CN102807997A - 一种利用树干毕赤酵母发酵戊糖己糖混合糖制备乙醇的方法 - Google Patents

一种利用树干毕赤酵母发酵戊糖己糖混合糖制备乙醇的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用树干毕赤酵母发酵戊糖己糖混合糖制备乙醇的方法，本发明以树干毕赤酵母为出发菌株，利用戊糖己糖混合糖为碳源，确定树干毕赤酵母高糖浓度发酵时所需的条件。

Description

一种利用树干毕赤酵母发酵戊糖己糖混合糖制备乙醇的方法
技术领域
本发明属于发酵技术领域，具体涉及一种利用树干毕赤酵母发酵戊糖己糖混合糖制备乙醇的方法。
背景技术
在化工领域中，乙醇(俗称酒精)是一种重要的工业原料，广泛应用于化工、食品、饮料工业、军工、日用化工和医药卫生等领域，并且乙醇作为一种优良的燃料(其燃烧值达到26900 kJ/kg)，可以提高燃油品质口]。如今，在发酵行业中，主要采用酿酒酵母生物转化生产乙醇。
随着全球能源危机的加剧，人们越来越重视燃料乙醇的开发利用。传统的以淀粉质为原料的乙醇生产消耗了大量粮食，增加了粮食供给的紧张局势。而利用可再生的绿色生物质资源如农林废弃物制备燃料乙醇，一是能变废为宝，二是能减轻对粮食的依赖，三是能减少汽车尾气对环境的污染，四是能寻求可替代能源的有效途径。因此，以植物纤维资源生物降解并发酵制备燃料乙醇的技术成为目前的研究热点。
而高糖浓度发酵又是制备燃料乙醇研究的难点之一。高糖浓度乙醇发酵特点是能明显地提高单位设备的生产率和利用率。高糖浓乙醇发酵因为增加了单位体积醪液中可发酵性糖的含量，增加了单位体积醪液中乙醇的含量和其它固形物的含量，减少了拌料过程中水的投入，能节约相当数量的水，极大地降低了蒸煮、发酵、蒸馏和浓缩干燥过程中的能量消耗。但高糖浓乙醇发酵时间长，高糖浓度底物可能导致发酵罐中高浓度残糖，由于产物抑制、高渗透压和营养不足等因素造成发酵不完全。
发明内容
本发明提供了一种利用树干毕赤酵母发酵戊糖己糖混合糖制备乙醇的方法，本发明以树干毕赤酵母为出发菌株，利用戊糖己糖混合糖为碳源，确定树干毕赤酵母高糖浓度发酵时所需的条件。
1.      一种利用树干毕赤酵母发酵戊糖己糖混合糖制备乙醇的方法，其特征在于发酵时，发酵液体积为50 mL，总体积为80 mL。将三角瓶置于恒温振荡器中，在一定温度下、150 r/min条件下进行乙醇发酵。
2.      步骤1所述的酵母细胞增殖培养的方法为：将酵母细胞培养液接入增殖培养基，在30℃、150 r/min条件下增殖培养。
3.      步骤1所述的发酵培养基(g/L): 木糖20.0、葡萄糖50.0、CaC12 0.3、MgSO4 0.3、KH2PO4 2.5、CO(NH2)2 0.2、(NH4)2SO4 1.1。
4.      步骤1所述的酵母菌种及酵母细胞增殖培养基为：葡萄糖30.0 g/L，木糖30.0 g/L，蛋白胨3.0 g/L，酵母汁2.5 g/L，CaC12 2.5 g/L，MgSO4 0.25 g/L，KH2PO4 2.5 g/L，培养基pH 5.0。
5.      步骤3所述的添加硫酸铵1.1 g/L+微量元素发酵效果较好。 
6.      步骤3所述的发酵温度最佳为32℃。
7.      步骤3所述的最佳初始pH为4.5。
本发明采用混合糖(木糖、己糖)为碳源，通过培养因素的改变来确定树干毕赤酵母高糖浓度发酵时所需的工艺条件。为工业化高糖浓度发酵制备乙醇的生产工艺提供理论基础。
附图说明
图1培养基中不同添加物对发酵的影响。
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图2不同初始pH对发酵的影响。
具体实施方式
下面的实施例对本发明作详细说明，但对本发明没有限制。
本发明所用的菌株为树干毕赤酵母，购买于CICC，编号为：CICC1960。
实施例1
本实施案例说明培养基中不同添加物对发酵的影响，本试验在混合糖(葡萄糖与木糖比率为2：1) 80.0 g/L，CaC12 0.3 g/L，MgSO4 0.5 g/L，KH2PO4 3.0 g/L的基本培养基基础上，向培养基里添加不同物质，研究其对发酵的影响，发酵温度为30℃，摇床转速为150 r/min，结果如图1所示。
从图1中可以看出，添加物不同，发酵效果有很大差别，主要表现在乙醇浓度的变化上。其中乙醇浓度显著增高的是添加物质C(麦芽汁3.0 g/L+微量元素)、G(黄豆粉3.0 g/L+微量元素+麦芽汁3.0 g/L)、P(微量元素)、I(L-谷氨酰胺0.6 g/L+微量元素)，其乙醇浓度依次为33.4、33.2、33.2、33.2 g/L，显著高于对比样不添加任何物质A以硫酸铵作为氮源时的乙醇浓度30.6 g/L，除了M、N、L、E添加后降低了最终乙醇浓度外，其它如B、D、F、H、J的添加也都不同程度地提高了乙醇浓度，有利于发酵的进行。
在本实施例中，虽然添加物质C(麦芽汁3 L+微量元素)后乙醇浓度最高，但考虑到实际生产中成本太高，因此选择添加物硫酸铵1.1 g/L+P(微量元素)，乙醇浓度达33.2 g/L，既能保证发酵效果，又能降低发酵成本。
实施例2
本实施案例说明不同温度对发酵的影响，温度分别为：30℃、32℃、34℃、36℃和38℃，结果如表1所示。
从表1中可以看出，发酵温度对高糖浓度乙醇发酵的影响非常显著，随发酵温度升高，残糖浓度经历一个先下降而后上升的过程，而乙醇浓度、乙醇得率变化规律则与之相反。当温度为30～38℃之间时，随温度升高，残糖浓度由30℃时的1.8 g/L降至32℃时的0.2 g/L时又升高到了38℃时的19.4 g/L，同时乙醇浓度由31.0 g/L升至33.5 g/L，又降低到20.4 g/L，发酵后酵母浓度则随着发酵温度的升高而逐渐降低。当温度超过32℃时，随着温度的升高，高温抑制酵母的生长，发酵酶系钝化，代谢活力明显降低，发酵速度明显减慢，酵母的数量逐渐减少，活性也逐渐降低，导致酵母的发酵能力减弱．由于酶促反应增加速度不及温度升高引起酶失活反应速度，因此残糖浓度上升，糖利用率下降，发酵不彻底，并且当发酵温度超过36℃时，残糖浓度上升速度明显加快，糖利用率也大幅度下降，当发酵温度升至38℃ 时，残糖浓度高达19.4 g/L，而糖利用率仅为68.2％。因此，选择最佳发酵温度为32℃。
表1 不同温度对发酵的影响
发酵温度/℃ 残糖浓度（g/L） 乙醇浓度（g/L） 发酵后酵母浓度（g/L） 糖利用率（%） 乙醇得率为理论得率的百分数/%
30 1.8 31.0 12.4 96.8 77.8
32 0.2 33.5 12.4 99.2 82.4
34 6.2 26.8 12.2 90.2 74.9
36 10.4 27.1 11.6 84.0 84.2
38 19.4 20.4 10.0 68.2 69.5
实施例3
本实施案例说明不同初始pH对发酵的影响，本实施例以80.0 g/L的混合糖(葡萄糖与木糖比率为2:1)为碳源，采用0.05 moL/L的柠檬酸一柠檬酸三钠调节发酵液的pH，考察不同初始pH对树干毕赤酵母发酵制备乙醇的影响，发酵温度为30℃，发酵周期为24 h。结果如图2。
由图2可知，当发酵液的初始pH由3.0上升到5.5的过程中，残糖浓度逐渐降低，乙醇浓度逐渐升高。当pH为3.0时，残糖浓度高达9.0 g/L，乙醇浓度仅为l7.5 g/L，显微镜下观察酵母细胞大部分已变形，丧失发酵能力。当pH范围在3.5～4.5范围之内时，残糖浓度变化范围不大，而乙醇浓度有较大幅度的提高，由24.3 g/L提高到31.1 g/L。低的pH环境下，酵母消耗的糖并不是全部用来合成产物，可能一部分用来积累抵抗恶劣环境的能量。继续提高发酵液的pH，乙醇浓度也相应提高，但幅度很小。因此，树干毕赤酵母发酵制备乙醇的最适pH范围为4.5～5.5，但工业上高的pH，如越接近杂菌杆菌适宜生长繁殖的pH 7．0值，发酵液越容易被染菌。因此调控pH范围为4.5较为适宜。

Claims (7)

1.一种利用树干毕赤酵母发酵戊糖己糖混合糖制备乙醇的方法，其特征在于发酵时，发酵液体积为50 mL，总体积为80 mL；将三角瓶置于恒温振荡器中，在一定温度下、150 r/min条件下进行乙醇发酵。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，酵母细胞增殖培养的方法为：将酵母细胞培养液接入增殖培养基，在30℃、150 r/min条件下增殖培养。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发酵培养基: 木糖20.0 g/L、葡萄糖50.0 g/L、CaC12 0.3 g/L、MgSO4 0.3 g/L、KH2PO4 2.5 g/L、CO(NH2)2 0.2 g/L、(NH4)2SO4 1.1 g/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，酵母菌种及酵母细胞增殖培养基为：葡萄糖30.0 g/L，木糖30.0 g/L，蛋白胨3.0 g/L，酵母汁2.5 g/L，CaC12 2.5 g/L，MgSO4 0.25 g/L，KH2PO4 2.5 g/L，培养基pH 5.0。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，添加硫酸铵1.1 g/L+微量元素发酵。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，发酵温度为32℃。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，初始pH为4.5。
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