纤维素酶对玉米发酵酒精影响的研究

中国酿造2009年第3期总第204期79纤维素酶对玉米发酵酒精影响的研究邵伟，仇敏，吴炜三峡大学化学与生命科学学院，湖北宜昌443001摘要以玉米为原料发酵生产酒精，在糖化处理中添加适量的纤维素酶，通过对相关发酵参数变化的观察分析发现，在玉米糖化化过程中添加12UG,米粉的纤维素酶，可使淀粉出酒率提高56，发酵周期缩短6H，发酵更彻底。关键词纤维素酶；发酵；糖化；酒精中图分类号TQ9201文献标识码A文章编号02545071200903007902STUDYOFCELLULASEONALCOHOLICFERMENTATIONOFCORNSHAOWEI，QIUMIN，WU、EICOLLEGEOFCHEMISTRYANDLIFESCIENCE,CHINATHTEEGORGESUNIVERSY,YICHANG443001，CHINAABSTRACTUSINGCORNASRAWMATERIALFORALCOHOLICFERMENTATION，THECELLULASEWASADDEDDURINGSACCHARIFICATIONACCORDINGTOTHEANALYSISOFFERMENTATIONPARAMETERSITWASFOUNDTHATADDING12UGCELLULASEDURINGCORNSACCHARIFICATIONCOULDIMPROVETHEALCOHOLYIELDTO56ANDREDUCETHEFERMENTATIONTIMETO6HKEYWORDSCELLULASE；FERMENTATION；SACCHARIFICATION；ALCOHOL纤维素酶CELLULASE是一组复合酶，其功能是将纤维素降解为可发酵性糖。而在以玉米为原料发酵生产酒精的过程中，首先要对玉米淀粉进行糖化处理，使其先转化为可发酵性糖才可进行酒精发酵。因此，在此过程中添加适量的纤维素酶，一方面能将部分纤维素水解成可发酵性糖供酵母菌利用，从而提高淀粉出酒率；另一方面能破坏原料细胞壁结构，促进淀粉、蛋白质等有效成分溶出，对提高淀粉出酒率有积极的辅助作用F1_21。在酒精生产成本中原料成本占70以上，提高原料利用率，增加淀粉出酒率是降低生产成本，增加产品市场竞争力的主要途径3。为此，以玉米为原料，通过对糖化过程中添加纤维素酶对玉米发酵酒精影响的研究，为纤维素酶在以玉米为原料的酒精发酵中的应用提供理论依据。1材料与方法11材料玉米粉60目，淀粉含量694市售；酒用活性干酵母市售安琪牌酒用活性干酵母；糖化酶IO0000U济南双麦啤酒物资有限公司生产；纤维素酶20000UG北京房山酶制剂厂生产；所用试剂均为分析纯。12主要仪器设备电子天平，电热套，恒温培养箱等。13方法131酒精发酵准确称取玉米粉200G，置于LO00ML圆底烧瓶中，加水500ML摇匀，调PH值为65，煮沸15MIN，冷却至60，调PH值为45，ILA1G糖化酶，同时加入一定量的纤维素酶，于60保温糖化60MIN，然后将糖化醪冷却U30C，J2G经活化的活性干酵母，于35恒温培养60H后，将发酵醪进行蒸馏，然后测定相关参数，并计算淀粉出酒率。132测定方法问酒精含量的测定采用比重法发酵醪中还原糖的测定采用费林试剂法。2结果与分析21纤维素酶用量的确定在玉米淀粉糖化过程中，添加纤维素酶会加速纤维素的水解，对酒精发酵形成一定的影响。因此，可通过纤维素酶的不同添加量来考察酒精含量、淀粉出酒率的高低，从而确定纤维素酶用量，结果见图1。24呈2322疑2120纤维素酶用量UG48艇爨一酒精含量一一一淀粉出酒率图1纤维素酶对淀粉出酒率的影响FIGURE1EFFECTOFCELLULASE013ALCOHOLYIELD由图L可知，在玉米淀粉糖化过程中添加纤维素酶有助于提高发酵酒精含量和淀粉出酒率，并且随着添加量的上升发酵液中酒精含量和淀粉出酒率都提高；当纤维素酶收稿日期20081027作者简介邵伟1966，男，高级实验师，主要从事微生物学教学与研究工作。2009NO380SERIALNO204CHINABREWINGRESEARCHREPORT用量达到12UG玉米粉后，酒精含量和淀粉出酒率增加缓漫。因此，生产成本考虑，可确定纤维素酶用量为12UG玉米粉。22纤维素酶对酒精发酵的影响确定纤维素酶用量后，可通过观察发酵过程中各发酵参数的变化来判断纤维素酶对酒精发酵的影响情况。221发酵过程中酒精含量的变化在酒精发酵过程中，糖在酵母菌的作用下转化为乙醇，其变化情况见图2。2420_1612露84添力IL纤维素酶对照06L2L824303642485460时间M图2发酵过程中酒精含量变化FIGURE2CHANGESOFALCOHOLCONTENTDUNNGFERMENTATION由图2可知，添加了纤维素酶的发酵液与未添加纤维素酶的发酵液对照中酒精含量的变化有相同的趋势，只是加了纤维素酶的发酵液在54H时发酵液中酒精含量就已达到最大，为228VOL，可结束发酵；而未添加纤维素酶的则需发酵60H，此时其发酵液中酒精含量为216VOL，因此，前者发酵周期比后者要少6H，酒精含量也提高了56。222发酵过程中代谢强度的变化发酵过程中酵母菌的代谢强度可通过发酵所产生的CO的量来反映，其变化情况见图3。6O504O3OG2O10一添加纤维素酶一一对照O612L8243O364248546O时间H图3酵母菌代谢强度的变化FIGURE3CHANGESOFYEASTMETABOLICACTIVITY由图3可知，从CO释放量来看，添加了纤维素酶的发酵液在发酵的18H就产生了大量的CO，且持续时间较长；而未添加纤维素酶的发酵液则有明显的不同，其在发酵的24H时CO才大量产生。22_3发酵过程中还原糖含量的变化在发酵过程中，醪液中的还原糖不断地被酵母菌利用，其变化情况见图4。一添加纤维素酶一一对照O612L8243O3642485460时间LL图4发酵过程中还原糖含量的变化FIGURE4CHANGESOFREDUCINGSUGARCONTENTDURINGFERMENTATION由图4可见，添加了纤维素酶的发酵液与未添加纤维素酶的发酵液中还原糖含量的变化也有相同的趋势。即发酵前12H，醪液中还原糖含量迅速下降，糖的消耗速度极快，24H后耗糖缓慢。但在添加了纤维素酶的发酵液中酵母菌对还原糖的利用更快、更彻底。3小结实验发现，在玉米糖化过程中添加12UG玉米粉的纤维素酶，能使酵母菌更快、更好地利用原料，可使淀粉出酒率提高56，同时发酵周期也可缩短6H，并能使发酵更彻底。因此，在酒精生产的糖化过程中加入纤维素酶对降低生产成本、提高出酒率有一定的意义。参考文献1司笑丁纤维素酶在酒精生产中的应用探讨册酿酒科披，20046303