一种白酒用固定化增酯酶的制备及应用方法与流程

本发明公开了一种白酒用固定化增酯酶的制备及应用方法，具体来说是一种白酒用固定化增酯酶的制备方法，及采用固定化增酯酶综合利用白酒生产中黄水和尾酒的应用新工艺。

背景技术：

白酒在人们的生活中具有重要的地位，随着人们消费观念的提高，白酒消费群体更加倾向于消费优质的、口感更好的白酒。白酒生产企业也越来越注重白酒生产中优级酒和一级酒的产率，而二级酒和尾酒的市场越来越小。

在白酒的生产工艺中，对酒醅进行蒸酒时，根据截酒时间的不同来获得不同质量的白酒，后期不可避免的存在二级酒和尾酒。在二级酒和尾酒中，除了乙醇含量略低，更重要的是酒中的一些香味物质较低，如乙酸乙酯、丁酸乙酯、柠檬酸乙酯、己酸乙酯等。这导致了二级酒和尾酒的口感较差，难以获得消费者的青睐。因此，降低二级酒和尾酒的量，提高优级酒和一级酒的产率成为酒厂关注的重点。同时，白酒生产中产生的黄水中有较多的有机酸，因难以利用成为废水。

近年来，一些酶制剂研究机构关注到这个问题，对尾酒的再利用进行了研究。但这些酶制剂研究过程中，普遍存在一些问题：一些蛋白酶难以在高乙醇含量酒中存活，同时大量的有机酸导致酸性较强，这对酶的使用效果产生了影响。因此，市场化的酶制剂较少。同时，少数能使用的酶制剂产品由于难以从白酒中进行分离，从而导致酒中蛋白含量高，保质期短。

在此背景下，本发明提供了一种固定化增酯酶，能将尾酒和黄水中的有机酸，如乙酸、丁酸、柠檬酸、己酸，催化转化为对应的有机酯，如乙酸乙酯、丁酸乙酯、柠檬酸乙酯、己酸乙酯。在酯化反应后，得到酯化液。通过滤网过滤，实现固定化酶和酯化液的分离。回收的固定化酶再重复利用，酯化液通过蒸酒锅进行截酒，从而实现对黄水和尾酒的再利用，提高了经济效益，降低了污染。

本发明中提供了一种白酒用固定化增酯酶的制备方法，及该固定化增酯酶在白酒生产工艺中的应用。

技术实现要素：

针对现有游离型增酯酶产品在白酒生产中难以从酒中进行分离，使用成本高的问题，本发明提供了一种白酒用固定化增酯酶的制备方法，及在白酒生产中，采用固定化增酯酶对黄水和尾酒进行综合利用的应用新工艺。

为了实现上述目的，本申请采取的技术手段如下：

一种白酒用固定化增酯酶的制备方法，具体步骤如下：

1)选择吸附型载体树脂，并用磷酸缓冲液处理该树脂；

2)将具有酯合成作用的游离酶制剂，加入至磷酸缓冲溶液中溶解，所述的游离酶制剂的浓度为5-200mg/mL，得到固定化酶液；

3)将处理过步骤1)处理后的的载体树脂加入至步骤2)制备的固定化酶液中，在5-50℃下振荡或搅拌1-40h；过滤，载体树脂用磷酸缓冲溶液进行冲洗，真空抽干游离水分；

4)缩孔：在5～50℃下，空气流、氮气流或惰性气体保护下进行干燥脱水缩孔，干燥至水分含量在3-30％(重量比)，即得固定化增酯酶。

所述的吸附型载体树脂是通过悬浮聚合得到的苯乙烯系大孔吸附树脂、丙烯酸系大孔吸附树脂中的一种或两种组合；

优选的，苯乙烯系大孔吸附树脂为苯乙烯结构的非极性载体树脂；

优选的，丙烯酸系大孔吸附树脂为丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯类的弱极性或中极性载体树脂；

所述的吸附型载体树脂：比表面积在50-500m²/g，孔径在10-100nm；强度测试时，浊度小于200；粒径在100-1000um；含水量在30-85％；

合适的比表面积确保对酶的吸附和固定化、适宜的孔径大小确保酶蛋白分子的扩散和固定化、强度保证了固定化酶的使用寿命、合适的粒径有利于使用操作及催化效果、含水量高低决定了缩孔程度和固定化稳定性。

所述的游离酶制剂是一种催化有机酸和醇进行酯化反应的生物催化剂，能将甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、乳酸、柠檬酸等中的一种或几种组合，与甲醇或乙醇进行酯化反应，催化得到对应的酯，如甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、戊酸甲酯、己酸甲酯、庚酸甲酯、辛酸甲酯、乙二酸甲酯、丙二酸甲酯、丁二酸甲酯、戊二酸甲酯、己二酸甲酯、乳酸甲酯、柠檬酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、乙二酸乙酯、丙二酸乙酯、丁二酸乙酯、戊二酸乙酯、己二酸乙酯、乳酸乙酯、柠檬酸乙酯等；

所述的游离型酶制剂为具有酯合成催化性能的酶制剂，来源于大肠杆菌、枯草杆菌、假单胞菌、无色杆菌、微球菌、耶尔森氏菌的基因在酵母菌里表达并生产，也包括来源于曲霉、青霉、白地霉、毛霉、巢子须霉、无根根霉、黑曲霉等真菌生产的酯合成酶。

固定化增酯酶在白酒中的应用工艺，具体步骤如下：

1)将固定化增酯酶加入底物中，搅拌反应，控制混合液温度为5-40℃，反应1-48h，直至己酸残留浓度低于总量的0.2％(w/V)，结束反应；

2)将步骤1)所得的混合液，通过筛网，将固定化增酯酶和滤液分离出来，固定化增酯酶用于下一批催化反应；

3)步骤2)所得的滤液即为反应产物酯化液，添加至蒸酒锅或酒醅上，与酒醅一起蒸酒，根据优级酒标准为依据，进行截酒。

所述的底物为，加入总体积10-90％的黄水、加入总体积0.1-2％(w/V)的发酵己酸、剩下部分为尾酒或二级酒，通过尾酒或二级酒将底物酒精度调整为20-40％vol，搅拌均匀。

黄水中含有多种有机酸，如乙酸，丁酸，柠檬酸等；

步骤1)中所述的固定化增酯酶在反应体系中的浓度为2～10u/mL。

关于本发明的创新点，可以通过下述方面阐述：

(1)本发明固定化增酯酶的研制中，采用了一种吸附型树脂载体。这种载体有一定的比表面积，孔径大，有利于对酶蛋白分子的吸附，并且吸附力强，进行酶的固定化后再进行脱水缩孔，酶固定在孔内不易脱落，。载体强度好，不易破碎，生产中流失少，从而固定化酶稳定性好，不易衰减。经固定化缩孔后的固定化酶仍有一定的小孔径，有利于底物和产物中小分子的有机酸、醇、酯的扩散，能提高对有机酸的转化率，减少杂质对酶的污染。

(2)目前有一些厂家采用游离型增酯酶，但游离型增酯酶不能回收，使用后残留在酒中。本发明首次公开了一种固定化的增酯酶，循环使用批次在200-500批。固定化增酯酶，相比游离型增酯酶，解决了酶蛋白分子在酒中残留高的问题，大幅降低了酒中蛋白质含量，延长了白酒的保质期。同时，固定化增酯酶因为使用批次多，大幅降低了酶的使用成本。

(3)采用固定化增酯酶，对黄水、尾酒、己酸进行综合利用，从而降低了废水排放量，并将优质酒的产率提高了30％以上，改善了白酒的口感，能将尾酒中的己酸乙酯量提高到180mg/mL以上。

附图说明

图1为不同批次下的己酸转化率；

图2为采用固定化增酯酶后酒质随流酒时间的变化关系。

图3为采用固定化增酯酶的白酒工艺与传统工艺产量的对比。

从附图1～3可知，固定化增酯酶使用批次多，转化率稳定；采用固定化增酯酶后白酒中己酸乙酯更高，酒质更好；采用固定化增酯酶后，与传统工艺相比，产率提高30％以上。

具体实施方式

本发明通过图表对比和实施例来阐明本发明，但不以任何形式限制本发明。

实施例一

制备实例：选择非极性苯乙烯系吸附树脂载体100g，比表面积在150m²/g，孔径在60nm；浊度160；粒径在300-700um；含水量在55％。用磷酸钾缓冲液浸泡1h，倾去溶液后，加入到100mg/mL的游离酶酶液中，30℃搅拌24h。过滤，载体树脂用磷酸缓冲液冲洗，并真空抽干游离水分；将载体酶在氮气流中脱水至水分含量5％，即得固定化增酯酶。

应用实例：配制1000mL的底物：黄水300mL，己酸10g，尾酒690mL，酒精度30％vol。将底物加至在反应器中，加入5000u的固定化增酯酶。开启搅拌，控制反应温度为20-21℃，反应16h。反应完后，所得的产物，通过筛网，分离出产物和固定化增酯酶。所得的酯化液蒸馏，根据不同流酒时间取酒。

实施例二

制备实例：选择非极性苯乙烯系吸附树脂载体100g，比表面积在250m²/g，孔径在50nm；浊度130；粒径在400-800um；含水量在50％。用磷酸钾缓冲液浸泡4h，倾去溶液后，加入到浓度为50mg/mL的游离酶酶液中，20℃搅拌20h。过滤，载体树脂用磷酸缓冲液冲洗，并真空抽干游离水分；将载体酶在氮气流中脱水至水分含量8％，即得固定化增酯酶。

应用实例：配制1000mL的底物：黄水250mL，己酸12g，尾酒738mL，酒精度35％vol。将底物加至在反应器中，加入6000u的固定化增酯酶。开启搅拌，控制反应温度为25-26℃，反应10h。反应完后，所得的产物，通过筛网，分离出产物和固定化增酯酶。所得的酯化液蒸馏，根据不同流酒时间取酒。

实施例三

制备实例：选择弱极性丙烯酸系吸附树脂载体100g，比表面积在200m²/g，孔径在55nm；浊度140；粒径在300-800um；含水量在60％。用磷酸钾缓冲液浸泡8h，倾去溶液后，加入到浓度为20mg/mL的游离酶酶液中，25℃搅拌22h。过滤，载体树脂用磷酸缓冲液冲洗，并真空抽干游离水分；将载体酶在空气流中脱水至水分含量4％，即得固定化增酯酶。

应用实例：配制1000mL的底物：黄水200mL，己酸8g，尾酒792mL，酒精度28％vol。将底物加至在反应器中，加入3000u的固定化增酯酶。开启搅拌，控制反应温度为16-17℃，反应24h。反应完后，所得的产物，通过筛网，分离出产物和固定化增酯酶。所得的酯化液蒸馏，根据不同流酒时间取酒。

实施例四

制备实例：选择中极性丙烯酸系吸附树脂载体100g，比表面积在100m²/g，孔径在65nm；浊度150；粒径在200-700um；含水量在65％。用磷酸钾缓冲液浸泡2h，倾去溶液后，加入到浓度为10mg/mL的游离酶酶液中，15℃搅拌24h。过滤，载体树脂用磷酸缓冲液冲洗，并真空抽干游离水分；将载体酶在空气流中脱水至水分含量5％，即得固定化增酯酶。

应用实例：配制1000mL的底物：黄水400mL，己酸10g，尾酒590mL，酒精度32％vol。将底物加至在反应器中，加入4000u的固定化增酯酶。开启搅拌，控制反应温度为30-31℃，反应12h。反应完后，所得的产物，通过筛网，分离出产物和固定化增酯酶。所得的酯化液蒸馏，根据不同流酒时间取酒。

3，对实施例一～四所得的酯化液和流酒产品进行性能测试

通过气相色谱仪对酯化液和流出的酒产品分别检测有机酸和己酸乙酯。计算后的结果如下表所示：

从实施例和附图对比来看：本发明所得产品，使用批次多，产品质量好，颜色浅，收率高。