CN101033474A - 一种玉米秸秆水解液生产燃料酒精的发酵工艺 - Google Patents

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李校堃
袁辉
王艳萍
孟娟
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Jilin Agricultural University
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Abstract

本发明涉及利用能够生产纤维素酶和木质素酶的大肠杆菌工程菌来发酵玉米秸秆(预)水解液生产酒精。本发明可以利用溶氧值、pH值和单糖浓度来控制流加工艺，本发酵也可以利用在不同时刻接入不同的酿酒酵母工程菌以及决定是否升温糖化来发酵生产酒精。本发明能明显提高玉米秸秆水解液发酵生产酒精的单位时间单位体积内的生产力，缩短发酵和通话时间，简化控制操作，降低发酵成本。

Description

一种玉米秸秆水解液生产燃料酒精的发酵工艺
(一)技术领域
本发明涉及玉米秸秆水解发酵生产燃料酒精的发酵工艺。它利用不同的工程菌在发酵的不同阶段加入起到先糖化后发酵的结果，使得水解液中的木质素、木糖、纤维素、葡萄糖等的水解率和同化率增加，对酒精转化率增加，缩短发酵时间，同时降低发酵成本。
(二)背景技术
目前世界面临石油危机和环境危机，目前各国正在大力寻找可替代的能源。许多国家把眼光投向取之不尽的纤维素质原料。玉米秸秆是我国资源丰富的纤维素质材料，也是农作物废弃物，大量被农民焚烧于田间，价格低廉。玉米秸秆含50％的纤维素，30％的半纤维素和20％的木质素，经过水解可释放大量葡萄糖和木糖等。但是目前还没有发现能同时代谢木糖和葡萄糖的酿酒酵母，结果，利用玉米秸秆的发酵因为非纤维素和木质素的废弃以及酶制剂的成本问题而让位于玉米发酵酒精技术，例如在美国。
但是，利用玉米秸秆发酵酒精技术毕竟是发展的方向，它不与人争粮食，不与粮食争地，产量巨大，分布广泛。现行我国纤维素酒精发酵技术只能利用葡萄糖，只应用了传统育种方法，使用的是非工程菌，具有总的糖酸转化率低，时间长，酒精水平低等缺陷。在这种情况下，再优化发酵工艺也难以进一步提高酒精的发酵能力，这些往往必须通过现代遗传和代谢工程技术才能解决。
本发明就是通过使用借助现代基因工程技术开发的能够代谢木糖的酿酒酵母，和能够分泌高温纤维素酶的酿酒酵母，从而大大改变了现行发酵工艺。
本发明根据上述原理而实施，旨在提高玉米秸秆水解液的酒精发酵产量和降低成本。
(三)发明内容
1.种子的培养：将携带编码纤维素酶基因的酿酒酵母工程菌从低温冻存管中取出在28-34℃富含氨基酸的丰富培养液中培养(例如酵母氮基)到OD600nm值2.0以上，全部接入下一个培养液或培养基中(接种比10％)，28-32℃培养至OD600nm值2.0以上，可以作为上罐种子，如果上罐种子体积不足，可以参照上述方法继续扩大培养。
2.玉米秸秆水解液的制作：将玉米秸秆洗净切碎或则细粉然后进行算法水解或者减法水解等，水解时间10-540min，酸碱中和到pH3.8-7.0，加入氮源、无机盐以及必要的维生素等，在发酵罐内灭菌，116-121℃，15-30min。降温到27-34℃等待接种。
3.接种：将上述种子和按照步骤1培养的能够同化木糖的酿酒酵母工程菌培养液接入发酵培养液中，接种比1-10％，发酵罐溶液占用管内空间在30-75％，接种温度27-34℃，搅拌初始速度30-500rpm，以氨水或者NaOH等碱性溶液调节初始pH为3.8-7.0，在溶氧高于10％时发酵8-26h，维持溶氧低于5％直道培养液内酒精浓度大于7％，放罐。
4.实施例1：在发酵罐内的细胞密度达到OD600nm值1.0以上，大约接种后16小时以后，将发酵液升温到48-60℃糖化1～6h，然后降温到27-34℃，接种按照步骤1准备的木糖利用型酿酒酵母工程菌，接种比1-10％，调节溶氧10％以上，维持8-6小时，控制溶氧在5％以下，发酵到残余葡萄糖浓度低于5g/L，木糖浓度低于10g/L。放罐。
5.实施例2：在发酵罐内的细胞密度达到OD600nm值1.0以上，大约接种后16小时以后，将发酵液升温到48-60℃糖化1-6h，然后降温到27-34℃，接种按照步骤1准备的木糖利用型酿酒酵母工程菌，接种比1-10％，调节溶氧10％以上，维持8-6小时，控制溶氧在5％以下，发酵到残余葡萄糖浓度低于5g/L，木糖浓度低于10g/L。放罐。
6.实施例3：将上述种子和按照步骤1培养的能够同化木糖的酿酒酵母工程菌培养液接入发酵培养液中，接种比1-10％，发酵罐溶液占用管内空问在30-75％，接种温度27-34℃，搅拌初始速度30-500rpm，以氨水或者NaOH等碱性溶液调节初始pH为3.8-7.0，在溶氧高于10％时发酵8-26h，维持溶氧低于5％直道培养液内酒精浓度大于7％，放罐。
7.流加控制工艺4：在发酵罐内的细胞密度达到OD600nm值1.0以上，大约接种后10小时以后，流加总糖浓度大于300g/L的调节pH后的玉米秸秆水解液用以控制溶氧不高于50％。
8.流加控制工艺5：在发酵罐内的细胞密度达到OD600nm值1.0以上，大约接种后10小时以后，流加总糖浓度大于300g/L的调节pH后的玉米秸秆水解液用以控制pH不高于7.2。
结果，经过本发明实施例，玉米秸秆的酒精发酵能力可达7.0％以上，总糖酸转化率在80％以上，基本做到4吨秸秆制造一吨酒精。

Claims (4)

1在利用秸秆水解液制成的发酵液中加入产纤维素酶的大肠杆菌工程菌发酵生产燃料酒精。
2在利用秸秆水解液制成的发酵液中加入能够产木质素酶的大肠杆菌工程菌发酵生产燃料酒精。
3本发明利用工程菌直接分泌产生纤维素酶和木质素酶，从而可以通过秸秆水解液的流加来控制发酵进程。
4本法适用于来源于利用各种技术合成的各种DNA序列编码的纤维素酶、木质素酶的基因。
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Cited By (4)

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CN101475976B (zh) * 2008-12-30 2012-05-30 中南林业科技大学 木质纤维生产燃料乙醇的多菌种组合发酵工艺
CN101824395B (zh) * 2009-03-06 2012-06-27 华东理工大学 一种以固体秸秆为碳源培养发酵种子液的方法
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