CN101886092B - 一种以ddgs作为营养物用于纤维乙醇发酵的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以DDGS作为营养物用于纤维乙醇发酵的方法，具体步骤为，(1)DDGS的预处理；(2)DDGS用于微生物的生长培养；(3)发酵过程添加DDGS供给微生物生长和发酵所需的营养成分，实现纤维乙醇及其他生物基产品的低成本生产；(4)在纤维乙醇同步糖化过程中添加DDGS做营养物用于发酵，在含纤维素酶作用的工艺中，酶水解DDGS中的粗纤维能够释放出更多的营养物和葡萄糖。本发明的优点：利用淀粉乙醇发酵工艺副产品DDGS替代高成本的营养物用于微生物培养和发酵，提高了DDGS的利用价值，改善纤维质原料的可发酵性，降低纤维乙醇生产过程成本。
Description
【技术领域】
本发明涉及工业发酵副产品利用与生物质能源技术领域，具体地说，是一种以DDGS作为营养物用于纤维乙醇发酵的方法。
【背景技术】
发酵法生产的乙醇用途非常广泛，特别是车用燃料乙醇的大规模推广利用后，乙醇生产能力不断扩大。随着燃料乙醇的迅速发展，作为淀粉酒精行业副产物的玉米干酒糟(Distillers Dried Grains with Solubles，DDGS)产量也急剧上升。DDGS是含可溶物的干谷物酒糟，是一种很有价值的蛋白原料，是淀粉乙醇干法生产工艺的副产物，主要含有粗纤维、粗蛋白、脂肪、微量元素等营养成分，现在一般用作动物饲料，是一种低附加值的产品。随着谷物原料成本的上升，为了增加经济效益，就必须提高DDGS副产品的价值。
农作物秸秆等纤维质原料是世界上最丰富的可再生资源，利用纤维质原料发酵生产酒精用于车用燃料乙醇是一个极具前景的产业。纤维质原料生产乙醇一般包括三步：原料预处理、酶水解、发酵和产品分离。当前主要的预处理方法是高温稀酸预处理和蒸汽汽爆等，原料预处理能够破坏纤维素对酶解过程的抵抗性，促进纤维素酶对纤维素的降解。但是预处理过程产生了大量的抑制物包括有机酸类、醛类和酚类等，抑制了酵母在水解液中的生长与乙醇生产。在现有工艺条件下纤维乙醇包含多个能耗步骤，必须在提高工艺水平的同时，降低过程成本。淀粉乙醇工艺的副产物DDGS产量大、来源广、成本低，含有丰富的营养物质，若能够用于纤维乙醇发酵工艺，不仅可以提高DDGS的价值，为微生物的乙醇发酵提供了营养源，也可改善纤维质水解液的可发酵性。另外，在含有纤维素酶作用的工艺中，纤维素酶能够降解DDGS中的粗纤维，这样就可释放出可发酵的糖和更多的营养物，充分实现DDGS资源的价值。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有工业应用技术的不足，提供一种以DDGS作为营养物用于纤维乙醇发酵的方法。
本发明的构思：以DDGS作为营养物用于低成本生产纤维乙醇发酵，具体地说是在种子培养或纤维乙醇及其他产品发酵生产过程中添加DDGS，适合于以纤维质类物质为原料进行乙醇发酵或其它生物基产品发酵，或其他含纤维素酶作用的微生物生长和发酵过程；通过在微生物种子培养阶段添加DDGS或处理后的DDGS供给营养成分培养微生物生长；在纤维乙醇发酵过程中，向发酵罐中添加秸秆原料、DDGS和纤维素酶液，同步糖化秸秆与DDGS，微生物利用产生的糖和营养成分发酵生成产物。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种以DDGS作为营养物用于纤维乙醇发酵的方法，其具体步骤为：
(1)DDGS的预处理：
DDGS通过机械粉碎、超声波、酶水解等方式处理，或者添加到纤维乙醇发酵的秸秆原料中做蒸汽爆破处理；
所述的DDGS是指玉米干酒糟；
机械粉碎是指把DDGS在粉碎装置中粉碎为更小的颗粒；
超声波亦是指把含有DDGS的培养基用超声波处理；
酶水解是把纤维素酶添加到含DDGS的培养基中，在酶的作用下DDGS中的纤维水解成葡萄糖，同时也能够释放出更多的营养物；所述的纤维素酶选自纤维素酶或者纤维二糖酶中的一种或两者的混合酶液，加酶量为0～40FPU/g DM，FPU指纤维素酶液中的纤维素酶滤纸酶活，DM是指DDGS干重；其中，纤维素酶液包括商品化纤维素酶液以及用霉菌等微生物培养获得的具有纤维素酶活的培养液；所述的营养物是指DDGS以及DDGS处理后所含的蛋白质、粗脂肪、氨基酸、微量元素等营养物；
(2)利用DDGS培养微生物：
从菌种保藏平板、保藏斜面或冷冻甘油保藏管保存的菌种接种于合成培养基，培养温度为25～45℃，优选为37℃；转速为50～500rpm，优选为200rpm，培养时间为12～36小时，OD600值达到4～14；
在合成培养基中，葡萄糖浓度为10～100g/L，营养物分别是DDGS为0～50g DM/L，K2HPO4为0.5～10g/l，MgSO4·7H2O为0.1～5g/l，(NH4)2SO4为0.5～10g/l，酵母萃取粉或玉米浆为0.1～10g/l；
所述的菌种选自酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、管囊酵母(Pachysolen tannophilus)、树干毕赤酵母(Pichia stipitis)、克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)、运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)、大肠杆菌(Escherichia coli)菌株，以及通过诱变、基因工程等操作改造上述菌株以及上述菌株中的一种，两种或数种的混合发酵；优选为酿酒酵母；其中：诱变筛选的菌株是指通过化学、物理以及射线等诱变改造的菌株；基因工程操作的菌株是指通过转入质粒、同源重组及改善代谢路径后的用于代谢六碳糖或五碳糖发酵生产乙醇的菌株；
OD600值是指含有菌体的溶液在600nm波长处的吸光值；
(3)种子培养基中添加纤维质原料和DDGS进行同步糖化驯化培养：
活化培养的菌液以体积百分数5～20％接种于质量百分数为3～30％的纤维质原料混合培养基，加入纤维素酶和相应的DDGS或者营养盐，150～200rpm，温度为30～37℃，培养时间为15～20小时；根据发酵罐的装液量大小，扩大培养种子液的体积获得种子培养液；种子液多级培养过程中培养级数涵盖1级到6级，各培养级间接种量的体积百分比为5～20％，接种于发酵罐的种子液包括从1级到6级培养种子获得的任一级的培养液得到含发酵菌种的浆液；
所述的混合培养基是指以0～50g/L葡萄糖溶液调整纤维质原料固含量的培养基，优选为20g/L葡萄糖溶液；其pH为4.5～5.5，调整pH的溶液选自硫酸、氢氧化钙溶液、氢氧化钠溶液、氨水中的一种或者两种以上混合溶液；
所述的营养盐组份：DDGS为0～50g DM/L，K2HPO4为0.5～10g/l，MgSO4·7H2O为0.1～5g/l，(NH4)2SO4为0.5～10g/l，酵母萃取粉或玉米浆为0.1～10g/l；
所述的纤维质原料选自固体秸秆原料或者固体秸秆处理物；其中：
所述的纤维质原料选自玉米秸秆、麦秸、稻草、木屑、能源植物或者林业废弃物中的一种，优选玉米秸秆；
所述的纤维质原料处理物选自采用稀酸、蒸汽爆破、氨气爆破、生物法方式预处理后的玉米秸秆、麦秸、稻草、木屑、能源植物、林业废弃物中的一种，优选蒸汽汽爆预处理的玉米秸秆；
(4)在纤维乙醇同步糖化过程中添加DDGS做营养物用于发酵：
将(3)培养获得的含有发酵菌种的浆液接种到高固体含量的发酵罐，加入DDGS或者营养盐，以及纤维素酶，同步糖化发酵生产纤维乙醇；
所述的纤维质在发酵罐中的含量为4～40％，DDGS为0～100g/L，纤维素酶为5～30FPU/g DM。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
(1)本发明DDGS作为营养物用于纤维乙醇发酵，用DDGS替代营养盐作为微生物的营养源，适合于高固体含量乙醇同步糖化发酵过程，同步糖化过程中纤维素酶也能够降解DDGS中的粗纤维释放出糖和更多的营养成分，提高纤维质原料水解液的可发酵性，适合于工业应用；
(2)本发明DDGS作为营养物用于纤维乙醇发酵与通常的营养盐作为营养物相比，原料来源广、成本低、营养更全面，能够降低纤维质原料发酵生产乙醇的成本；
(3)本发明充分利用DDGS营养丰富，符合微生物生长需求以及能够耦合入纤维素酶水解工艺这一特点，为DDGS的利用开辟了新的途径，提高了DDGS的价值，适合于大规模和工业化生产应用。
【具体实施方式】
以下提供本发明一种以DDGS作为营养物用于纤维乙醇发酵的方法的具体实施方式。
实施例1
在250ml摇瓶中，加入50g/L DDGS，纤维素酶15FPU/g DM，在温度50℃，转速150rpm，酶水解处理48小时；微波超声处理10分钟后的50g/LDDGS中，加入纤维素酶10FPU/g DM，水解温度50℃，转速150rpm，酶水解24小时；得到纤维乙醇。
实施例2
在合成培养基中做菌种的活化培养，菌种为酿酒酵母；然后，在250mL摇瓶中用20g/L的葡萄糖溶液调整汽爆预处理秸秆含量质量分数为15％，DDGS 10g DM/L，培养温度37℃，150rpm，加酶量5FPU/g DM，培养18小时。同步糖化发酵在发酵罐中进行，固体质量分数为25％，加酶量15FPU/gDM，营养盐浓度分别为DDGS 10g DM/L，MgSO4·7H2O 2g/L，(NH4)2SO41g/L，50℃温度预糖化8小时，接种量为体积分数10％，接种后调整发酵温度到37℃，发酵72小时；得到纤维乙醇。
实施例3
合成培养基活化的菌种，菌种为管囊酵母；然后在250mL摇瓶中用20g/L的葡萄糖溶液调整汽爆预处理秸秆质量分数为15％，培养温度37℃，150rpm；加酶量15FPU/g DM；营养盐浓度分别为DDGS 20g DM/L；种子培养第三步，在250mL摇瓶中用水调整汽爆秸秆含量质量分数为10％，DDGS 20g DM/L，加酶量15FPU/g DM；同步糖化发酵在发酵罐中固体质量分数为29.6％，加酶量7FPU/g DM，DDGS 25g DM/L，发酵72小时；得到纤维乙醇。
实施例4
在100mL摇瓶中加入20mL合成培养基进行菌种的活化，菌种为酿酒酵母；种子培养第二步，在250mL摇瓶中用水调整汽爆预处理秸秆质量分数为10％，培养温度37℃，转速250rpm，DDGS 30g DM/L；加酶量30FPU/g DM；同步糖化发酵在发酵罐中进行，加酶量30FPU/g DM，DDGS 30g DM/L，固体质量分数为30％，发酵温度37℃，发酵时间84小时；得到纤维乙醇。
本发明所涉及的菌种不限于实施例所提供的菌种，还可以为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、管囊酵母(Pachysolen tannophilus)、树干毕赤酵母(Pichia stipitis)、克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)、运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)、大肠杆菌(Escherichia coli)菌株，以及通过诱变、基因工程等操作改造上述菌株以及上述菌株的两种或数种的混合发酵；其中：诱变筛选的菌株是指通过化学、物理以及射线等诱变改造的菌株；基因工程操作的菌株是指通过转入质粒、同源重组及改善代谢路径后的可用于代谢六碳糖或五碳糖发酵生产乙醇的菌株。
本发明所涉及的纤维质原料不限于玉米秸秆，还可以为麦秸、稻草、木屑、能源植物或者林业废弃物中的一种；固体秸秆处理物选自采用稀酸、蒸汽膨爆、液氨膨爆、生物法预处理后的麦秸、稻草、木屑、能源植物、林业废弃物中的一种。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种以DDGS作为营养物用于纤维乙醇发酵的方法，其特征在于，其具体步骤为：
(1)DDGS的预处理：
DDGS通过机械粉碎、超声波、酶水解方式处理，或者添加到纤维乙醇发酵的秸秆原料中做蒸汽爆破处理；
所述的DDGS是指玉米干酒糟；
(2)利用DDGS培养微生物：
从菌种保藏平板、保藏斜面或冷冻甘油保藏管保存的菌种接种于合成培养基，培养温度为25～45℃；转速为50～500rpm，培养时间为12～36小时，OD600值达到4～14；
在合成培养基中，葡萄糖浓度为10～100g/L，营养物分别是DDGS为0～50g DM/L，K2HPO4为0.5～10g/l，MgSO4·7H2O为0.1～5g/l，(NH4)2SO4为0.5～10g/l，酵母萃取粉或玉米浆为0.1～10g/l；
所述的菌种选自酿酒酵母、管囊酵母、树干毕赤酵母、克鲁维酵母、运动发酵单胞菌菌株、大肠杆菌，以及通过诱变、基因工程操作改造上述菌株以及上述菌株的中的一种，两种或数种的混合发酵；其中：诱变筛选的菌株是指通过化学或者物理诱变改造的菌株；基因工程操作的菌株是指通过转入质粒或者同源重组后的用于代谢六碳糖或五碳糖发酵生产乙醇的菌株；
OD600值是指含有菌体的溶液在600nm波长处的吸光值；
(3)种子培养基中添加纤维质原料和DDGS进行同步糖化驯化培养：
活化培养的菌液以体积百分数5～20％接种于质量百分数为3～30％的纤维质原料混合培养基，加入纤维素酶，和DDGS或者营养盐中的一种，培养条件为：150～200rpm，温度为30～37℃，培养时间为15～20小时；种子液 多级培养过程中培养级数涵盖1级到6级，各培养级间接种量的体积百分比为5～20％，接种于发酵罐的种子液包括从1级到6级培养种子获得的任一级的培养液得到含发酵菌种的浆液；
所述的混合培养基是指以0～50g/L葡萄糖溶液调整纤维质原料固含量的培养基；其pH为4.5～5.5，调整pH的溶液选自硫酸、氢氧化钙溶液、氢氧化钠溶液、氨水中的一种或者两种以上混合溶液；
所述的营养盐组份：DDGS为0～50g DM/L，K2HPO4为0.5～10g/l，MgSO4·7H2O为0.1～5g/l，(NH4)2SO4为0.5～10g/l，酵母萃取粉或玉米浆为0.1～10g/l；
所述的纤维质原料选自固体秸秆原料或者固体秸秆处理物；
(4)在纤维乙醇同步糖化过程中添加DDGS做营养物用于发酵：
将(3)培养获得的含有发酵菌种的浆液接种到高固体含量的发酵罐，加入DDGS或者营养盐，以及纤维素酶，同步糖化发酵生产纤维乙醇；
纤维质在发酵罐中的质量分数为4～40％，DDGS为0～100g/L，纤维素酶为5～30FPU/g DM；其中，FPU指纤维素酶液中的纤维素酶滤纸酶活，DM是指DDGS干重。
2.如权利要求1所述的一种以DDGS作为营养物用于纤维乙醇发酵的方法，其特征在于，在所述的步骤(2)中，培养条件为：培养温度为37℃；转速为200rpm。
3.如权利要求1所述的一种以DDGS作为营养物用于纤维乙醇发酵的方法，其特征在于，在所述的步骤(2)中，所述的菌种为酿酒酵母。
4.如权利要求1所述的一种以DDGS作为营养物用于纤维乙醇发酵的方法，其特征在于，在所述的步骤(3)中，以20g/L葡萄糖溶液调整纤维质原料固含量。
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| Kim Y et al..Process simulation of modified dry grind ethanol plant with recycle of pretreated and enzymatically hydrolyzed distillers" grains..《Bioresource Technology》.2007, * |
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