大豆糖蜜发酵制备生质酒精的研究

论文摘要

大豆糖蜜(soybean molasses)是生产大豆浓缩蛋白过程中得到的副产物,是多种植物化学成分集合体,其主要成分是大豆低聚糖。大豆低聚糖是大豆中可溶性糖的总称,主要包括蔗糖、棉籽糖和水苏糖。本试验以大豆糖蜜为原料,探索将其水解后发酵制备生质酒精的最优工艺。若原料不水解而直接进行发酵,将会对酵母菌的各类菌种的选择提出较高的要求,在选菌方面的难度也将大大提高。发酵之前对原料进行水解,以便使原料中的非还原性糖转化为还原性单糖,还原性单糖在适当条件下发酵可以获得乙醇。原料预处理方法主要有:酸沉淀法除蛋白质以及醇沉淀法分离大豆低聚糖。水解方法主要有:传统酸催化法以及阳离子交换树脂催化法。本试验分别对原料的预处理方法、水解方法以及发酵方法进行了优选,获得了制备生质酒精的最优工艺。采用酸沉淀法除去大豆糖蜜中的蛋白质,对其上清液进行传统酸催化法水解。通过单因素以及正交试验,确定了最优水解条件:水解温度为80.0℃,水解时间为120 min,稀释倍数为4倍,pH为1.00。水解后还原糖得率为41.2%。采用酸沉淀法除去大豆糖蜜中的蛋白质,对其上清液进行阳离子交换树脂催化法水解。通过单因素以及正交试验,确定了最优水解条件:水解温度为60.0℃,水解时间为120 min,底物浓度为0.2 g/mL,液固比为3:1。水解后还原糖得率为36.9%。采用醇沉淀法分离糖蜜中的大豆低聚糖,对获得的大豆低聚糖样液进行阳离子交换树脂催化法水解。通过单因素以及正交试验,确定了最优水解条件:水解温度为60.0℃,水解时间为180 min,底物浓度为0.02 g/mL,液固比为3:1。水解后还原糖得率为45.3%。原料大豆糖蜜水解前总糖含量为311.97 mg/g,还原糖含量为83.93 mg/g;经阳离子交换树脂催化法水解后总糖含量为404.91 mg/g,还原糖含量为368.46 mg/g。水解前还原糖占总糖的百分比为26.9%,水解后还原糖占总糖的百分比达到91.0%。选择高活性干酵母为大豆糖蜜的发酵酵母。通过单因素以及正交试验,确定了最优发酵条件:初始pH为5.0,发酵温度为29.0℃,酵母接种量为6 g/L,发酵时间为44 h。应用最优发酵条件分别对大豆糖蜜原料、原料中添加酸性蛋白酶、大豆糖蜜水解液以及水解液中添加酸性蛋白酶四种情况进行发酵。发酵完成后通过气相色谱分析出酒量。试验得到出酒量依次为:原料直接发酵出酒量为30.29 mg/g,原料加酶发酵出酒量为61.82 mg/g,原料水解后发酵出酒量为157.99 mg/g,原料水解加酶发酵出酒量为121.71 mg/g。发酵后发酵液中残还原糖含量为10.77 mg/g,残总糖含量为21.83 mg/g,外观糖度为6 oBx,pH为4.37,出酒率为15.8%。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 1 前言
• 1.1 立题背景
• 1.2 立题意义
• 1.3 大豆糖蜜的研究概况
• 1.4 大豆糖蜜的综合利用
• 1.4.1 大豆糖蜜用作发酵原料
• 1.4.2 大豆糖蜜用作提取活性因子
• 1.5 生物燃料发展前景
• 1.5.1 化石燃料的不可靠性
• 1.5.2 燃料乙醇的研究概况
• 1.6 离子交换树脂概况
• 1.6.1 离子交换树脂的基本类型
• 1.6.2 离子交换树脂的物理性质
• 1.6.3 离子交换树脂的应用领域
• 1.6.4 阳离子交换树脂的催化水解原理
• 1.7 糖类生物质原料乙醇发酵机理与过程
• 1.7.1 酵母菌利用糖类生物质原料乙醇发酵机理
• 1.7.2 糖类生物质原料发酵过程
• 1.8 酒用酸性蛋白酶概况
• 1.9 乙醇含量的检测方法
• 1.10 本论文研究的主要内容
• 2 材料与方法
• 2.1 材料与设备
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 试剂
• 2.1.3 仪器
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 原料分析
• 2.2.2 酸沉淀法除糖蜜中蛋白质
• 2.2.3 醇沉淀法分离大豆低聚糖
• 2.2.4 阳离子交换树脂预处理
• 2.2.5 传统酸催化法水解酸沉淀法处理的大豆糖蜜
• 2.2.6 阳离子交换树脂催化法水解酸沉淀法处理的大豆糖蜜
• 2.2.7 对酸沉淀法处理的糖蜜进行水解的两种水解方法的讨论
• 2.2.8 阳离子交换树脂催化法水解醇沉淀法处理的大豆糖蜜
• 2.2.9 对阳离子交换树脂催化法水解糖蜜的两种预处理方法的讨论
• 2.2.10 水解前后总糖及还原糖含量测定
• 2.2.11 大豆糖蜜的发酵
• 3 结果与分析
• 3.1 原料分析
• 3.1.1 总糖含量的标准曲线
• 3.1.2 染料木苷含量的标准曲线
• 3.1.3 齐墩果酸含量的标准曲线
• 3.1.4 原料分析结果
• 3.2 酸沉淀法除糖蜜中蛋白质
• 3.2.1 还原糖含量的标准曲线
• 3.2.2 除蛋白后总糖及还原糖含量
• 3.3 大豆糖蜜的水解
• 3.3.1 传统酸催化法水解酸沉淀法处理的大豆糖蜜
• 3.3.2 阳离子交换树脂催化法水解酸沉淀法处理的大豆糖蜜
• 3.3.3 对酸沉淀法处理的糖蜜进行水解的两种水解方法的讨论
• 3.3.4 阳离子交换树脂催化法水解醇沉淀法处理的大豆糖蜜
• 3.3.5 对阳离子交换树脂催化法水解糖蜜的两种预处理方法的讨论
• 3.3.6 水解前后总糖及还原糖含量
• 3.4 大豆糖蜜的发酵
• 3.4.1. 单因素试验
• 3.4.2 正交试验
• 3.4.3 添加酸性蛋白酶对发酵效果的影响
• 3.4.4 气相色谱法测定发酵后的出酒量
• 4 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文