CN104611379A - 一种微生物发酵乙醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微生物发酵领域，具体公开了一种微生物发酵乙醇的方法。本发明所述方法将微生物菌种接种至包含乙二胺的发酵培养基中发酵，获得富含乙醇的发酵液。本发明提供的方法以乙二胺作为微生物发酵乙醇的催化剂，有效提高微生物菌种对培养基中碳源的利用速率，提高乙醇的生产速率，并且乙二胺作为催化剂在发酵过程中不会被降解利用。

Description

一种微生物发酵乙醇的方法
技术领域
本发明涉及微生物发酵领域，更具体的说是涉及一种微生物发酵乙醇的方法。
背景技术
随着石油资源的逐渐枯竭和环境的日益恶化，大力推广使用可再生能源技术成为我国能源发展战略的重要组成部分，以减少对石化能源的需求依赖和温室气体的排放。
生物燃料近年来在可再生能源领域不断受到重视。生物燃料泛指由生物质组成或萃取的固体、液体或气体燃料，可以替代由石油制取的汽油和柴油，是可再生能源开发利用的重要方向。所谓的生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质，它包括植物、动物和微生物，不同于石油、煤炭、核能等传统燃料，这新兴的燃料是可再生燃料。
燃料乙醇是生物燃料的重要一部分。燃料乙醇是指体积浓度达到99.5％以上的无水乙醇。燃料乙醇是燃烧清洁的高辛烷值燃料，是可再生能源。燃料乙醇的生产是以生物质为原料通过生物发酵途径获得的。燃料乙醇生产技术主要有第一代和第二代两种。第一代燃料乙醇技术是以糖质和淀粉质作物为原料生产乙醇，其工艺流程一般分为液化、糖化、发酵、蒸馏、脱水五个阶段。第二代燃料乙醇技术是以木质纤维素质为原料生产乙醇，其工艺流程一般分为预处理、糖化、发酵、蒸馏、脱水五个阶段。
如何提高乙醇的转化效率和转化速率，是燃料乙醇生产的关键因素，也是大力开发利用可再生能源的基础。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种微生物发酵乙醇的方法，使得该方法能够提高乙醇的转化效率和转化速率。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种酿酒酵母发酵乙醇的方法，包括：
将微生物菌种接种至包含乙二胺的发酵培养基中发酵，获得富含乙醇的发酵液。
本发明从调整发酵工艺本身环节出发，选择特定的乙二胺作为微生物发酵乙醇的催化剂，相对于传统的直接发酵的工艺，显著提高了微生物发酵过程中乙醇的转化速率和转化效率。
作为优选，所述乙二胺在发酵培养基中的浓度为0.5-10g/L，在本发明一些具体实施方式中，所述乙二胺在发酵培养基中的浓度可选自0.5g/L、1g/L、5g/L、6g/L、10g/L。
作为优选，所述微生物菌种为酿酒酵母、克洛维氏酵母或毕赤酵母；更优选地，所述酿酒酵母、克洛维氏酵母或毕赤酵母为工业酵母或经过基因工程改造的酵母。在本发明一些具体实施方式中，所述酿酒酵母可选自酿酒酵母SyBE005或安琪酿酒酵母。
作为优选，所述发酵的发酵时间为12-120h；在本发明一些具体实施方式中，所述发酵的发酵时间可选自21h、24h、72h。
作为优选，所述发酵培养基中的碳源选自葡萄糖、木糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉中的一种或两种以上；在本发明的一些实施方式中，所述发酵培养基中的碳源为葡萄糖、或者为葡萄糖和木糖混合，葡萄糖的浓度为0.02g/mL，木糖的浓度为0.01g/mL；在本发明中，所述发酵培养基可以仅为加入了碳源和乙二胺的培养基，除此之外也可以加入不限制数量和种类的有利于微生物发酵乙醇的本领域公知组分。
作为优选，所述发酵培养基的pH值为4.5-6.5；在本发明一些具体实施方式中，所述pH值可选自4.8、5.5、6.4。
作为优选，所述pH值通过加酸调节；在本发明一些具体实施方式中，所述pH值通过加浓硫酸或浓盐酸调节。
在一些具体实施方式中，本发明以酿酒酵母为例对比本发明方法和传统的未加乙二胺直接发酵的方案，结果显示，本发明能够显著加快微生物对碳源诸如葡萄糖和木糖的代谢速率，同时极大地提高了乙醇的产量。此外，在整个发酵过程中，本发明所添加的乙二胺不会被酿酒酵母降解利用。
基于上述效果，本发明还提供了乙二胺在微生物发酵乙醇中的应用。作为优选，所述微生物为酿酒酵母、克洛维氏酵母或毕赤酵母。更优选地，所述酿酒酵母、克洛维氏酵母或毕赤酵母为工业酵母或经过基因工程改造的酵母。在本发明一些具体实施方式中，所述酿酒酵母可选自酿酒酵母SyBE005或安琪酿酒酵母。
由以上技术方案可知，本发明提供的方法以乙二胺作为微生物发酵乙醇的催化剂，有效提高微生物菌种对培养基中碳源的利用速率，提高乙醇的生产速率，并且乙二胺作为催化剂在发酵过程中不会被降解利用。
附图说明
图1-A所示为不同浓度的乙二胺(0g/L、1g/L、6g/L、10g/L)随发酵时间推移葡萄糖浓度(g/L)的变化情况；
图1-B所示为不同浓度的乙二胺(0g/L、1g/L、6g/L、10g/L)随发酵时间推移木糖浓度(g/L)的变化情况；
图1-C所示为不同浓度的乙二胺(0g/L、1g/L、6g/L、10g/L)随发酵时间推移乙醇浓度(g/L)的变化情况；
图1-D所示为不同浓度的乙二胺(0g/L、1g/L、6g/L、10g/L)随发酵时间推移乙二胺浓度(g/L)的变化情况。
具体实施方式
本发明公开了一种微生物发酵乙醇的方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明所述方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
下面结合实施例，进一步阐述本发明。
实施例1：本发明所述微生物发酵乙醇的方法以及效果对比
在250mL灭过菌的锥形瓶中加入49.5mL无菌水、1g葡萄糖、0.5g木糖、0.05g乙二胺，滴加浓盐酸使溶液pH为4.8(发酵培养基终体积为50mL)。
将预先培养好的酿酒酵母SyBE005接入到上述发酵培养基中，培养21小时，获得富含乙醇的发酵液。
经检测发酵液中葡萄糖、木糖和乙醇浓度分别为0.1g/L、9.0g/L和11.1g/L。
对比例1：
在250mL灭过菌的锥形瓶中加入50mL无菌水、1g葡萄糖、0.5g木糖，滴加浓盐酸使溶液pH为4.8(发酵培养基终体积为50mL)。
将预先培养好的酿酒酵母SyBE005接入到上述发酵培养基中，培养21小时，获得富含乙醇的发酵液。
经检测发酵液中葡萄糖、木糖和乙醇浓度分别为3.9g/L、9.9g/L和9.3g/L。
实施例2：本发明所述微生物发酵乙醇的方法以及效果对比
在250mL灭过菌的锥形瓶中加入49.2mL无菌水、1g葡萄糖、0.5g木糖、0.3g乙二胺，滴加浓盐酸使溶液pH为5.5(发酵培养基终体积为50mL)。
将预先培养好的酿酒酵母SyBE005接入到上述发酵培养基中，培养72小时，获得富含乙醇的发酵液。
经检测发酵液中葡萄糖、木糖和乙醇浓度分别为0g/L、1.7g/L和13.8g/L。
对比例2：
在250mL灭过菌的锥形瓶中加入50mL无菌水、1g葡萄糖、0.5g木糖，滴加浓硫酸使溶液pH为5.5(发酵培养基终体积为50mL)。
将预先培养好的酿酒酵母SyBE005接入到上述发酵培养基中，培养72小时，获得富含乙醇的发酵液。
经检测发酵液中葡萄糖、木糖和乙醇浓度分别为0g/L、8.2g/L和11.6g/L。
实施例3：本发明所述微生物发酵乙醇的方法以及效果对比
在250mL灭过菌的锥形瓶中加入49mL无菌水、5g葡萄糖、0.5g乙二胺，滴加浓硫酸使溶液pH为6.4(发酵培养基终体积为50mL)。
将预先培养好的安琪酿酒酵母接入到上述发酵培养基中，培养24小时，获得富含乙醇的发酵液。
经检测发酵液中葡萄糖和乙醇浓度分别为4g/L和46g/L。
对比例3：
在250mL灭过菌的锥形瓶中加入50mL无菌水、5g葡萄糖，滴加浓硫酸使溶液pH为6.4(发酵培养基终体积为50mL)。
将预先培养好的安琪酿酒酵母接入到上述发酵培养基中，培养24小时，获得富含乙醇的发酵液。
经检测发酵液中葡萄糖和乙醇浓度分别为10g/L和43g/L。
实施例4：不同乙二胺浓度随时间对发酵的影响
设置0g/L、1g/L、6g/L、10g/L四个乙二胺浓度，按照实施例2的方法进行发酵，分别在0、6、18、26、48和72小时检测葡萄糖、木糖、乙醇以及乙二胺浓度，结果见图1(A-D)
由图1(A-D)的结果可知，添加乙二胺的发酵方法在发酵结束后，能够显著加快酿酒酵母对葡萄糖和木糖的代谢速率，同时极大地提高了乙醇的产量。此外，在整个发酵过程中，添加的乙二胺不会被酿酒酵母降解利用。
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来说，在不脱离本发明原理的前提下，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。

Claims (10)

1.一种微生物发酵乙醇的方法，其特征在于，包括：
将微生物菌种接种至包含乙二胺的发酵培养基中发酵，获得富含乙醇的发酵液。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述乙二胺在发酵培养基中的浓度为0.5-10g/L。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述微生物菌种为酿酒酵母、克洛维氏酵母或毕赤酵母。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述酿酒酵母、克洛维氏酵母或毕赤酵母为工业酵母或经过基因工程改造的酵母。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述发酵的发酵时间为12-120h。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述发酵培养基中的碳源选自葡萄糖、木糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉中的一种或两种以上。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述发酵培养基的pH值为4.5-6.5。
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述pH值通过加酸调节。
9.乙二胺在微生物发酵乙醇中的应用。
10.根据权利要求9所述应用，其特征在于，所述微生物为酿酒酵母、克洛维氏酵母或毕赤酵母。
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