CN102851324A

CN102851324A - 一种利用耐高温酵母同步糖化发酵产乙醇的方法

Info

Publication number: CN102851324A
Application number: CN201210304357XA
Authority: CN
Inventors: 周雪琴
Original assignee: TAICANG ZHOUSHI CHEMICAL PRODUCT CO Ltd
Current assignee: TAICANG ZHOUSHI CHEMICAL PRODUCT CO Ltd
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2013-01-02

Abstract

本发明提供了一种利用耐高温酵母同步糖化发酵产乙醇的方法，利用耐高温酵母使用耐乙醇β-葡萄糖苷酶，以气爆秸秆为原料进行高温同步糖化发酵发酵生产乙醇的新工艺。

Description

一种利用耐高温酵母同步糖化发酵产乙醇的方法

技术领域

本发明属于发酵技术领域，具体涉及一种利用耐高温酵母同步糖化发酵产乙醇的方法，利用耐高温酵母使用耐乙醇β-葡萄糖苷酶，以气爆秸秆为原料进行高温同步糖化发酵发酵生产乙醇的新工艺。

背景技术

纤维质原料同步糖化发酵生产乙醇工艺将水解和乙醇发酵结合起来，在同一发酵罐中进行，纤维素酶解产生的葡萄糖立即为酵母所发酵利用，能够有效消除纤维二糖、葡萄糖对纤维素酶活性的抑制。在纤维素糖化过程中，纤维素酶的最适作用温度通常为50℃左右，而酵母发酵的最适温度为30℃左右。所以，如何使这2个过程的温度协调，是采用纤维质原料同步糖化发酵高效生产乙醇的关键。解决这种矛盾办法之一就是采用耐高温酵母。利用高温酵母进行发酵也可以减少后续操作成本，利于乙醇的连续提取，并降低污染杂菌的机会。

目前，工业生产中普遍应用的纤维素酶组分中β-葡萄糖苷酶含量和活力通常都很低，在实际生产中需要添加额外的β-葡萄糖苷酶以促进纤维素酶酶组分的协调。本专利利用β-葡萄糖苷糖酶的嗜温耐醇特性，结合高温酵母的耐热特性，进行高温同步糖化发酵研究，对于探索高效的同步糖化发酵生产工艺，促进纤维乙醇的多元化生产具有重要的理论和实践指导意义。

发明内容

本发明提供了一种利用耐高温酵母同步糖化发酵产乙醇的方法。

1. 一种利用耐高温酵母同步糖化发酵产乙醇的方法，利用耐乙醇β-葡萄糖苷酶及耐高温酵母，以纤维素50%，半纤维素10%，木质素30%，其他成分10%的气爆秸秆为原料进行高温同步糖化发酵发酵生产乙醇的新工艺。称取适量秸秆至摇瓶发酵培养基中，Na₂HPO₄-柠檬酸缓冲液调节发酵液初始pH值，于121℃灭菌30 min。然后加入30 U/g的纤维素酶，50℃下150 r/min预水解24 h。添加β-葡萄糖苷酶和耐高温酵母，40℃，150 r/min培养。

2. 步骤1所述的最佳接种体积分数12%。

3. 步骤1所述的最佳底物质量分数15%。

4. 步骤1所述的最佳发酵pH值为5.0。

5. 步骤1所述的β-葡萄糖苷酶添加量为25 U/g。

本发明的有益效果在于：本发明利用耐高温酵母使用耐乙醇β-葡萄糖苷酶，以气爆秸秆为原料进行高温同步糖化发酵发酵生产乙醇的新工艺。

附图说明

图1不同接种体积分数对乙醇发酵的影响。

图2不同底物质量分数对乙醇发酵的影响。

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。

本专利所用的菌株为高温酵母Kluyveromyces marxianus NCYC 587，由英国国立酵母保藏中心保藏。

本专利使用的耐乙醇β-葡萄糖苷酶为中国专利CN102080050A 中Trichodermasp. W₂所产的嗜温耐乙醇β-葡萄糖苷酶。

实施例1

本实施案例说明不同接种体积分数对乙醇发酵的影响，为探讨不同接种体积分数对乙醇产量的影响，添加不同接种体积分数进行乙醇发酵，结果如图1所示。

在每个反应体系中，控制接种体积分数为6%-18%，培养72 h，发酵24 h后乙醇质量浓度达到最大，在接种体积分数为12%时，发酵菌株在保持菌体活力的同时，能迅速产生并积累大量的乙醇，且发酵时间对其影响不大。理论上说，增大酵母菌的接种体积分数不仅可以更多地消耗糖，降低对纤维素酶的抑制作用，而且接种体积分数的加大，乙醇产率也会随之增大。但是，接种过量的酵母细胞，由于得不到充分的碳源，会使酵母利用有限的糖合成储备物质，或诱导其他对乙醇发酵不利的代谢途径，更有可能会代谢利用乙醇，使得乙醇产率下降。当接种体积分数超过12%以上，后期发酵（72 h）产生的乙醇被完全消耗用以维持菌体细胞的生长。因此，综合各方面考虑，最佳接种体积分数为12%。

实施例2

本实施案例说明不同底物质量分数对乙醇产量的影响，为探讨不同底物质量分数对乙醇产量的影响，添加不同底物质量分数进行乙醇发酵，结果如图2所示。

在每个反应体系中，固体底物质量分数分别为10%，15%，20%，25%，研究其对同步糖化发酵效果的影响。如图2所示，底物质量分数为10%时产生的糖质量浓度低，发酵24 h就被酵母迅速利用完全；底物质量分数为15%，产生的糖质量浓度有所提高，但在发酵48 h才产生乙醇，采用的酵母对于底物中复杂的成分可能需要一定的适应过程才可以发挥作用，在最初24 h产生微量的乙醇，这归因于低质量浓度发酵受抑制物如糠醛和羟甲基糠醛等发酵抑制剂的抑制，导致出现延滞期，这些抑制剂可由酵母的代谢除去。底物质量分数大于20%以上，葡萄糖质量浓度随发酵时间不断积累，但酵母没能利用葡萄糖进行发酵，可能是发酵菌株受大量抑制物影响而失活。研究结果同时表明，同步糖化发酵时菌株能部分利用水解产生的木糖。此外，由于添加了适量的β-葡萄糖苷酶，纤维二糖质量浓度始终保持在较低质量浓度范围而不影响糖化发酵效果。

实施例3

本实施案例说明不同发酵pH值对乙醇产量的影响，为探讨不同发酵pH值对乙醇产量的影响，使用不同发酵pH值进行乙醇发酵，结果如表1所示。

表1结果显示，pH值为5.0时得到的初始葡萄糖质量浓度最高，与纤维素酶反应的最佳pH值为5.0结论一致。pH值对纤维素酶的活力有着直接的影响，同时pH值也会影响酵母细胞的通透性，进而影响酵母细胞对营养物质的吸收和乙醇的排泄。由于在发酵过程中pH值的变化并没有影响乙醇转化效率，因此，在同步糖化发酵过程中，保持反应体系的pH值为5.0对于纤维素酶和酿酒酵母都适宜。

表1 不同pH值下发酵过程中糖、乙醇质量浓度

pH	4.8	5.0	5.2	5.4
					总糖 (g/L)	14.8	28.25	18.57	25.99
乙醇 (g/L)	9.27	9.53	8.62	9.14

实施例4

本实施案例说明不同β-葡萄糖苷酶添加量对乙醇产量的影响，为探讨不同β-葡萄糖苷酶添加量对乙醇产量的影响，使用不同β-葡萄糖苷酶添加量进行乙醇发酵，结果如表2所示。

由表2可见，当β-葡萄糖苷酶使用量为10 U/g时，乙醇产量只有12.07 g/L。酶添加量为30 U/g时，乙醇产量明显提高，最高乙醇质量浓度可达20.53 g/L，乙醇产率也可达到理论产率的80.64%。

表2 不同β-葡萄糖苷酶使用量对乙醇发酵的影响

β-葡萄糖苷酶使用量 (U/g)	10	20	30	40
					乙醇 (g/L)	12.07	16.51	20.53	18.14

Claims

1.一种利用耐高温酵母同步糖化发酵产乙醇的方法，利用耐乙醇β-葡萄糖苷酶及耐高温酵母，以纤维素50%，半纤维素10%，木质素30%，其他成分10%的气爆秸秆为原料进行高温同步糖化发酵发酵生产乙醇的新工艺；称取适量秸秆至摇瓶发酵培养基中，Na₂HPO₄-柠檬酸缓冲液调节发酵液初始pH值，于121℃灭菌30 min；然后加入30 U/g的纤维素酶，50℃下150 r/min预水解24 h；添加β-葡萄糖苷酶和耐高温酵母，40℃，150 r/min培养。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，接种体积分数12%。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，底物质量分数15%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于发酵pH值为5.0。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，β-葡萄糖苷酶添加量为25 U/g。