CN102093961A - 一株酿酒酵母sc1230及其在生产乙醇中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一株酿酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)及其在生产乙醇中的应用，属于生物工程技术领域。该酿酒酵母SC1230，2010年8月31日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，保藏号为CGMCC No.4126。本发明还保护上述酿酒酵母SC1230在利用纤维素粉渣生产乙醇中的应用。本发明所述的酿酒酵母SC1230具有生长繁殖快、戊糖与己糖降解速率高、对环境耐受力强等特点，是一株以纤维素粉渣为原料生产酒精的酿酒酵母菌株。

Description

一株酿酒酵母SC1230及其在生产乙醇中的应用
技术领域
本发明涉及一株酿酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)及其在生产乙醇中的应用，属于生物工程技术领域。 
背景技术
我国纤维素粉渣资源丰富，以马铃薯为代表，其种植面积达500万公顷，年总产量近8000万吨，每年有5000多万吨的马铃薯用于生产淀粉，然而产生的含有大量粗纤维物质的粉渣至今没有得到充分的利用，造成纤维素资源大量浪费。随着现代工业的迅速发展，煤、石油和天然气等非可再生能源愈加短缺，同时带来的环境问题日益突出，大规模开发绿色环保的可再生资源变得更加紧迫。可再生能源进入能源市场，已成为世界各国能源战略的重要组成部分。因此，以具有丰富来源的纤维素粉渣为原料生产酒精具有很大的开发前景。 
目前以玉米为原料生物转化燃料乙醇的技术已较为成熟，但其原料成本高达总成本的70～80％，并且我国是人口大国，粮食短缺一直是制约我国发展的重要因素，故以玉米为原料进行酒精生产不符合我国国情与社会发展的要求。利用纤维素原料大规模生产燃料乙醇的主要障碍为：(1)纤维素糖化率低，处理成本过高并造成环境污染。(2)缺乏经济可行的五碳糖发酵技术。中国专利CN101024848A(申请号：200710010720.6)公开了一种用甜高粱秸秆制取乙醇的方法，有如下步骤：(1)取甜高粱秸秆，去掉甜高粱秸秆的穗和根切成10～20毫米的段；(2)把秸秆段放入发酵罐加水，调节糖度、温度和pH值，得到液体物料；(3)在液体物料内加入酒精酵母，搅拌均匀，得到接种液体物料；(4)把接种液体物料在温度28～32℃下发酵52～72个小时，得到发酵醪；(5)把发酵醪在蒸馏塔里蒸馏，得到体积浓度95％以上的乙醇。该专利采用把甜高粱切碎的方法制取发酵液，其原料预处理效果差、纤维素糖化率低。 
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一株酿酒酵母SC1230及其在生产乙醇中的应用。 
一株酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)SC1230，2010年8月31日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，保藏地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，保藏号为CGMCC No.4126。 
酿酒酵母SC1230菌株，是从堆积在自然环境中的粉渣中筛选分离纯化出来的，具有生长繁殖快、戊糖与己糖降解速率高、对环境耐受力强等特点，是一株以纤维素粉渣为原料生产乙醇的酿酒酵母菌株。该菌株的生物学特征：个体形态呈长圆形，细胞大小为1.2～3.5×4.6～7.5微米，繁殖的方法为出芽生殖；菌落湿润，乳白色，较透明，表面光滑，容易挑起，菌落质地均匀，正面与反面以及边缘与中央部位的颜色一致；其细胞有两种生活形态，分别为单倍体和二倍体。 
上述酿酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)在利用纤维素粉渣生产乙醇中的应用。 
上述应用，步骤如下： 
(1)对纤维素粉渣进行预处理，水解纤维素后，得到含木糖的滤液和滤渣； 
(2)向步骤(1)制得的含木糖的滤液中接种活化后的嗜鞣管囊酵母(Pachysolentannophilus)，进行液态发酵，得液态发酵醪液； 
(3)向步骤(1)制得的滤渣中接种活化后的酿酒酵母SC1230，进行固态发酵，得固态酒醅； 
(4)将步骤(2)制得的液态发酵醪液和步骤(3)制得的固态酒醅分别蒸馏，混合，再经精馏后，得到高浓度酒精。 
所述步骤(1)中的纤维素粉渣来源广泛，包括各种含纤维素的植物秸秆与作物加工后的废渣。 
所述步骤(1)中的预处理，步骤如下： 
粉碎纤维素粉渣至粒径不大于1.0mm，按重量比1∶1～3与80～100℃水混合浸泡0.5～1.5h后，在1.2～1.6MPa、180～195℃的条件下，通入氧气，持气量为200～500mg/m3，同时，每隔4～9s采用高压蒸汽爆破法爆破一次，共爆破3～6次； 
所述步骤(1)中水解纤维素，步骤如下： 
将经预处理后的物料冷却至30～45℃，添加物料重量0.1～5.0％的纤维素酶，水解30～50min后，过滤得含木糖的滤液和滤渣。优选的，纤维素酶酶活为40000U。 
所述步骤(2)中接种活化后的嗜鞣管囊酵母，步骤如下： 
调节含木糖的滤液的pH至4.5～5.0，添加微生物营养液，使含木糖的滤液中木糖含量30～60g/L、硫酸铵含量2.5～5.0g/L、磷酸二氢钾含量0.5～1.5g/L、硫酸镁含量0.3～1.0g/L；按每升含木糖的滤液接入1×108～5×108个活化后的嗜鞣管囊酵母。所述活化后的嗜鞣管囊酵母是指处于对数生长期的嗜鞣管囊酵母，其活化方法可按本领域常规管囊酵母的惯用活化方法操作。 
所述步骤(2)中的液态发酵，条件为：发酵温度30～37℃，发酵时间4～5天。 
所述步骤(3)中接种活化后的酿酒酵母SC1230，步骤如下： 
向滤渣中加1～1.5倍重量的水，按10U/g滤渣的量分别加入纤维素酶、木聚糖酶与β-葡聚糖酶，30～45℃酶解1～2h，然后按每千克滤渣接入5×107～5×109个活化后的酿酒酵母SC1230。所述活化后的酿酒酵母SC1230是指处于对数生长期的酿酒酵母SC1230，其活化方法可按本领域常规酿酒酵母的惯用活化方法操作。 
所述步骤(3)中的固态发酵，条件为：发酵温度15～35℃，静止发酵5～10天。 
所述步骤(4)中的液态蒸馏温度为：95～112℃；固态蒸馏温度为：95～100℃；精馏温度为：93～108℃，制得95～96％v/v的高浓度酒精。 
上述操作方法及工艺条件如无特别说明，均采用本领域常用操作方法及工艺条件。 
有益效果 
(1)本发明所述的酿酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)具有生长繁殖快、戊糖与己糖降解速率高、对环境耐受力强等特点，是一株以纤维素粉渣为原料生产酒精的酿酒酵母菌株。 
(2)本发明采用纤维素粉渣做为主要原料，原料来源广泛，包括各种含纤维素的植物秸秆与作物加工后的废渣，不仅大大节约了生产酒精的成本，克服了传统酒精发酵需要以粮食为原料的弊端，而且回收利用了农副产品废弃物，减小了对的环境污染。 
(3)本发明采用了湿氧化法与高压蒸汽爆破法相结合来处理纤维素粉渣，大大提高了纤维素的降解率，为下一步嗜鞣管囊酵母和酿酒酵母SC1230提供了良好的发酵环境。 
附图说明
图1是本发明利用纤维素粉渣生产酒精的工艺流程图。 
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步阐述，但本发明所保护范围不限于此。 
实施例中的嗜鞣管囊酵母购自济南瑞丰生物工程有限公司，纤维素酶(酶活为40000U)、木聚糖酶与β-葡聚糖酶购自Sigma公司。 
实施例1 
一株酿酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)，2010年8月31日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，保藏号为CGMCC No.4126。 
酿酒酵母SC1230菌株，是从堆积在自然环境中的粉渣中筛选分离纯化出来的，具有生长繁殖快、戊糖与己糖降解速率高、对环境耐受力强等特点，是一株以纤维素粉渣为原料生产酒精的酿酒酵母菌株。该菌株的生物学特征：个体形态呈长圆形，细胞大小为1.5～3.5×4.5～7.5微米，繁殖的方法为出芽生殖；酵母菌落湿润，乳白色，较透明，表面光滑，容易挑起，菌落质地均匀，正面与反面以及边缘与中央部位的颜色一致。其细胞有两种生活形态，分别为单倍体和二倍体。 
实施例2 
上述酿酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)在利用纤维素粉渣生产乙醇中的应用，步骤如下： 
(1)原料预处理 
取50kg干燥洁净的马铃薯粉渣和绿豆粉渣(将马铃薯和绿豆粉碎干燥后制得，含水率7.3％)，用细碎机(直径为1.0mm筛孔)将颗粒度不同的马铃薯粉渣和绿豆粉渣磨成直径均一的粉末；将水与马铃薯和绿豆粉渣按1∶1混合，100℃水浸处理1h，通入氧气，持气量为400mg/m3，在1.2MPa，180℃条件下每隔5s采用高压蒸汽爆破法爆破一次，共爆破3次；然后将物料降温至30℃，添加0.1％纤维素酶水解50min，过滤处理；向含木糖的滤液中流加微生物营养液，使含木糖的滤液中木糖含量30g/L、硫酸铵含量2.5g/L、磷酸二氢钾含量0.5g/L、硫酸镁含量0.3g/L，同时调节pH为5.0。 
(2)液态发酵与固态发酵 
在液态发酵过程中，向以含木糖的滤液中接入能分解戊糖产酒精的嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)菌液，使每升该菌液中含有处于对数生长期的活嗜鞣管囊酵母2×108个，34℃，静止发酵4天，得液态发酵醪液。在固态发酵过程中，向滤渣中加相同重量的水，按10U/g滤渣分别加入纤维素酶、木聚糖酶与β-葡聚糖酶，35℃酶解1h；接入已经活化的酿酒酵母SC1230菌液，使每升该菌液中含有处于对数生长期的酿酒酵母SC1230数为8×107个，25℃，静止发酵10天，得固态酒醅。 
(3)酒精蒸馏及精馏 
液态发酵醪液中的酒精浓度为12％，将液态发酵醪液打入粗馏塔进行蒸馏，蒸馏温度为：95～112℃，得到68％ v/v的酒精。固态酒醅中酒精含量为7％，固态蒸馏后得到51％v/v的酒精，蒸馏温度为：95～100℃。将液态蒸馏与固态蒸馏出的酒液泵入精馏塔进行精馏，精馏温度为：93～108℃，得到95％v/v的高浓度酒精。 
经实际生产计算，每吨纤维素粉渣可生产95％v/v的高浓度酒精0.135吨。 
实施例3 
上述酿酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)在利用纤维素粉渣生产酒精中的应用，步骤如下： 
(1)原料预处理 
取50kg干燥洁净的玉米秸秆和红薯粉渣(将玉米秸秆和红薯粉碎干燥后制得，含水率 8.2％)，用细碎机(直径为1.0mm筛孔)将颗粒度不同的玉米秸秆和红薯粉渣磨成直径均一的粉末；将水与玉米秸秆和红薯粉渣按1∶2混合，90℃水浸处理1h，通入氧气，持气量为300mg/m3，在1.4MPa，190℃条件下每隔7s采用高压蒸汽爆破法爆破一次，共爆破5次；然后，将物料降温至40℃，添加3.0％纤维素酶水解30min，过滤处理；向含木糖的滤液中流加微生物营养液，使含木糖的滤液中木糖含量45g/L、硫酸铵含量3.5g/L、磷酸二氢钾含量1.0g/L、硫酸镁含量0.8g/L，同时调节pH4.5。 
(2)液态发酵与固态发酵 
在液态发酵过程中，向以含木糖的滤液中接入能分解戊糖产酒精的嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)菌液，使每升该菌液中含有处于对数生长期的活嗜鞣管囊酵母3×108个，30℃，静止发酵4.5天，得液态发酵醪液。在固态发酵过程中，向滤渣中加1.2倍重量的水，按10U/g干物质分别加入纤维素酶、木聚糖酶与β-葡聚糖酶，40℃酶解1.5h；接入已经活化的酿酒酵母SC1230菌液，使每升该菌液中含有处于对数生长期的酿酒酵母SC1230数为5×108个，30℃，静止发酵7天，得固态酒醅。 
(3)酒精蒸馏及精馏 
液态发酵醪液中的酒精浓度为11％，将液态发酵醪液打入粗馏塔进行蒸馏，蒸馏温度为：95～112℃，得到66％v/v的酒精。固态酒醅中酒精含量为8％，固态蒸馏后得到53％v/v的酒精，蒸馏温度为：95～100℃。将液态蒸馏与固态蒸馏出的酒液泵入精馏塔进行精馏，精馏温度为：93～108℃，得到96％v/v的高浓度酒精。 
经实际生产计算，每吨纤维素粉渣可生产96％v/v的高浓度酒精0.141吨。 
实施例4 
(1)原料预处理 
取50kg干燥洁净的马铃薯粉渣和红薯粉渣(将马铃薯和红薯粉碎干燥后制得，含水率6.8％)，用细碎机(直径为1.0mm筛孔)将颗粒度不同的马铃薯粉渣和红薯粉渣磨成直径均一的粉末；将水与马铃薯和红薯粉渣按1∶3混合，80℃水浸处理1h，通入氧气，持气量为500mg/m3，在1.6MPa，195℃条件下每隔9s采用高压蒸汽爆破法爆破一次，爆破6次；然后，将物料降温至45℃，添加5.0％纤维素酶水解40min，过滤处理；向含木糖的滤液中流加适量微生物营养液，使含木糖的滤液中木糖含量60g/L、硫酸铵含量5.0g/L、磷酸二氢钾含量1.5g/L、硫酸镁含量1.0g/L，同时调节pH 4.8。 
(2)液态发酵与固态发酵 
在液态发酵过程中，向以含木糖的滤液中接入能分解戊糖产酒精的嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)菌液，使每升该菌液中含有处于对数生长期的活嗜鞣管囊酵母5×108个，37℃，静止发酵5天，得液态发酵醪液。在固态发酵过程中，向滤渣中加1.1倍重量的水，按10U/g干物质分别加入纤维素酶、木聚糖酶与β-葡聚糖酶，45℃酶解2h；接入已活化的酿酒酵母SC1230菌液，使每升该菌液中含有处于对数生长期的酿酒酵母SC1230数为3×109个，35℃，静止发酵5天，得固态酒醅。 
(3)酒精蒸馏及精馏 
液态发酵醪液中的酒精浓度为10％，将发酵醪液打入粗馏塔进行蒸馏，蒸馏温度为：95～112℃，得到64％v/v的酒精。固态酒醅中酒精含量为9％，固态蒸馏后得到55％v/v的酒精，蒸馏温度为：95～100℃。将液态蒸馏与固态蒸馏出的酒液泵入精馏塔进行精馏，精馏温度为：93～108℃，得到96％v/v的高浓度酒精。 
经实际生产计算，每吨纤维素粉渣可生产96％v/v的高浓度酒精0.144吨。 

Claims (10)

1.一株酿酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)，2010年8月31日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，保藏号为CGMCC No.4126。
2.权利要求1所述的酿酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)在利用纤维素粉渣生产乙醇中的应用。
3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，步骤如下：
(1)对纤维素粉渣进行预处理，水解纤维素后，得到含木糖的滤液和滤渣；
(2)向步骤(1)制得的含木糖的滤液中接种活化后的嗜鞣管囊酵母(Pachysolentannophilus)，进行液态发酵，得液态发酵醪液；
(3)向步骤(1)制得的滤渣中接种活化后的酿酒酵母SC1230，进行固态发酵，得固态酒醅；
(4)将步骤(2)制得的液态发酵醪液和步骤(3)制得的固态酒醅分别蒸馏，混合，再经精馏后，得到高浓度酒精。
4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，步骤(1)中的预处理，步骤如下：
粉碎纤维素粉渣至粒径不大于1.0mm，按重量比1∶1～3与80～100℃水混合浸泡0.5～1.5h后，在1.2～1.6MPa、180～195℃的条件下，通入氧气，持气量为200～500mg/m3，同时，每隔4～9s采用高压蒸汽爆破法爆破一次，共爆破3～6次。
5.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述步骤(1)中水解纤维素，步骤如下：
将经预处理后的物料冷却至30～45℃，添加物料重量0.1～5.0％的纤维素酶，水解30～50min后，过滤得含木糖的滤液和滤渣。优选的，纤维素酶酶活为40000U。
6.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述步骤(2)中接种活化后的嗜鞣管囊酵母，步骤如下：
调节含木糖的滤液的pH至4.5～5.0，添加微生物营养液，使含木糖的滤液中木糖含量30～60g/L、硫酸铵含量2.5～5.0g/L、磷酸二氢钾含量0.5～1.5g/L、硫酸镁含量0.3～1.0g/L；按每升含木糖的滤液接入1×108～5×108个活化后的嗜鞣管囊酵母。
7.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述步骤(2)中的液态发酵，条件为：发酵温度30～37℃，发酵时间4～5天。
8.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述步骤(3)中接种活化后的酿酒酵母SC1230，步骤如下：
向滤渣中加1～1.5倍重量的水，按10U/g滤渣的量分别加入纤维素酶、木聚糖酶与β-葡聚糖酶，30～45℃酶解1～2h，然后按每千克滤渣接入5×107～5×109个活化后的酿酒酵母SC1230。
9.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述步骤(3)中的固态发酵，条件为：发酵温度15～35℃，静止发酵5～10天。
10.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述步骤(4)中的液态蒸馏温度为：95～112℃；固态蒸馏温度为：95～100℃；精馏温度为：93～108℃，制得95～96％v/v的高浓度酒精。 
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