e n t r a t i o ni s3 2 ，t h e 。 a l k a l id i s s o l u t i o n t e m p e r a t u r e i s81 5 c u n d e rt h eb e s t t e c h n o l o g i c a l c o n d i t i o n s ，t h ey i e l do fy e a s te x t r a c t sa n dp o l y s a c c h a r i d er e a c h e d6 9 9 2 ，15 0 2 ，r e s p e c t i v e l y ；t h ec o n t e n to 邱- 1 ，3 一g l u c a na n dp r o t e i na r e 7 6 2 1 ，1 5 2 一 4 t h es t u d yh a st a k e nt h eb e e ry e a s t 、t h ea c t i v ed r y y e a s ta sr a w m a t e r i a l o nt h ep o l y s a c c h a r i d ee x t r a c t i o ne x p e r i m e n tt oc o m p a r ew i t ht h ed i s t i l l e r y y e a s t t h r o u g h t h e c o m p o n e n tc o m p a r i s o n ，w e h a s a c q u i r e d ：t h e e x t r a c t i o n p r o c e s so ft h i sr e s e a r c hi sa l s os u i t a b l ef o rt h eb e e ry e a s ta n dt h ea c t i v ed r y y e a s t ；t h ed i s t i l l e r yy e a s tc o n t a i nm o r e8 - 1 ，3 一g l u c a nt h a nb e e ry e a s ta n da c t i v e d r yy e a s t ，t h i sh a sp r o v e nt h ee x t r a c t i o no fp 一1 ，3 一g l u c a nf r o md i s t i l l e r yy e a s th a s t h eb i gd e v e l o p m e n tp o t e n t i a l 5 t h i ss t u d yh a sc a l t yo nt h ec h e m i c a lp r o p e r t ya n a l y s i so ft h ey e a s t p o l y s a c c h a r i d es a m p l e ，t h ep r e l i m i n a r y p u r i t ya p p r a i s a l ，t h e m o n o s a c c h a r i d e v p r o x i m a t ea n a l y s i s a n dt h em o l e c u l a rs t r u c t u r e a n a l y s i s t h ef i n d i n g s i n d i c a t e d ：t h ey e a s tp o l y s a e c h a r i d es a m p l ed i f f i c u l tt od i s s o l v ei nt h ew a t e ra n d m a n yk i n d so fo r g a n i cs o l v e n t s ，c a nf o r mt h es t a b l es u s p e n d i n gl i q u i di nt h e d i m e t h y l s u l f o x i d e t h ep r o d u c t i s c o m p o s e d o f g l u c o s e a st h es o l e c o m p o n e n t ，t h eb r a n c h i n gd e g r e eo f 3 - g l u c a ni s21 ，t h er e s u l t ss h o w st h a tt h e p 一1 ，3 一g l u c a np r e p a r e di nt h ee x p e r i m e n tp r o v e dt oh a v et h et h eh i 曲b i o l o g i c a l a c t i v i t y k e yw o r d s ：a l c o h o l ；m a t u r ef e r m e n t e dm a s h ；r e u s er a t e ；y e a s t e x t r a c t ； d 一1 ，3 - g l u c a n v i 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有，本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文 的研究内容。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成果，也不包含 本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集 体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名： 学位论文使用授权说明 朋年多月，君日 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 哦口时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名 一名：多f 敬彩年二月 从蕾l 酒精成| b 睁醇母中提取卢一1 ，3 一葡聚糖的研究 1 1 论文的选题背景 第一章文献综述 制糖工业是广西的支柱产业之一，甘蔗糖蜜是制糖过程的副产品，用其生产酒精的 成本低，可获取较好的经济效益。但酒精生产过程中所产生的酒精废液，是难降解的高 浓度有机废水，具有高c o d 和b o d ，p h 在3 8 - 4 5 之间，颜色深，难处理等特点。 每生产1 吨酒精会产生1 2 1 5 吨废液，酒精废液中c o d 约为8 0 0 0 0 - 1 6 0 0 0 0 m g l ，该 废液的直接排放已经对我区四江流域的水环境造成了严重的污染，极大的影响了人民的 生活，制约了制糖工业的发展【i 】。广西已经有数十家糖厂因为酒精废液的污染问题而被 迫停掉酒精的生产。因此，解决酒精废液污染问题已成为酒精工业是否可持续发展的问 题。 当前，可持续发展和环境污染的治理已被提到核心的地位，糖蜜酒精废液治理技术 虽然经多年研究，但还没有找到投资省、运行费用低、达标可靠的技术。目前的治理思 维大多是从治理废液污染入手，而很少见有从源头上改善酒精生产工艺来减轻废液治理 难度的报道。从经济角度考虑，废弃物综合利用，进行高附加值产品研究开发是改善环 境、提高经济效益、促进国民经济可持续发展的重大举措。因此，有必要进一步改善酒 精生产工艺，将糖蜜酒精成熟醪预处理回收酒精废酵母，上清液蒸酒而减轻废液治理难 度，提高废液回用率，减少废液排放量；并将酒精废酵母作为资源加以开发利用，变废 为宝，增加经济效益，对当前面临生死存亡的甘蔗糖蜜酒精车间来说具有非常重大的意 义，并为实现甘蔗糖业的清洁生产与循环经济作出贡献。 1 1 1 用糖蜜生产酒精的工艺流程 广西是我国的重要的产糖区，广西生产了全国糖总产量的6 0 左右。制糖过程中大 概会产生3 4 的废糖蜜，因此每年产生的糖蜜数量非常巨大，甘蔗糖蜜常作为酒精 发酵的碳源被利用。酒精是目前世界上历史最悠久、产量最大的发酵工业产品之一，在 从糖蜜酒精成熟醪酵母中提取最一1 3 一前聚糖的研究 饮料工业、化学工业、医药工业应用广泛。 甘蔗糖蜜是白糖生产的过程中得到的最终糖蜜，为棕黄色至深褐色均匀浓稠液体， 粘度很大，含有5 0 左右的蔗糖和还原糖，绝大部分为可发酵性糖。糖蜜中的其他成分 大多可以作为微生物的养料。糖蜜一般只需要经过适当的稀释，有时需补充少量的氮、 磷等营养物质，就可利用酵母将之发酵获得酒精。用糖蜜生产酒精，具有生产周期短， 设备简单等特点，与淀粉生产酒精相比，可省去粉碎、蒸煮、糖化、制曲等工序，缩短 周期，节省能源。因此糖蜜是酒精生产中成本较低、工艺操作简便的优质原料。 用糖蜜生产酒精现有工艺的生产流程如图1 1 所示【2 】： 图i - i 糖蜜生产酒精现有工艺的生产流程 f i g 1 - 1t h ee x i s t e n c et e c h n o l o g i c a lp r o c e s so fp r o d u c i n ga l c o h o lb ym o l a s s e s 1 1 2 糖蜜酒精废液的危害和治理技术 酒精是一种重要的工业原料，具有十分广泛的应用和发展前景。但同时，酒精工业 又是一个污染十分严重的行业。甘蔗糖蜜酒精废液是利用糖厂制糖副产物糖蜜，经发酵 后醪液在初馏塔蒸馏出酒精后所排放的废液。此废液c o d8 1 2 x 1 0 4 m g l ，b o d 54 6 x 1 0 4m g l ，p h 3 5 - - - ，4 5 ，糖分1 9 2 8 ，固形物含量1 0 - - 一1 2 。固形物中，有机 质约占7 0 ，灰分约占3 0 。还含有s 0 4 2 、c 1 、有机酸等，是高色度、高浓度的酸性 有机废水【3 l 。以甘蔗糖蜜为原料，每生产i t 酒精排放的高浓度有机废水约1 2 - - 一1 5 t ，含 总有机物o 7 1 t ，是我国排放的有机污染物浓度最高、造成水环境污染最严重的第二大 轻工业【4 】。 糖蜜酒精废液治理技术虽然经多年研究，但还没有找到投资省、运行费用低、达标 可靠的技术，使糖蜜酒精废液治理问题成为我国环境保护工作中老大难问题之一。目前， 各糖蜜酒精生产厂对酒精废液的治理，主要采用的方法由图卜2 所示； 2 从蘑蜜酒精成藏聪母中提取口一1 3 一葡粟糖的研兜 图1 2 糖蜜酒精废液主要治理方法 f i g 1 - 2t h e m 融nt r e a t m e n tm e t h o do ns u g a rm o l a s s e sa l c o h o lh 馏鼬el i q u i d 由于糖蜜酒精废液中含有大量的色素类生物难降解的物质，因此仅从生化处理，或 者经生产单细胞蛋白劣质消减c o d 后再生化处理，废液仍很难达标排放。将酒精废液蒸 发浓缩、干燥，制备肥料、饲料，是一种解决污染的常用方法，但由于蒸发浓缩需要消 耗大量的能量，浓缩后生产复合肥料，需要解决从废液中降低钾盐的技术，用化学法除 钾，技术上是可行的，但经济上难以接受，而且复合肥料价格不高。堆肥、浓缩后堆肥 或生产复合肥，因肥料使用季节性，周转的资金大，生产占地大，特别是酒精废液中含 有大量的硫酸钙，直接灌溉农田或生产肥料后，在非酸性土壤中长期使用，有可能造成“ 土壤板结，使土壤产生根本性的破坏。各单纯的物化处理均存在一定的不足或缺点，处 理效果也很难达到废水排放标准。浓缩焚烧法用日处理4 0 0 立方米酒精废液的系统，每 天的处理费用高达0 7 1 2 万元1 5 1 ，企业为保护环境付出的代价太大。 。在执行环保高标准的今天，酒精废液处理作为酒精生产不可缺少的环节，使酒精生 产成本大大提高，目前的治理思维大多是从治理废液污染入手，而很少见有从源头上改 变酒精生产工艺来减轻废液治理难度的报道。 1 1 3 酒精成熟醪回收废酵母新工艺 在糖蜜发酵过程中，各厂家都比较注重生产的正常维持和获得良好经济效益等问 题，但对酒精成熟醪中于物质的影响重视不够，以致蒸馏塔结垢严重和酒精废液处理难 度居高不下等问题。酒精成熟醪是一种成分复杂的混合液体，其中水分约为8 0 - - 9 0 ， 酒精含量约为1 0 ，干物质含量约1 0 ，干物质中主要包括酵母菌体、胶体、无机盐等。 从并蜜酒精成熟醪醇母中提取母一1 3 一萄聚糖的研完 其中酵母成份经蒸酒后残留在废醪液中成为废液中b o d 的主要来源，且酵母菌体是酒精 废液中最难降解的物质，胶体、钙盐容易造成蒸馏塔结垢塞塔。目前酒精车间直接将发 酵成熟醪送入蒸馏塔，结果造成初馏塔经常结垢塞塔现象，且排放的废液中含有大量的 酵母残体，不仅为后期废液处理带来极大困难，而且浪费了酒精酵母资源。如果对发酵 成熟醪进行预处理，这样类似的问题是可以解决的。 酒精发酵完毕时，在1 立方米发酵成熟醪中，含有约1 5 1 8 k g 含水量为7 5 且具有 酶活的酒精酵母，每生产十吨酒精将产生一吨含水量为7 5 酒精酵母泥【4 】，通过离心分 离的方法实现成熟醪固液分离，其中大部分不溶性悬浮物质如酵母菌体、胶体、无机盐 等被分离出来，离心分离后的上清醪液进入蒸馏塔，此时醪液中无机盐含量、酵母菌体、 胶体物质大大减少，从而减轻了蒸馏塔结垢程度，同时酒精蒸馏后排放出的釜液c o d ， b o d 大大降低，进而减轻了糖蜜酒精废液治理的难度，降低废液处理成本，提高废液的 回用率，能够以一定的比例在发酵系统中直接循环使用，合理利用废液中的各种营养物 质，减少废液排放量，节约生产用水，有利于实现清洁生产。而从成熟醪中分离出酵母 泥，进一步除去杂质得到纯净的酒精酵母泥，并将酒精废酵母作为资源进行高附加值产 品研究可发，变废为宝，增加经济效益。酒精成熟醪回收废酵母新工艺不仅是糖厂酒精 车间可综合利用的途径之一，更可以达到减轻蒸馏塔结垢、降低废液处理难度和提高附 加产值三赢的效果。 1 1 4 酒精废酵母高附加值产品研究开发 2 0 0 6 年广西关于进一步加强蔗糖业管理工作的通知中明确指出：大力推进综合利 用，促进循环经济发展，鼓励制糖企业对制糖生产过程中糖蜜，蔗渣，滤泥以及其他废 弃物进行综合利用，以提高产品附加值。重点支持废糖蜜生产酵母，酵母抽提物和味精 等生物化工产品项目及多糖功能食品等新产品。 乐祖【6 】等2 0 0 3 年就呼吁广西糖蜜应在本地生产酵母高附加值产品。目前，包括欧、 美、日本在内的世界各国，啤酒酵母泥的综合利用获得高度重视。近年来有许多科研单 位和企业在啤酒酵母泥高附加值产品的研究开发方面进行了大量的工作。研究表明，啤 酒废酵母可以用于生产酵母浸膏、天然调味品、营养蛋白粉、胞壁多糖等营养食品及葡 聚糖等生物活性物质。酵母胞壁多糖其主要成分是葡聚糖( g l u c a n ) 和甘露聚糖( m a n n a n ) 。 它们在人的消化道中难以被消化，可以作为膳食纤维发挥作用，并具有增强免疫力、提 高巨噬细胞活性、抗病毒等功效，故广泛应用于医药、食品、化妆品、饲料等行业。酵 4 从糟蜜酒精成熟醪酵母中提取口一1 3 葡聚糖的研究 母细胞壁的第三层结构主要是p 1 ，3 d 葡聚糖组成，p 1 ，3 d 葡聚糖是至今为止科学家发 现的最优秀的活性免疫多糖，它在生物体内通过激活免疫能力而去抵抗细菌、病毒、肿 瘤和真菌、寄生虫的入侵远远大于香菇多糖和燕麦多糖 7 1 。 我国酵母资源丰富，对其进行高附加值产品研究开发，具有良好的社会与经济效益。 关于从啤酒废酵母，活性干酵母，葡萄酒酵母等原料中提取酵母抽提物和酵母胞壁多糖 的研究已有诸多报道，而以糖蜜酒精酵母为原料提取p 1 ，3 葡聚糖尚无人报道。本研究 以酒精废酵母为原料，制备高附加值产品p 1 ，3 葡聚糖，并实现酵母抽提物的联产，避 免了以传统方法中单纯生产其中某一种产品而排放另一副液对环境造成的污染，提高酵 母资源的利用率。 1 2 国内外的研究现状 1 2 1 成熟醪固液分离工艺研究综述 淀粉酒精醪液固液分离技术早在1 9 8 9 年就有专利报道，徐以撒等【8 】提出淀粉质蒸煮 醪滤清液发酵制造酒精的方法，常用方法是把淀粉质原料粉碎后加热蒸煮，含渣滓的蒸 煮醪糖化发酵、蒸煮提取酒精。由于渣滓存在于整个生产过程中，降低了质量、动量、 热量的传递效率，使得物料输送不易，发酵周期长，废醪液处理困难。用离心过滤的方 法除去淀粉质蒸煮醪中的固体渣滓，降低醪液的黏度和稠度，废醪液直接回用于原料调 浆。 固液分离技术应用于成熟醪预处理工艺，也有专利报道，石贵阳等【9 】提出浓醪发酵 酒精漕液固液分离方法，酒糟经膜过滤一次性预处理，上清醪液直接蒸馏产酒，这样大 大减轻蒸馏塔结垢情况，而且酒精废液直接回用到稀释糖蜜的工艺中去，并循环多次使 用，力求废液的全回用，节省工业用水量，截流的物质直接作为饲料处理。 国外也已经研究了一种新的工艺设备，分离成熟醪液中的酒精酵母加工生产面包酵 母。目前，澳大利亚、印度已采用先进的发酵工艺【1 0 1 ，系由瑞典阿伐拉伐公司发明，将 发酵醪液经过滤去除纤维渣，再经分离机分离酵母和醪液，酵母经酸化处理后回到发酵 罐，从成熟醪中分离酒精酵母，可以回流到发酵中去做种子，采用大种量发酵，醪液进 入蒸馏工序，可减少酵母培养，缩短发酵周期，提高产量，减少废液排放。 5 从糖蜜酒精成熟醪醇母中提取口一1 3 一葡聚糖的研究 1 2 2 酒精废液回用技术研究综述 废液回用到生产中去是近年来提出的一种说法，即将废液( 或者经处理后) 代替清 水用来稀释糖蜜，达到减少废液排放的目的，不仅降低了废液处理成本，同时合理利用 废液中的各种营养物质。 1 2 2 1 玉米、薯千酒精糟液的回用技术研究 德国克虏佰公司是最早研制出将薯类酒糟滤液全部回流用于酒精发酵的公司，该工 艺【2 】称为“l b w ”，实质是将玉米酒糟液固液分离所得滤液一部分回用于酒精生产，另一 部分蒸发浓缩后与固形物混合干燥制d d g s 。随后该技术在欧洲国家，如德国、法国、 挪威等也被广泛采用。国内对这方面的研究也日渐增多，邹东恢等【】提出玉米酒糟离心 液全回用生产技术，实现了连续化、正常化生产。张世军等【1 2 】提出用絮凝剂处理地瓜淀 粉质原料酒精糟液，处理的糟水全部回用拌料( 由于糟渣带走一部分水，回用水约占7 0 ) 用于生产，可连续处理十次以上而不影响酒精的正常生产：王晓【1 3 通过薯干类酒精废液 的回用，降低了废液排放量到原来的1 0 左右，回用剩余的废水进行厌氧好氧处理，经 稀释预曝后进入好氧生物处理，经沉淀过滤后即可达标排放；马赞华【1 4 】采用玉米酒精糟 处理液回用技术，去除酒精糟液中对酒精生产有害的物质，得到能回用于糖蜜稀释的处 理液，使酒精糟液不再向外排放；李东侠等【1 5 j 提出了自絮凝颗粒酵母酒精连续发酵过程 精馏废液循环回用工艺，说明废液循环利用对发酵工艺有抑制作用。 1 2 2 1 糖蜜酒精废液的回用技术研究 吴代林、张逸庭【1 6 1 提出酒精废醪液静置冷却直接回用于酒精生产，但回用率仅为 2 0 ；无锡轻工业大学金其荣教授为福建等糖厂设计的回用系统【1 7 j ：废水用于酵母生产 后，经活性碳除钾回用于糖蜜稀释，其废水经多次回用后排放一次，废水总排放量大大 降低，排放的废水经固定细菌厌氧处理后可达标；黄敏【1 8 】报道了从酒精车间排出来的酒 精废醪液( 其中1 0 为不溶物，9 0 为可溶物) 经渣水分离器分离出不溶物，分离清液1 5 , - - 2 0 经冷却后回流到酒精车间稀释糖蜜，可减少废醪液的最终排放量，每吨酒精产生的 废醪液从原来的1 4 - 1 5 吨降到1 1 - 1 2 吨，节约稀释糖蜜耗用的清水。肖冬光【1 9 】、李东 侠1 5 】等通过对酒精废液回用的理论分析，建立了酒精废液回用数学模型。王进等【2 0 】介绍 了糖蜜酒精废液回用技术的应用实例，通过高级氧化法处理酒精废液，结合批加糖工艺 废液回用率达8 0 。刘继栋等f 2 1 j 介绍了废水回用技术作为处理甘蔗糖蜜高浓发酵废液的 方法，通过长期驯化菌株，提高其耐废液能力，并确定了其最高回用率为4 0 。目前全 6 从糖蜜酒精成熟睁酵母中提取口一1 ，3 葡聚糖的研究 回用技术研究还尚在实验室阶段，尚无应用于工业化生产的报道。 1 2 3 酵母抽提物的研究综述 1 2 3 1 酵母抽提取物的简介 酵母抽提物( y e a s te x t r a c t 或y e ) ，又称酵母精、酵母味素，是通过自溶、加酶水解 等方法将酵母细胞内的蛋白质降解成氨基酸、核酸降解成核苷酸，并将它们和其他有效 成分，如b 族维生素、谷胱甘肽、微量元素等一起从酵母细胞中抽提出来，所制得的一 种兼具调味、营养和保健三大功能于一体的天然复合调味品。它含有1 8 种以上的氨基酸 和多肤，还含有核苷酸、维生素、有机酸和矿物质等多种有效成分。其氨基酸平衡良好， 味道鲜美浓郁，具有肉香味。酵母抽提物采用现代生化技术精制而成，所以不含动物蛋 白水解液( 弛心) 、植物蛋白水解液( h v p ) 、有害的氯丙醇，是目前认为最安全的鲜味 剂圈，因此在食品工业中具有广泛的应用前景。 欧洲用以生产酵母抽提物的主要原料是含有高蛋白的啤酒酵母，这种酵母菌株是以 糖蜜培养的。在英国和美国，也采用一些除去苦味的啤酒酵母和葡萄酒酵母等作为原料。 国内生产的酵母抽提物也有以新鲜面包酵母作为原料的，如广东东莞一品鲜的酵母抽提 物，但是现在越来越多的研究学者把目光放在了啤酒废酵母的综合利用上。 1 2 3 2 酵母抽提物的生产方法 目前生产酵母抽提物的方法主要有：自溶法、酶分解法和酸分解法等三种幽】。一 ( 1 ) 自溶法 自溶法是以存在酶活性的新鲜活酵母为原料，利用酵母细胞本身的酶系，添加一定 量的自溶促进剂，在一定条件下，将酵母体内的糖类物质、蛋白质和核酸分解为还原糖、 氨基酸、肽类、核苷酸等小分子物质并从酵母细胞内抽提出来的一种方法。利用自溶法 生产的酵母抽提物，蛋自质分解率高，游离氨基酸含量高，风味好，成本较低，但呈味 核苷酸含量低。目前，欧美及我国所生产的酵母抽提物绝大部分都是采用这种方法。 ( 2 ) 酶分解法 酶分解法是以菌体内酶失活的酵母菌为原料，通过控制一定的酵母浓度、温度和p h 值，干燥的酵母原料在细胞壁分解酶、蛋白酶、肽酶、5 。磷酸二酯酶和5 腺苷酸脱氨酶 共同作用下，分解成为小分子的糖类、氨基酸、肽类及5 。核苷酸等呈味物质，离心分离 后将上清液减压浓缩或喷雾干燥即得酵母抽提物的一种方法。利用酶分解法生产的酵母 抽提物质量较好，但成本较高，日本大部分酵母抽提物都是采用酶分解法生产的。 7 从糟蜜酒精成熟醪酵墨中提取墨一1 3 一莆聚糖的研究 ( 3 ) 酸分解法 酸分解法是以干燥酵母为原料，主要用盐酸或硫酸进行分解。酸分解法生产的酵母 抽提物相当于h a p 和h v p ，其基本的生产工艺是将酵母液在一定的酸浓度、压力、温度、 p h 条件下水解定时间，然后进行过滤，脱色、脱臭、碱中和后进行减压浓缩或喷雾干 燥即得酵母抽提物。利用酸分解法生产的酵母抽提物游离氨基酸含量大，但适口性较差， 一般不采用此法生产酵母抽提物。 1 2 3 3 酵母抽提物的制备及研究现状 目前，国内外酵母抽提物研究工艺都已经非常成熟。大量的文献资料主要是有关于 破壁处理、添加自溶促进剂、外加酶或几种方法的联合等手段来提高得率和缩短自溶过 程的研究工作。 ( 1 ) 破壁处理技术 陈洁等阱1 研究发现均质破壁能显著提高自溶速率及酵母抽提物中蛋白质和核苷酸 的含量。吴润娇等口5 1 提出了酵母自溶、温差破壁、高压均浆三者相结合的方法来促进酵 母内容物溶出提高抽提率。y o s h i n o r io h s u m i 等陶研究发现，用l o , 、, 5 0 w m 的铜离子处理 酵母水悬液，能够加速胞内分子量不超过5 0 0 低分子物质的溶出速率。 ( 2 ) 自溶促进剂的添加 汤务霞等 2 7 1 探讨了采用自溶法生产酵母抽提物的条件。结果表明：以食盐为啤酒酵 母自溶促进剂的最佳作用条件是1 0 的啤酒酵母悬浮液在p h 5 0 、温度5 0 。c 、食盐浓度 3 下，自溶4 0 h ，所得酵母抽提液的氨基氮含量为0 4 9 8 9 1 0 0 m l ，产品得率4 7 5 0 ，风 味非常醇厚；蒋雪薇等【2 3 1 研究几种单一促溶剂及复合促溶剂的促溶效果，优化了复合促 溶剂配比，得出其最佳值为n a c i2 ( w w ) 、乙醇1 ( v v ) 、葡萄糖1 ( w w ) ，以此 促溶啤酒废酵母，其抽提液氨基氮含量比传统促溶剂( n a c l ) 提高了9 6 ，收率提高了8 ， 而自溶时间则缩短了1 2 h 。 ( 3 ) 外加酶的添加 i s h i d a 等1 2 9 1 曾在专利中提议采用将酵母失活后外加酶的方法。c h a o 等口0 1 的专利则采 用添加蛋白酶( 木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶) 于活的酵母中。k n o r r 的实验【3 1 】 使用溶菌酶和蛋白酶混合作用于活的酵母。李艳等【3 刁给酵母悬液中加入一定量的蜗牛 酶，发现细胞的破壁率大大增加。彭小平1 2 3 等以溶壁酶水解工艺提取酵母抽提物，蛋白 抽取率达8 0 。为提高酵母抽提物的呈味物质，陈洁等【2 5 】加入麦芽根核酸酶有效地提高 了酵母抽提物中5 t 核苷酸含量。陶兴无等【3 3 1 研究了外加中性蛋白酶、木瓜蛋白酶和p 8 广西大摩硕士掌位论文从蟹蜜酒精成熟酶砖蕾中撮取厣一1 ，3 一霄曩鲁的研兜 葡聚糖酶对酵母自溶的影响。结果表明：在最适条件下，啤酒酵母和面包酵母的自溶干 物质得率、蛋白质得率、氨基酸态氮得率分别提高5 2 2 、5 5 1 、1 4 6 和2 6 o 、3 2 8 、 1 1 6 。 ( 4 ) 几种手段的联合技术 晏志云等洲以新鲜面包酵母为原料，采用高压均质，外加蛋白酶及酵母抽提物，产 品最终得率为7 5 9 ，氨基氮含量为4 7 5 。曾凡坤等【3 5 】研究了影响酵母抽提物得率的因 素和提高酵母抽提物得率的方法，证明二次高压均质法破碎效果好，工艺条件为1 0 酵 母悬浮液于3 5 m p a _ t 次均质，均质后在5 5 2 、p h 5 5 下自溶4 h ，添加o _ ；8 木瓜蛋白酶( 以 酵母干重计) 自溶2 8 h ，酵母抽提液中氨基酸态氮含量达7 1 4 9 l ，得率6 9 4 7 。黄恩等0 6 ) 采用自溶结合外加酶法制备酵母抽提物，外加蛋白酶、溶壁酶l y w a u z y m e 和木瓜蛋白酶 处理，上清液氨基氮含量达4 5 s o m g l ，固形物得率达6 0