2014年酒精工业技术培训-酶制剂与其在酒精工业中的应用

Agenda

议程诺维信酶制剂的生产与特性酒精生产原理与工艺诺维信酒精专用酶制剂介绍酶制剂使用与储存注意事项12/8/20221NOVOZYMESPRESENTATION第一页，共74页。酶是什么?酶是:产生于活细胞内的蛋白质生物催化剂，以催化生物化学反应

例如可以把淀粉分解为葡萄糖

在生产中增加工效降低资源消耗可代替工业用化学品，如强酸等可生物降解12/8/20222第二页，共74页。Foundinnature

在自然界中的发现NOVOZYMESPRESENTATION12/8/20223NOVOZYMESPRESENTATION第三页，共74页。Microorganisms,theartofourbusiness12/8/20224NOVOZYMESPRESENTATION第四页，共74页。FoundinnatureNOVOZYMESPRESENTATION12/8/20225NOVOZYMESPRESENTATION第五页，共74页。Foundinnature12/8/20226NOVOZYMESPRESENTATION第六页，共74页。Refinedinthelaboratory在实验室中提炼12/8/20227NOVOZYMESPRESENTATION第七页，共74页。酶制剂的生产压缩机混料罐

水接种种子罐空气灭菌过滤发酵液转移到提取车间冷却水废气灭菌原材料谷物/玉米淀粉葡萄糖糖大豆粉麸质玉米浸浆酪蛋白磷酸盐硫酸盐氨盐糖类:蛋白质:盐：12/8/20228NOVOZYMESPRESENTATION第八页，共74页。防腐处理标准化处理

Evaporator浓缩防腐处理

精滤ProcessTankProcessTankPlate&FrameFilterProcessTankUltraFilter

Decanter

CentrifugeDrumFilter储罐HarvestCooler絮凝初级分离

过滤提取12/8/20229NOVOZYMESPRESENTATION第九页，共74页。PictureslideEdit:Changethephotobymarkingtheplane:>ClickonFormatAutoShape>UnderFill–Colour,chooseFillEffects>GotoPicturetabandclickonSelectPicturetab>Choosepicture>ClickOKguide

酶的应用无处不在12/8/202210NOVOZYMESPRESENTATION第十页，共74页。1、酶的专一性在反应中即使有不同的底物同时存在，但只有与酶活性位置相吻合的才能跟酶结合，进行反应

酶的特性12/8/202211NOVOZYMESPRESENTATION第十一页，共74页。2、酶是一种高效的催化剂酶能够使得化学反应在温和的环境发生E+SESE+P酶的特性12/8/202212NOVOZYMESPRESENTATION第十二页，共74页。3、pH对酶的影响

当pH改变后，酶活性中心就会扭曲变形当有过量的OH-或H+

，球形蛋白质形状会改变.

当活性中心扭曲后，酶就不能再催化反应了酶的特性12/8/202213NOVOZYMESPRESENTATION第十三页，共74页。4、温度对酶的影响酶的特性StabilityActivity最佳酶活力活力稳定性12/8/202214NOVOZYMESPRESENTATION第十四页，共74页。酶的抑制因素极端的温度极端的pH氧化剂金属离子-Fe,Cu,Hg,Pb,etc.螯合剂-EDTA,citrates,phosphates超过2ppm的自由氯将会使酶彻底失活酶的特性12/8/202215NOVOZYMESPRESENTATION第十五页，共74页。Agenda

议程诺维信酶制剂的生产与特性酒精生产原理与工艺诺维信酒精专用酶制剂介绍酶制剂使用与储存注意事项技术支持的资源与工具12/8/202216NOVOZYMESPRESENTATION第十六页，共74页。玉米原料及其特点

玉米，属禾本科玉米属。全世界玉米播种面积仅次于小麦、水稻而居第三位。在中国玉米的播种面积很大，分布也很广，是中国北方和西南山区及其它旱谷地区人民的主要粮食之一。淀粉含量比木薯低,蛋白质含量较高,脂肪含量高,营养丰富。拌料温度不同于其他原料。酒糟营养价值高,适合制DDGS；成品酒精质量好,适于生产食用酒精。12/8/202217NOVOZYMESPRESENTATION第十七页，共74页。木薯原料及其特点

木薯是世界三大薯类之一,广泛栽培于热带和亚热带地区.在我国南亚热带地区,木薯是仅次于水稻、甘薯、甘蔗和玉米的第五大作物.木薯淀粉含量高、支链淀粉比例大，淀粉颗粒大，

所以糊化温度低、粘度大、拌料加水比，拌料温度不同于其他原料。原料中含有较多的砂石，造成设备磨损、沉淀、泄漏木薯的化学组成决定了发酵时营养盐添加种类不同于其他原料木薯蛋白质含量低，将糟液加工成干饲料价值不高、得不偿失。12/8/202218NOVOZYMESPRESENTATION第十八页，共74页。各种原料组成分析表12/8/202219NOVOZYMESPRESENTATION第十九页，共74页。淀粉颗粒电镜照片

未转化玉米淀粉颗粒12/8/202220NOVOZYMESPRESENTATION第二十页，共74页。淀粉的基本结构1,6-linkageOCH2OHOOCH2OOOCH2OHOOOOOCH2OHOCH2OHuuxz1,4-linkage-D-(16)Bond-D-(14)Bond直链淀粉~20%I2–呈蓝色支链淀粉~80%I2–呈紫色12/8/202221NOVOZYMESPRESENTATION第二十一页，共74页。淀粉颗粒糊化前后对比Reference:TheAlcoholTextbook,3rdEdition,Areferenceforthebeverage,Fuelandindustrialalcoholindustries.K.Jacques,PhD,T.P.Lyons,PhD,D.R.Kelsall.水不溶，淀粉酶没法作用淀粉颗粒破碎，淀粉释放出来，黏度迅速增加，但淀粉酶迅速发挥作用，快速降粘低粘度高粘度

12/8/202222NOVOZYMESPRESENTATION第二十二页，共74页。作

物颗粒大小/µm糊化温度/℃初始中点终结玉米5-2562.067.072.0小麦2-4558.061.064.0马铃薯15-10050.063.068.0木薯5-3552.059.064.0大米3-868.074.578.0大麦5-4051.557.059.5黑麦5-5057.061.070.0高粱5-2568.073.078.0不同原料淀粉的糊化温度12/8/202223NOVOZYMESPRESENTATION第二十三页，共74页。淀粉分子的液化过程淀粉酶能够随机的水解大分子支链淀粉和直链淀粉成一些小分子的糊精混合物DP6DP4DP3DP2糊精12/8/2022

24第二十四页，共74页。糖化酶作用原理原理高效糖化酶和新型普鲁兰酶协同作用，分别迅速水解液化淀粉中1,4和1,6-糖苷键，获得稳定的目标底物葡萄糖。1-41-6DextrinsGlucose12/8/202225NOVOZYMESPRESENTATION第二十五页，共74页。12/8/202226NOVOZYMESPRESENTATION第二十六页，共74页。玉米拌料罐粉碎机蒸汽喷射器液化新鲜水和循环水酵母CO2酶制剂发酵糖化蒸馏传统发酵工艺酒精发酵工艺简介12/8/202227NOVOZYMESPRESENTATION第二十七页，共74页。全玉米拌料罐粉碎机蒸汽喷射器液化新鲜水和循环水酵母CO2酶制剂发酵糖化蒸馏同步糖化发酵工艺（SSF）无糖化酒精发酵工艺简介12/8/202228NOVOZYMESPRESENTATION第二十八页，共74页。无蒸煮发酵工艺全玉米拌料罐粉碎机蒸汽喷射器液化新鲜水和循环水酵母CO2酶制剂发酵糖化蒸馏无蒸煮酒精发酵工艺简介POETInnovation-ColdCookedEthanol

Whileweareconstantlyfindingsmallinnovations,theyalsocomeinthebigpackages.POET'spatent-pendingrawstarchhydrolysisprocessnamedBPX™convertsstarchtosugarandfermentstoethanolwiththeuseofenzymes-notheat.Thisreducesenergyuseintheplantby8-15percentandalsoreducestheneedforcoolingwater.Afteryearsofdevelopment,theprocesswastakentocommercialscaleproductionin2004andisnowin24ofPOET'sethanolproductionfacilities.12/8/202229NOVOZYMESPRESENTATION第二十九页，共74页。燃料乙醇工厂流程图谷仓粉碎拌料蒸煮蒸汽喷射蒸煮闪蒸液化冷却酵母培养发酵储罐预热蒸馏精馏分子筛改性剂离心清液湿饼浓缩干燥器85C105C85C85C31C33C33C80C12/8/202230NOVOZYMESPRESENTATION第三十页，共74页。美国湿法酒精厂工艺图NOVOZYMESPRESENTATION3112/8/2022除杂玉米浸泡湿磨水洗和过滤蛋白分离淀粉乳蒸煮液化糖化发酵蒸馏水浸泡水胚芽第三十一页，共74页。湿法工艺流程图-1NOVOZYMESPRESENTATION3212/8/2022第三十二页，共74页。湿法工艺流程图-2NOVOZYMESPRESENTATION3312/8/2022第三十三页，共74页。谷物储仓锤式粉碎机玉米、水和alpha-淀粉酶强烈混配水温要低于原料的糊化温度（玉米<68C）避免形成生面团酒精厂各工段设备与控制指标12/8/202234NOVOZYMESPRESENTATION第三十四页，共74页。预液化罐碱或氨水加入其中，水蒸汽加热，淀粉酶开始液化工序淀粉开始糊化，吸收水分，膨胀，黏度增加良好搅拌!α-淀粉酶开始作用，降低粘度，使料液能够在泵的作用下流动

控制参数：

温度：82~86C DE值: 6~7

酒精厂各工段设备与控制指标12/8/2022

35第三十五页，共74页。两段法添加淀粉酶在拌料罐里加入的淀粉酶要尽可能的少。如果加多了，会导致较高的DE值，产生较多的葡萄糖。在经过蒸汽喷射器时，105C的高温会让葡萄糖和蛋白质发生Mailard反应，导致葡萄糖和蛋白质的损失，降低酒精产量。在第一段加的淀粉酶只要保证物料和水能搅拌均匀，同时物料具有良好的通过性就可以了；余下的淀粉酶加在后液化罐内保证液化完全。酒精厂各工段设备与控制指标12/8/202236NOVOZYMESPRESENTATION第三十六页，共74页。蒸汽拌料罐50℃或85℃木薯粉液化罐85-95℃，120min喷射器100-105℃

闪蒸维持管典型的液化工艺淀粉酶淀粉酶12/8/202237NOVOZYMESPRESENTATION第三十七页，共74页。蒸汽喷射器如果操作良好，料液在混合管内的流速能达到1200英尺/秒（365m/h）淀粉的机械剪切使淀粉更容易为酶所作用进一步降黏理想压差

p=30-50psi（0.2-0.35Mpa）温度：105~110℃α-淀粉酶部分失活酒精厂各工段设备与控制指标12/8/202238NOVOZYMESPRESENTATION第三十八页，共74页。蒸汽喷射器p=30-50psi有助于酶对糊精的水解作用SteamMash时间温度剪切力酒精厂各工段设备与控制指标12/8/202239NOVOZYMESPRESENTATION第三十九页，共74页。蒸煮/液化预液化糊化淀粉快速降低糊化淀粉的黏度进蒸汽喷射器之前，保持低的DE(6-7)二次液化:将大分子淀粉转化为糊精控制DE值<20，目标：12-14进一步降黏，提高换热器效率酒精厂各工段设备与控制指标12/8/2022

40第四十页，共74页。黏度改变是可以感知的:测量小圆球在醪液里从上掉到底所需的时间.搅拌电机和泵电机的耗电量变化醪液的冷却效率.低黏度意味着换热效率的提高如何判断液化效果：---1、黏度黏度测定方法12/8/202241NOVOZYMESPRESENTATION第四十一页，共74页。如何判断液化效果：---2、DE值DE=“葡萄糖当量”实验室滴定测定淀粉水解程度的指标淀粉

葡萄糖 DE值 0 10012/8/202242NOVOZYMESPRESENTATION第四十二页，共74页。如何判断液化效果：---3、碘试Dp1-12黄色Dp14-34

红Dp36-42

紫色Dp45+

蓝色红-紫桔黄

蓝-绿Biochemistry.GarrettandGrisham,2ndEd.不同聚合度链长，不同颜色所有颜色变化发生在

Dp12&Dp45每个碘分子需要与六个葡萄糖单元结合12/8/202243NOVOZYMESPRESENTATION第四十三页，共74页。淀粉液化的目的是为糖化酶作用创造条件，而糖化酶水解糊精及低聚糖等分子时，需先与底物分子生成络合结构，然后才发生水解催化作用，使葡萄单位逐个从糖苷键中水解出来。这就要求被作用的底物分子具有一定的大小范围，才有利于糖化酶与底物分子生成这种络合结构。底物分子过大或过小都会妨碍酶的结合及水解速度。

如何判断液化效果：---4、糊精链片段分布10DE12/8/202244NOVOZYMESPRESENTATION第四十四页，共74页。如何确保液化正常定期清洁酶制剂储存添加罐确保合适的粉碎度定期检查锤磨筛网手动检查工艺温度–不要完全依赖DCS!!!拌料罐温度液化罐温度糖化罐温度定期校正pH计pH在5.0–6.0定期检查加酶泵流速监控料液的粘度、DE值和搅拌情况…...12/8/202245NOVOZYMESPRESENTATION第四十五页，共74页。淀粉糖发酵原理C6H10O5+H2O→C6H1206→2C2H5OH+2CO2↑162.1418180.1692.1488.02理论上100份淀粉发酵可得56.78份乙醇。

12/8/202246NOVOZYMESPRESENTATION第四十六页，共74页。酵母发酵过程中的抑制因素*各种抑制因素可能产生协同作用

温度 ->95F(35C)

pH -3.0–3.5

酒精浓度 ->20%v/v

糖浓度 ->38%w/v

乳酸浓度 ->0.80%w/v

乙酸浓度 ->0.05%w/v

钠离子 ->500mg/L

亚硫酸盐 ->100mg/L

根据Dr.MikeIngledew’s研究成果 (因菌株而异)酵母受抑制=生产受抑制12/8/2022

47第四十七页，共74页。HPLC:高效液相色谱DP4DP3MaltoseGlucoseFructoseGlycerolLacticacidMethanolEthanolAceticacidChromatogram全程跟踪发酵过程快速准确得到结果跟踪糖的水解以及乙醇、甲醇、有机酸、甘油等产物的生成12/8/202248NOVOZYMESPRESENTATION第四十八页，共74页。

HPLC分析发酵过程HPLC可用来解决生产异常问题酶制剂水解表现作用确保酶制剂工作正常酵母发酵表现确保酵母在发酵过程中不受抑制HPLC可用来做发酵分析预测发酵结果结果可准确和详细的分析不同产品对发酵的影响总结发现发酵变化趋势月度和年度总结调整工艺，确保最佳发酵表现优化工艺，增加出酒率和转化率快速鉴明问题所在，及时调整，避免不正常发酵Largeplaneswithoverlap.Use:CommunicationofToday/Tomorrowissues.Animation:Bothplanesareanimated.Todayplanestartswithslidechange.Tomorrowplanewithmouseclick.About:ThestandardanimationforplanesareFadeforcutawayplanes(thisslide).SpiralIninadditionisstandard.OnlyuseSpiralInwhenthecompleteplaneisvisible.guide

12/8/202249NOVOZYMESPRESENTATION第四十九页，共74页。酒精发酵--酵母的基本知识微生物酵母营养需求氨基酸矿物质维生素氧气底物葡萄糖麦芽糖麦芽三糖影响因素细菌感染总酸增高温度过高过高或过低的pH值MitochondrionSecretoryVesiclesGolgiComplexVacuoleThread-likeMitochondrionVacuolarGranuleStorageGranuleNucleusCellMembrane12/8/202250NOVOZYMESPRESENTATION第五十页，共74页。为什么需要营养物？酵母培养所需正在生长的酵母产酒能力是停止生长酵母的33倍当酵母对能量有需求时，才会消耗和发酵糖停止生长的酵母仅产生一点点能量供酵母维持所需避免缓慢发酵•12/8/2022NOVOZYMESPRESENTATION第五十一页，共74页。染菌情况的控制细菌来源有，但不限于：罐管道换热器原料通常的污染菌为：乙酸菌乳酸菌发酵时导致低产酒率细菌消耗了一部分可发酵糖可发酵糖转化为副产物，影响酵母的生长12/8/202252NOVOZYMESPRESENTATION第五十二页，共74页。发酵过程中常见问题总结氮源不足。发酵起始阶段确保FAN≥220ppm发酵过程染菌：与酵母竞争糖和营养物质，生成乳酸和乙酸的副产物清液中的有机或无机物、蒸馏废液和其他回收蒸汽的累积。例如：钠离子、亚硫酸盐、乳酸、乙酸等发酵温度失控。整个发酵过程控制温度<35℃糖化酶添加量不足或过高

添加量低–葡萄糖产量不足，酵母饥饿，发酵力下降添加量高–葡萄糖含量高，发酵前期抑制酵母12/8/202253NOVOZYMESPRESENTATION第五十三页，共74页。Agenda

议程诺维信酶制剂的生产与特性酒精生产原理与工艺诺维信酒精专用酶制剂介绍酶制剂使用与储存注意事项12/8/202254NOVOZYMESPRESENTATION第五十四页，共74页。为什么&在哪儿加入酶制剂发酵蒸汽喷射液化起始酵母酵母营养预液化a-淀粉酶

糖化酶酵母营养酵母培养a-淀粉酶降黏生成葡萄糖增强发酵表现生成糊精12/8/202255NOVOZYMESPRESENTATION第五十五页，共74页。酶制剂最佳温度适用温度最佳pH适用pH范围添加量SuhongAAPlus2X90-95℃90-100℃5.8-6.05.8-6.50.02-0.025%LiquozymeSC85℃85-95℃5.65.0-6.00.02-0.045%Liquoflow85℃85-95℃5.65.0-6.00.008-0.015%SuhongGA2X*30-60℃*4.0-4.50.04-0.055%SuhongGAHP*30-65℃*3.5-5.50.02-0.03%NS25023*<60℃

*糖化pH50-100ppmViscozymeCassavaC*40-50℃

*4.0-5.00.01-0.03%ViscozymeCassavaR*40-50℃

*4.0-5.10.01-0.03%注：添加量和生产工艺有关。诺维信酒精工业用酶制剂介绍12/8/202256NOVOZYMESPRESENTATION第五十六页，共74页。诺维信公司在研发酶制剂过程中对不同原料和工艺进行了大规模的研究，并有针对性的推出了相应酶制剂解决方案工艺酶制剂解决方案高温液化SuhongAAPlus2X+SuhongGA2X/HP中高温液化Liquozyme系列淀粉酶+SuhongGA2X/HP高浓发酵Liquozyme系列淀粉酶+高浓发酵专用糖化酶ViscozymeCassavaC/ViscozymeCassavaR增强发酵表现NS25023诺维信酒精工业酶制剂解决方案12/8/202257NOVOZYMESPRESENTATION第五十七页，共74页。Liquozyme系列淀粉酶—低pH下，依然表现良好Liquozyme系列淀粉酶在pH值介于（甚至在不额外添加Ca++)时表现出良好的稳定性能12/8/202258NOVOZYMESPRESENTATION第五十八页，共74页。Liquozyme系列淀粉酶—低pH下，依然表现良好低pH液化带来的益处提高拌料过程清液回配量，减少废水产量减少液化过程中调pH值的用碱量减少糖化过程中硫酸的加量减少酸碱中和作用而大量生成的无机盐，提高DDGS的质量降低长期酸碱添加造成的生产过程的Na+离子积累，减少酵母抑制，维持良好发酵根据我们对多家工厂进行的低pH液化工艺优化，液化过程pH降低0.5每吨酒精可节约的酸碱量为：

可节约30%浓度的液碱约3.5kg；

可节约92.5%浓度的硫酸约5kg。12/8/202259NOVOZYMESPRESENTATION第五十九页，共74页。Liquozyme系列淀粉酶—低Ca++离子依赖酶蛋白分子经过分子生物学改造，具有极好的pH和热稳定性拌料水中的钙离子已足够，无需额外添加植酸酶，来释放钙离子，以稳定酶蛋白构象减低草酸钙的形成，降低清洗成本减少系统中换热器，冷凝器的结垢，提高换热效率，降低染菌风险，提高设备利用率12/8/202260NOVOZYMESPRESENTATION第六十页，共74页。Liquozyme系列淀粉酶—从液化到发酵稳定而一致的降粘效果液化过程降温至发酵温度从液化到发酵工序卓越的降粘特性实现高浓发酵改善喷射器的性能提高生产量与产能提高换热器的效率LizuozymeCompetitor12/8/202261NOVOZYMESPRESENTATION第六十一页，共74页。更高活力，更低加量方便操作降低运输和贮存费用提高性价比良好的pH稳定性提高拌料过程清液回配率，减少废水产量减少液化过程中调pH值的用碱量减少糖化过程中硫酸的加量减少酸碱中和作用而大量生成的无机盐，提高DDGS的质量降低长期酸碱添加造成的生产过程的Na+离子积累，减少酵母抑制，维持良好发酵经过分子生物学改造，稳定性好，无需添加植酸酶拌料水中的钙离子已足够，无需额外添加植酸酶，来释放钙离子，以稳定酶蛋白减低草酸钙的形成，降低清洗成本减少系统中换热器，冷凝器的结垢，提高换热效率，提高设备利用率从液化到发酵工序卓越的降粘特性实现高浓发酵改善喷射器的性能提提高生产量与产能高换热器的效率诺维信Liquozyem系列淀粉酶带来的增值12/8/202262NOVOZYMESPRESENTATION第六十二页，共74页。NS25023产品描述是最新从新菌株中发现的独特的酶制剂

除糖化酶活力外还包含淀粉酶、酸性蛋白酶、纤维素酶等活力可以水解未糊化的淀粉，提高出酒率可水解与其他物质络合的淀粉，进而提高出酒率可为酵母提供必需氮源在糖化和发酵过程中具有良好的温度和pH稳定性12/8/202263NOVOZYMESPRESENTATION第六十三页，共74页。NS25023用法与用量NS25023和糖化酶以一定比例添加根据原料不同，推荐加量为50-100ppmNS25023添加到糖化罐（60-65°C）或发酵罐（SSF工艺）12/8/202264NOVOZYMESPRESENTATION第六十四页，共74页。NS25023实验室评测结果12/8/202265NOVOZYMESPRESENTATION第六十五页，共74页。工厂实验结果ZernoffDP工厂结果（原料：玉米）原料出酒率提高+2,17%更快的发酵动力学曲线

缩短发酵周期6-8h酒精总产量增加~10%UsadyDP工厂结果（原料：黑麦）原料出酒率提高+0,65%使用NS25036使工厂在不改变工艺的条件下使用各种质量的原料减少原料质量和品种改变带来的波动NemiroffDP,StoronybabskyDP,OvitchatskyDP(这三个工厂正在实验中)但仍然观察到缩短发酵周期8-10hours需要更多的时间来观察原料出酒率的增加值(约1-2%)12/8/202266NOVOZYME