利用魔芋飞粉发酵酒精及其工艺优化

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魔芋飞粉是魔芋精粉加工生产中的副产物,含有大量的淀粉、蛋白质、矿物质等营养物质,作为酒精发酵的原料具有不与粮争地,不与民争粮的显著优势。为了探明利用魔芋飞粉发酵酒精的工艺,本论文从β-甘露聚糖酶、耐高温α-淀粉酶和糖化酶水解魔芋淀粉的工艺条件优化、酵母菌驯化及利用魔芋飞粉发酵酒精的工艺优化几方面展开研究,主要研究内容和结果如下:  (1)魔芋葡甘露聚糖是造成魔芋飞粉溶液粘度上升的重要原因。为了给淀粉酶水解和酒精发酵提供低粘度的反应环境,利用β-甘露聚糖酶水解魔芋飞粉中的葡甘露聚糖。采用单因素实验考察了酶解温度、pH、酶量及酶解时间等因素对β-甘露聚糖酶水解魔芋飞粉的影响,结果表明:温度、酶量及时间为影响β-甘露聚糖酶水解魔芋飞粉的主要因素;在此基础上进一步采用均匀设计对酶解条件进行优化,得到β-甘露聚糖酶水解魔芋飞粉的最佳条件为酶量8.60U/g飞粉、温度39.5℃、自然pH、酶解时间为60min。在此条件下魔芋飞粉溶液粘度可降至7.20 Pa·s。  (2)耐高温α-淀粉酶水解魔芋飞粉的工艺条件采用单因素实验考察了酶解温度、pH、[Ca2+]、酶量及酶解时间等因素的影响,结果表明:温度、酶量及时间为影响耐高温α-淀粉酶水解魔芋飞粉的主要因素;进一步采用均匀设计对酶解条件进行优化,得到耐高温α-淀粉酶水解魔芋飞粉的最佳条件为酶量1.5U/g飞粉、酶解温度85℃、酶解时间40min,在此条件下淀粉水解度为20.99%。  (3)糖化酶水解魔芋飞粉的工艺条件采用单因素实验考察了酶解温度、pH、酶量、料液比及酶解时间等因素的影响,结果表明酶量、温度、时间及pH为影响糖化酶水解魔芋飞粉的主要因素;进一步采用均匀设计对酶解条件进行优化,得到糖化酶水解魔芋淀粉的最佳条件为酶量73.0U/g飞粉、60.8℃、pH4.8,酶解4h,得到还原糖最大浓度为136.13g/L。  (4)为筛选出利用魔芋飞粉发酵酒精的菌株,对酒饼酵母、GIM2.41和GIM2.44三株酵母菌进行驯化,结果表明:经驯化的酒饼酵母发酵酒精由8.8%vol提高到10.1%vol,残还原糖从16.56g/L降低到7.38g/L,比其它两株酵母菌具有更好的发酵力,可作为酒精发酵菌种。  (5)利用糖蜜水解液对魔芋飞粉酶解液进行调浆,使其还原糖浓度达到200g/L。  利用酒饼酵母进行酒精发酵,采用单因素实验考察了培养基氮源和无机盐、发酵温度、初始pH、接种量、装液系数及发酵时间等因素对酒精发酵的影响,表明发酵温度、初始pH、发酵时间为影响酒精发酵的主要因素;进一步采用响应面设计对发酵工艺进行优化,得到酒精发酵的最佳工艺条件为:发酵温度30.2℃、初始pH值为4.07、发酵时间为80.48h,以此条件进行酒精发酵,测得酒精度为10.4%vol;采用5L发酵罐按优化条件进行发酵放大试验,酒精度为10.13%vol。
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