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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962、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lkgfcm2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：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710,比酸酶法转化率提高36。大米米糖转化率为74,最高达75,比酶酸法提高10以上。糖液的纯度高,葡萄糖值(DE值)可达98以上。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。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。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。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。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%。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：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150Lm2hr-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400Lm2hr-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,米渣呈粉红色。但是与二次过滤的米渣,就营养成份相比,蛋白质含量由55提高到60,淀粉含量由15下降为7(浙江味精厂测定)。原料来源丰富,由于采用特殊的喷射液化技术,即可用精原料(如淀粉),也可用粗原料（如原粮),即可用淀粉质疏松的大米、木薯淀粉,也可用淀粉质紧密的玉米淀粉、小麦淀粉。以大米、玉米、小麦粗淀粉等粗原料进行连续喷射液化制糖属国内首创,另外可采用质量较差的淀粉原料。液化效率高,每小时处理淀粉、大米1-20T(干物质计)不等,连续液化的效率大大高于间歇液化。设备投资少,上马快,连续酶法液化设备的投资视生产规模,仅为12-30万元(不需要水解液化罐,不需要中和脱色罐,仅需一组层流罐或一组层流管道),并且液化、糖化完全可以露天化。由于我们采用特殊的全连续喷射液化技术及复合酶,使糖液DE值由原来普通双酶法喷射液化法的96提高到现在的98以上,这不仅提高了收率,改善了糖液的过滤性能,更主要的是降低了液化酶的用量,特殊的连续喷射液化用酶量仅为普通的连续喷射液化用酶量的5分之2。由于酶反映条件比较温和并且连续化生产,用汽量比较稳定,加热均匀,低压蒸汽操作,因此蒸汽能源大大降低,蒸汽用量为0.8tt净糖。(包括淀粉糖渣或大米渣烘干用汽)。(三)工艺路线大米浸泡磨米调浆特殊的全连续喷射液化糖化灭酶过滤贮糖计量发酵(四)年产25000吨味精工厂双酶糖车间主要设备一览表序号设备规格及型号材料数量价格(万元)l离心泵80FNB-60不锈钢21.62离心泵80FNB-60不锈钢20.83离心泵IH80-65-16020.84离心泵IH65-50-16020.85喷射器HYW-545#23.86压滤机箱式60800-30A36607蒸汽水力喷射器待定A31O.58调浆罐46006200A3220.O9层流罐100010000A3510.010缓冲罐1200500A312.O11热处理罐10002600A31O.512汽液分离器1200300A320.413糖化罐400010000A31219214糖液地池10001500水泥l1.O15糖液计量罐400010000A321616热水罐30004000A312.O17盐酸罐2M3F311.O18液碱罐2M3FSl1.O(五)投资预算(不包括土建)序号项目金额(万元)1主要设备费3152管道阀门费203安装费204技术转让费105其它20共计385注：年产5000t以上的味精厂的双酶糖车间投资大约15万元1000t味精。(六)经济技术分析：不同原料不同制糖方法的纯糖成本项目木薯淀粉木薯粉玉米淀粉大米小麦湿粗淀粉淀粉含量（%）8484708484846570705454制糖方法酸法双酶法双酶法酸法酸酶法双酶法双酶法酸酶法双酶法酸法双酶法原料价（元/吨）30003000164030003000300016402500250016001600淀粉糖转化率（%）90989093989098米糖转化率（%）62.5606575单耗（元/T）1.19171.09431.61.19171.15321.09431.66671.53851.3331.85371.7032原料成本（元/吨）3575.13283.926243575.13459.63282.92733.23846.33333.32965.92723.7辅料成本（元/T）6065656080656580656065动力等成本（元/T）100808010012080801208010080米渣（元/T）-200-200-200纯糖成本（元/T）3735.13427.927693735.13659.63427.82678.23846.33278.33125.92868.7注：以精制淀粉为原料,双酶法比酸法糖液质量好,每吨糖成本低200元左右,但相差不大,双酶法成本为3400元左右,酸法为3600元,吨味精成本下降400元左右。木薯粗粉、玉米加工制糖,纯糖成本2800元T。若2.0T纯糖生产1吨味精(99),即每吨味精的主要原料成本分别为6800元T和5600元T,由此可见,粗淀粉吨味精成本降低1200元左右。大米纯糖成本比精制淀粉吨味精成本低300元。自制淀粉与大米相比,吨糖成本降低约220元T,味精成本降低440元T。(七)环境效益 连续喷射液化酶法制糖为清洁生产，同时减轻了发酵工段的环境污染。(1)由于酶反应的专一性，淀粉水解酶在水解淀粉的同时，对淀粉中蛋白质等其它物质不水解，淀粉糖渣中蛋白含量40，米渣蛋白含量60，因此淀粉糖渣、米渣是很好的饲料。淀粉糖渣、米渣特别是淀粉渣能否作为饲料，关键取决于淀粉糖渣脱水难易。过去采用间歇液化生产双酶糖，糖液过滤困难，需加助滤剂过滤，淀粉糖渣不但不能被利用，而且是作为废弃物被环保部门罚款。现在采用HYW低压蒸汽喷射液化技术，糖液过滤速度加快，(150Lm2Hr-0.2Mp,三小时平均值)，糖渣脱水容易，易烘干作为饲料。年产万吨味精厂，光省去助滤剂(珍珠岩)和利用淀粉糖渣，年增加经济效益122.5万元。(沈阳味精厂提供)(2)粗原料的应用柠檬酸发酵原料的改变(山芋干玉米)，HYW低压蒸汽喷射液化技术的应用，为综合利用原料，减少废弃物创造了条件。过去采用酸法糖生产味精，必须采用精制淀粉为原料。生产淀粉糖产生的污水是味精生产的主要污染源之一。由于HYW低压蒸汽喷射液化酶法制糖技术的成功，生产味精的原料可以用粗原料代替。一方面降低了味精生产成本，另一方面，消除了生产淀粉的污水排放。采用粗玉米淀粉生产味精是今后味精工业发展方向之一。(3)由于糖液质量的提高，发酵转化率及提取收率也相应提高，终端废液中的残留有机物也相应减小，因此连续喷射液化酶法制糖工艺的应用，减轻了发酵工段的环境污染。(4)HYW喷射液化器属无声加热器，无噪音产生，不仅改善了制糖工段的操作环境，而且可用在连消上，改善连消工段的操作环境。(5)由于整个酶水解反应不采用强酸作催化剂，因此整个生产过程中无有害气体产生。 第二节 以玉米为原料复合酶法全连续喷射液化新工艺在柠檬酸生产中的应用一、应用的可行性(一)前言我国柠檬酸发酵生产主要依赖薯干作原料。东北地区部分工厂以精制玉米淀粉为原料，众所周知，日前薯干、精制玉米淀粉供应紧张，价格高，特别是薯干质量次，混有大量泥沙，影响产酸水平提取收率及设备的正常运转，直接威胁着我国柠檬酸发酵生产。而且薯干种植地区窄，收购季节短，贮藏损失大，占用流动资金多等等，使生产成本急剧上升。鉴于目前形势，迫切需要我们寻找其它原料代替上述原料。目前玉米价格基本与薯干拉平，(在山芋干产地，每吨山芋干低于玉米200元)，且玉米供应稳定，淀粉质量好，不但生产1吨柠檬酸产出055吨玉米干渣(含蛋白30，售价1200元吨)，具有较高的直接经济效益(每吨柠檬酸成本下降4425元)。同时由于以玉米为原料，生产的液化液质量高，有利于提高产酸水平及提取收率，特别是提取收率提高8(例蚌埠柠檬酸厂用山芋干为原料时，提取收率为73，现以玉米为原料，提取收率为81，因此间接经济效益更为突出。成本下降720元)，因此以玉米为原料，复合酶法全连续喷射液化新工艺在柠檬生产中的应用具有很好的经济效益(每吨柠檬酸成本下降1100元以上)。目前安徽蚌埠柠檬酸厂，山东日照柠檬酸厂，黑龙江甘南柠檬酸厂，河北定州柠檬酸厂，江苏省无锡市中亚柠檬酸厂、湖北宜昌柠檬酸厂等八家单位均采用我院提供的连续喷射液化新技术。(二)材料及方法： 1、原料(1)玉米：玉米不经干脱去皮去胚，淀粉含量65左右。(2)玉米粉：玉米经干脱去皮去胚，淀粉含量72一75。(3)精制玉米淀粉：东北产，淀粉含量84。(4)山芋干：山东、安徽产，淀粉含量65左右。2、酶制剂(1)耐高温一a一淀粉酶2万WUml无锡酶制剂厂生产。 (2)中温一a一淀粉酶6干ug无锡酶制剂厂生产。3、喷射液化(器)技术：(1)技术提供单位：上海兆光公司(2)液化喷射器规格：附表(一)序号 型 号 规格（每小时处理量）价格 （万元/台）thr(干物质计) m3hr(液体计)碳钢为材质不锈钢为材质1HYW一1131.52.52HYW一2261.62.63HYW一34121.62.74HYW一46201.82.85HYW一510301.92.96HYW一620602.03.0注：碳钢材质保证使用年限为二年，不锈钢材料的保证使用年限为五年4、液化方法及液化工艺条件的控制。（1）工艺流程：调浆一配料一喷射液化一液化保温一二次喷射一高温维持一闪急冷却一中和一过滤一贮糖一低温连续消毒一发酵。 (2)液化工艺条件控制a)粉浆浓度Bel7b)pH6.06.7c)一次喷射液化温度95一105 d)一次喷射液化保温时间30min一60mine)二次喷射温度120 f)二次喷射保温时间10分钟(三)以玉米为原料，复合酶法全连续喷射液化新工艺在柠檬酸生产中的应用试验结果：1 直接经济效益高。由于玉米与山芋干价格拉平，若单耗相等，山芋干换成玉米的经济效益，首先体现在玉米渣上。附表（二） 玉米蛋白粉（干玉米渣）成本估算法序号原料或费用名 称单位单价(元)单耗单位成本(元)进项增值税(元)1玉米渣吨2.52蒸汽吨701.51059.13电kwhO.34258.51.4454车间经费96.55管理费40合计250.0010.545玉米蛋白粉售价1200元吨，2.2吨玉米生产1吨柠檬，每吨玉米生产250kg干玉米渣,因此吨柠檬酸成本降低。2.2251200(113)一(250一10.544)=442.5元年产5000t柠檬酸山芋干换成玉米粉年直接经济效益：5550442.5=221.2万元年2、提取收率大幅度提高，成本大幅度降低由于玉米液化液发酵前过滤去除玉米渣，安徽蚌埠柠檬酸厂提取收率由过去的73(以山芋干为原料)，提高到现在的81(以玉米为原料)，提高8。柠檬酸价格9000元吨，成本下降90008=720元年产5000t柠檬酸年直接经济效益为：5000720=360万元年3、连续喷射液化工艺优于间歇液化工艺喷射液化相比间歇液化液化彻底，间歇法玉米转化率仅为56，连续法玉米转化率为64，高出8。喷射液化相比间歇液化加热均匀，无噪声，可节省15蒸汽。间歇液化生产每吨糖需酶制剂874元，连续液化需酶制剂仅为45元。间歇液化过滤速度为40Lm2hr一0.2MP(三小时平均值)连续喷射液化过滤速度150Lm2hrO.2MP(三小时平均值)年产5000吨柠檬酸厂，间歇液化需要过滤面积为(每天过滤12小时，每年生产300天，料液浓度30，玉米单耗22吨) 可选80m24台过滤机而连续喷射液化需过滤面积为： 可选80m21台过滤机节省投资8万元台3台=24万元附表(三)间歇液化与连续化理化指标对比序号液化方法喷射液化间歇液化1玉米转化率()64562吨糖耗酶价格(元)5087.43蒸汽单耗(吨汽吨糖)1.2751.54i过滤速度(Lm2hr一02MP)r三小时平均值40150附表(四) 间歇液化与连续喷射液化经济技术分析液化方法喷射液化间歇液化序号项目单价(元t)单耗(tt)成本(元t)单耗(tt)成本(元t)(一)原辅料2428.282805.54(一)玉米粉1522.101.562378.281.792718.04淀粉酶50875(二)能源124.6140.6(二)水0.6l28.8517.6028.8517.60电0.3l