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1、酶制剂及其在酒精工业中的应用王祥余王祥余8/20/2024诺维信诺维信(中国中国)投资有限公司投资有限公司谷物加工技术支持中心谷物加工技术支持中心Agenda议程诺维信酶制剂的生产与特性诺维信酶制剂的生产与特性酒精生产原理与工艺酒精生产原理与工艺诺维信酒精专用酶制剂介绍诺维信酒精专用酶制剂介绍酶制剂使用与储存注意事项酶制剂使用与储存注意事项8/20/20242NOVOZYMESPRESENTATION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8/20/20243Found in
2、 natureFound in nature 在自然界中的发现在自然界中的发现NOVOZYMESPRESENTATION8/20/20244NOVOZYMESPRESENTATIONMicroorganisms, the art of our business8/20/20245NOVOZYMESPRESENTATIONRefined in the laboratory在实验室中提炼8/20/20248NOVOZYMESPRESENTATION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
3、类:蛋白质:盐：8/20/20249NOVOZYMESPRESENTATION防腐处理标准化处理Evaporator浓缩防腐处理 精滤 ProcessTankProcessTankPlate&FrameFilterProcessTankUltraFilterDecanterCentrifugeDrumFilter储罐HarvestCooler絮凝初级分离 过滤提 取8/20/202410NOVOZYMESPRESENTATIONPictureslideEdit:Changethephotobymarkingtheplane:ClickonFormatAutoShapeUnderFillColo
4、ur,chooseFillEffectsGotoPicturetabandclickonSelectPicturetabChoosepictureClickOKguide酶的应用无处不在8/20/202411NOVOZYMESPRESENTATION1、酶的专一性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8/20/202412NOVOZYMESPRESENTATION2、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 + S ES E + P酶的特性8/20/202413NOVOZYMESPRESENTATION3、pH 对
5、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8/20/202414NOVOZYMESPRESENTATION4、温度对酶的影响酶的特性StabilityActivity最佳酶活力最佳酶活力活活 力力稳定性稳定性8/20/202415NOVOZYMESPRESENTATION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8/20/202416NOVOZYMESPRES
6、ENTATIONAgenda议程诺维信酶制剂的生产与特性诺维信酶制剂的生产与特性酒精生产原理与工艺酒精生产原理与工艺诺维信酒精专用酶制剂介绍诺维信酒精专用酶制剂介绍酶制剂使用与储存注意事项酶制剂使用与储存注意事项技术支持的资源与工具技术支持的资源与工具8/20/202417NOVOZYMESPRESENTATION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DDG
7、S；成品酒精质量好,适于生产食用酒精。8/20/202418NOVOZYMESPRESENTATION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。8/20/202419NOVOZYMESPRESENTATION各种原料组成分析表8/20/20242
8、0NOVOZYMESPRESENTATION淀粉颗粒电镜照片未转化玉米淀粉颗粒8/20/202421NOVOZYMESPRESENTATION淀粉的基本结构1,6-linkageOCH2OHOOCH2OOOCH2OHOOOOOCH2OHOCH2OHuuxz1,4-linkage - D - ( 1 6 ) Bond - D - ( 1 4 ) Bond直链淀粉20%I2呈蓝色支链淀粉80%I2呈紫色8/20/202422NOVOZYMESPRESENTATION淀粉颗粒糊化前后对比Reference: The Alcohol Textbook, 3rd Edition, A reference
9、 for the beverage, Fuel and industrial alcohol industries. 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，快速降粘低粘度低粘度 高粘度高粘度 8/20/202423NOVOZYMESPRESENTATION作物颗粒大小/m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
10、.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8/20/202424NOVOZYMESPRESENTATION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糊精糊精8/20/202425糖化酶作用原理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。 1-4 1-6DextrinsGlucose8/20/202426NOVOZYMESPRESENTATION8/
11、20/202427NOVOZYMESPRESENTATION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8/20/202428NOVOZYMESPRESENTATION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8/20/202429NOVOZYMESPRESENTATION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POET Innovation - Cold Cooked EthanolWhi
12、leweareconstantlyfindingsmallinnovations,theyalsocomeinthebigpackages.POETspatent-pendingrawstarchhydrolysisprocessnamedBPXconvertsstarchtosugarandfermentstoethanolwiththeuseofenzymes-notheat.Thisreducesenergyuseintheplantby8-15percentandalsoreducestheneedforcoolingwater.Afteryearsofdevelopment,thep
13、rocesswastakentocommercialscaleproductionin2004andisnowin24ofPOETsethanolproductionfacilities.8/20/202430NOVOZYMESPRESENTATION燃料乙醇工厂流程图谷仓谷仓粉碎粉碎拌料拌料蒸蒸煮煮蒸汽喷射蒸汽喷射蒸蒸煮煮闪蒸闪蒸液化液化冷却冷却酵母培养酵母培养发酵发酵储罐储罐预热预热蒸蒸馏馏精馏精馏分子筛分子筛改性剂改性剂离心离心清清液液湿饼湿饼浓缩浓缩干燥器干燥器85C105C85C85C31C33C33C80C8/20/202431NOVOZYMESPRESENTATION美国湿法酒精
14、厂工艺图NOVOZYMESPRESENTATION328/20/2024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湿法工艺流程图-1NOVOZYMESPRESENTATION338/20/2024湿法工艺流程图-2NOVOZYMESPRESENTATION348/20/2024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8/20/202435NOVOZYMESPRESENTATION预液化罐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
15、度增加良好搅拌!-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：8286CDE值:67pH:5.6-5.8酒精厂各工段设备与控制指标8/20/202436两段法添加淀粉酶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8/20/202437NOVOZYMESPR
16、ESENTATION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8/20/202438NOVOZYMESPRESENTATION蒸汽喷射器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（365 m/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 - 50 psi（0.2-0.35 Mpa）温度：105110-淀粉酶部分失活酒精厂各工段设备与控制指标8/20/202439NOVOZYMESPRESENTATION蒸汽喷射器蒸汽喷射器p = 30 - 50 psi有助于酶对糊精的水解作
17、用SteamSteamMashMash时间温度剪切力酒精厂各工段设备与控制指标8/20/202440NOVOZYMESPRESENTATION蒸煮蒸煮/液化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95F(35C)pH-3.03.5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.MikeIngledews研究成果(因菌株而异因菌株而异)酵母受抑制 = 生产受抑制8/20/202448HPLC: 高效液相色谱DP4D
18、P3MaltoseGlucoseFructoseGlycerolLactic acidMethanolEthanolAcetic acidChromatogram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8/20/202449NOVOZYMESPRESENTATIONHPLC HPLC 分析发酵过程分析发酵过程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
19、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).Spiral Ininadditionisstandard.OnlyuseSpir
20、alInwhenthecompleteplaneisvisible.guide8/20/202450NOVOZYMESPRESENTATION酒精发酵-酵母的基本知识微生物微生物酵母营养需求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影响因素细菌感染总酸增高温度过高过高或过低的pH值MitochondrionSecretory VesiclesGolgi ComplexVacuoleThread-like MitochondrionVacuolar GranuleStorage GranuleNucleusCell Membrane8/20/202451NOVOZYMESPR
21、ESENTATION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8/20/2024NOVOZYMESPRESENTATION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8/20/202453NOVOZYMESPRESENTATION发酵过程中常见问题总结氮源不足。发酵起始阶段确保FAN220ppm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
22、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8/20/202454NOVOZYMESPRESENTATIONAgenda议程诺维信酶制剂的生产与特性诺维信酶制剂的生产与特性酒精生产原理与工艺酒精生产原理与工艺诺维信酒精专用酶制剂介绍诺维信酒精专用酶制剂介绍酶制剂使用与储存注意事项酶制剂使用与储存注意事项8/20/202455NOVOZYMESPRESENTATION为什么&在哪儿加入酶制剂发酵发酵蒸汽喷射液
23、化液化起始酵母酵母营养预液化预液化-淀粉酶 糖化酶酵母营养酵母培养酵母培养-淀粉酶降黏生成葡萄糖增强发酵表现生成糊精8/20/202456NOVOZYMESPRESENTATION酶制剂最佳温度 适用温度最佳pH 适用pH范围添加量SuhongAAPlus2X90-9590-1005.8-6.05.8-6.50.02-0.025%LiquozymeSC8585-955.65.0-6.00.02-0.045%Liquoflow8585-955.65.0-6.00.008-0.015%SuhongGA2X*30-60*4.0-4.50.04-0.055%SuhongGAHP*30-65*3.5-5
24、.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8/20/202457NOVOZYMESPRESENTATION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模的研究，并有针对性的推出了相应酶制剂解决方案工工 艺艺酶制剂解决方案酶制剂解决方案高温液化S
25、uhongAAPlus2X+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8/20/202458NOVOZYMESPRESENTATIONLiquozyme 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5.2-6.0（甚至在不额外添加Ca+)时表现出良好的稳定性能8/20/202459NOVOZYMESPRESENTATIONLiquozyme
26、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。8/20/202460NOVOZYMESPRESENTATIONLiquozyme 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
27、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8/20/202461NOVOZYMESPRESENTATIONLiquozyme 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LizuozymeCompetitor8/20/202462NOVOZYMESPRESENTATION更高活力，更低加量更高活力，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良好的
28、pH稳定性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
29、率诺维信Liquozyem系列淀粉酶带来的增值8/20/202463NOVOZYMESPRESENTATIONNS 25023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8/20/202464NOVOZYMESPRESENTATIONNS 25023 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（60-65C）或发酵罐（SSF工艺）8/2
30、0/202465NOVOZYMESPRESENTATIONPROCESS2Edit:Clicktoaddtext.Deleteorrecolorbackgroundarrow.guideNS 25023实验室评测结果8/20/202466NOVOZYMESPRESENTATIONPROCESS2Edit:Clicktoaddtext.Deleteorrecolorbackgroundarrow.guide工厂实验结果Zernoff DP 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%Usady DP工厂结果（原料：黑麦）原料出酒率提
31、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Nemiroff DP, Storonybabsky DP, Ovitchatsky DP (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%)8/20/202467NOVOZYMESPRESENTATIONNS 25023 给工厂带来的增值增加1-5%出酒率改善发酵过程保证淀粉更有效更彻底的水解降低可发酵淀粉含量(DP4+)，产生更多可发酵六碳糖，进而带来更高的酒精得率释放氨基酸，多肽等其他酵母营养盐更低的残淀粉含量更彻
32、底的发酵8/20/202468NOVOZYMESPRESENTATIONSuhong GA HP糖化酶制剂的特点采用丹麦诺维信公司提供的最新一代菌种及生产工艺精制而成的，可水解糊精或多糖中的-1,4及-1,6键。该产品含有一定量的酸性淀粉酶活力。此活力可以帮助粗料糖化时（例如酒精生产）降低醪液的粘度。淀粉转化率高，使用方便、添加量少、染菌机率小，产品稳定性好的优点。操作弹性大，pH3.55.5对于工厂来讲，在糖化温度不稳定时，依然可以保持很高的活力。目标添加量为0.2-0.3 kg/t 玉米。8/20/202469NOVOZYMESPRESENTATIONAgenda议程诺维信酶制剂的生产与特
33、性诺维信酶制剂的生产与特性酒精生产原理与工艺酒精生产原理与工艺诺维信酒精专用酶制剂介绍诺维信酒精专用酶制剂介绍酶制剂使用与储存注意事项酶制剂使用与储存注意事项8/20/202470NOVOZYMESPRESENTATION酶制剂的使用和储存条件酶需要在理想的条件下工作:pH温度酶加量和作用时间添加量根据底物的量和作用时间来定当酶作用时间降低时（如加快生产速度），酶的添加量也要相应提高。储存建议将酶储存于或0-25C（32-77F）的密闭容器中，避免阳光直晒。诺维信酶制剂具有很好的稳定性，然而随时间的推移，酶会逐渐失去活力。延长的储存或不宜条件如较高的温度，会导致较高的添加量。8/20/2024
34、71NOVOZYMESPRESENTATION酶是安全的吗？是的自然的通过发酵生产出来，就像我们酿造啤酒对生产和终端使用者而言是安全的根据酶的特性，他是不会与别的物质起化学反应的良好的化学安全性.8/20/202472NOVOZYMESPRESENTATION酶制剂的安全使用避免直接接触避免直接接触可能会导致感染（眼睛，皮肤或粘膜）避免气溶胶的形成:强烈搅拌当接触时间长了，程度深了，或频繁接触，都可能发生过敏如果长期跟酶制剂接触，可能会导致肺部感染*注意：只有跟酶制剂接触时这些症状才会发生，不接触后症状自行消失！8/20/202473NOVOZYMESPRESENTATION避免粉尘的形成如果液体酶制剂遗撒了，在它完全干燥之前，用水小心冲洗立即将遗撒的酶制剂清除干净保持高标准的个人卫生使用个人的保护用品（手套，防护眼镜等）如果和酶接触了，可以用水和肥皂清洗酶溅到衣服上后，更换衣服酶制剂的安全使用8/20/202474NOVOZYMESPRESENTATION谢谢 谢！谢！Q&A？8/20/202475NOVOZYMESPRESENTATION
