CN103421850A - 一种利用丰富栅藻生产生物乙醇的方法 - Google Patents

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郭慧
汪光义
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Abstract

本发明提供一种利用丰富栅藻（Scenedesmus abundans）作为生物质，通过酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiaeHason)的发酵作用产生生物质乙醇的方法。所述生产方法，包括微藻生物质培养方法，糖化方法，以及发酵方法。所述微藻生物质培养方法，是指微藻藻种Scenedesmus abundans在BG11培养基恒温条件下光照培养扩大生物质量的方法。所述糖化方法，是指收获微藻生物质后，利用酸和纤维素酶、糖化酶处理使得其中纤维素和淀粉等糖类释放并转化为葡萄糖的方法。所述发酵方法，是指在糖化后的生物质中接种酿酒酵母，在恒温摇床以及厌氧的条件下生产乙醇的方法。

Description

一种利用丰富栅藻生产生物乙醇的方法
技术领域
本发明涉及生物质能和发酵工程技术，具体为利用深圳红树林保护区分离出的微藻丰富栅藻（Scenedesmus abundans ）作为生物质，通过酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的发酵作用产生生物质乙醇。
背景技术
随着人类活动带来的对能源的需求日益增大，石化能源的日益短缺，以及石化能源开采利用过程中带来的诸多环境问题，人们不得不开发新的可替代能源以解决石化能源危机问题。
生物质能作为新能源中的一种已经得到的广泛的关注。经过几十年的发展，已经出现了三代生物能源形式。第一代生物能源是指以淀粉、糖类、动物脂肪和植物油为原料，利用传统的提取技术生产的能源物质。主要包括：生物柴油、沼气、生物乙醇及合成气等。如第一代的生物乙醇即是指利用以植物性糖发酵生产乙醇，其工艺类似于生产啤酒及葡萄酒。而第二代生物能源是指以木质纤维素生物质或木本植物、农业残余物或废物作为原料所提取的能源物质。第二代生物能源之所以发展起来是为了弥补一代生物能源利用粮食作物作为原料这一重大缺陷。
然而，无论是第一代还是第二代生物能源，都存在需要占用土地资源的限制，由于土地资源的稀缺性，致使以陆生生物质为基础的生物质能发展受到限制。人们于是将目光从陆地转向海洋，于是第三代生物质能，藻类生物质能应运而生。其中微藻作为原料的生物柴油和生物乙醇的概念均已被广泛验证，微藻由于其生长速率快，能量密度大等特点，已经成为第三代生物质能的核心材料。
发明内容
本发明旨在提供一种利用丰富栅藻Scenedesmus abundans作为生物质，通过酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的发酵作用产生生物质乙醇的方法。
所述生产方法，包括微藻生物质培养方法，糖化方法，以及发酵方法。所述微藻生物质培养方法，是指微藻藻种Scenedesmus abundans在BG11培养基室外条件下光照培养扩大生物质量的方法。所述糖化方法，是指收获微藻生物质后，利用酸、纤维素酶和糖化酶处理使得其中纤维素和淀粉等糖类释放并转化为葡萄糖的方法。所述发酵方法，是指在糖化后的生物质中接种酿酒酵母，在恒温摇床以及厌氧的条件下生产乙醇的方法。
本发明实质上是通过上述培养方法获得大量的生物质，然后经过上述糖化方法进行发酵前处理，最终以上述发酵方法产生生物乙醇的方法。
具体实施方式
本发明操作流程包括：微藻Scenedesmus abundans生物质扩大培养，酵母培养，糖化，发酵。
1、微藻Scenedesmus abundans生物质扩大培养
在15L的光反应器中加入10L的BG11(pH=7.5)培养基，接种入藻 S.abundans。采用半连续培养的方法，待微藻长到对数生长期末期或稳定期初期时收获部分生物质，收获的生物质主要为下部沉淀，剩下的生物质继续培养并补充入新的BG11培养基。5000rpm离心5分钟，去上清。 用蒸馏水洗两次去除藻种的培养液及其他可溶性杂质，离心去上清，冷冻干燥机中冻干约24小时至完全干燥后取出。存入-80ºC冰箱中待用。
2、酵母培养
所用酵母专门用于发酵的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae Hansen,CICC1408)，购买于广东省微生物菌种保藏中心。菌种封存于安瓿管中，用75%的酒精擦拭瓶身，火焰加热瓶口烧开敲开，加入约1mL的灭菌蒸馏水将菌团化开，并全部涂布于酵母浸出粉胨葡萄糖(YPD)培养基固体平板上。Parafilm®封口，28ºC下培养5天。挑去长出的单菌落，于新的YPD培养基固体平板上划线，28 ºC下培养1天，挑取单菌落于YPD液体培养基中28 ºC，150rpm扩大培养。摇出的菌液重新接种于新的YPD液体培养基中，同样条件培养约24小时，用于发酵接种。
表1 YPD培养基配方
组分 浓度%(w/w)
酵母提取物 1
蛋白胨 2
葡萄糖 2
3、藻生物质前处理(糖化)
每5(±0.05)g干藻中加入100mL，3%(v/v)的H2SO4。于室温下摇床中150rpm混匀5分钟。取出，灭菌锅中110ºC糖化30分钟，冷却至室温，用NaOH固体将pH调制5.0，按照每5g 干藻加入500mg纤维素酶，在37ºC反应30分钟，在降pH调节至5.5 按照每5g 干藻加入20mg的淀粉酶和20mg葡糖糖化酶的比例，分别依次加入两种这两种酶，混合均匀，并置于55°C水浴中反应30分钟后取出，将pH调节至4.5-5.0之间，离心去除沉淀，保留上清备用，若不立即使用，保留-80ºC冰箱中。
4、发酵
将糖化后藻液分装入100mL厌氧发酵瓶中，通入氮气1分钟，使瓶内空气尽量释放出。塞上密封胶塞，胶塞上插入针头保持内外其他平衡防止高压下瓶子爆裂。121ºC下灭菌15分钟。冷却至室温，以3%(v/v)比例接种入酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae Hansen)，30ºC，170rpm摇床中发酵培养。取样时间为0，3，6，9，12，24小时。每次取样3mL，分装于1.5mL EP管中，每管1mL。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用丰富栅藻（Scenedesmus abundans），用酵母进行发酵生产乙醇的方法。
2.如权利要求1所述微藻Scenedesmus abundans，其特征在于含糖量高，生长周期短，易于收集。
3.如权利要求1所述酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae Hason)，其特征在于乙醇产量高，可用于工业发酵生产乙醇。
4.如权利要求1所述方法，利用微藻进行生物质扩大培养，用稀硫酸进行糖化后，用纤维素酶，淀粉酶及葡糖糖化酶联合处理糖化，最后通过酿酒酵母发酵方法生产乙醇。
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