CN104694584A - 一种超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术 - Google Patents

一种超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术 Download PDF

Info

Publication number
CN104694584A
CN104694584A CN201310660369.0A CN201310660369A CN104694584A CN 104694584 A CN104694584 A CN 104694584A CN 201310660369 A CN201310660369 A CN 201310660369A CN 104694584 A CN104694584 A CN 104694584A
Authority
CN
China
Prior art keywords
yeast
recovery technology
fermentation processes
fermentation
alcohol fermentation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310660369.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104694584B (zh
Inventor
张宗超
刘秀梅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Original Assignee
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to CN201310660369.0A priority Critical patent/CN104694584B/zh
Application filed by Dalian Institute of Chemical Physics of CAS filed Critical Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority to EP14844323.7A priority patent/EP3045539B1/en
Priority to KR1020167007341A priority patent/KR20160052584A/ko
Priority to PCT/CN2014/000398 priority patent/WO2015035734A1/zh
Priority to JP2016541768A priority patent/JP6229864B2/ja
Priority to MYPI2016700662A priority patent/MY174304A/en
Priority to AU2014321058A priority patent/AU2014321058B2/en
Priority to CA2923932A priority patent/CA2923932C/en
Priority to US14/909,801 priority patent/US10066243B2/en
Publication of CN104694584A publication Critical patent/CN104694584A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104694584B publication Critical patent/CN104694584B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/14—Multiple stages of fermentation; Multiple types of microorganisms or re-use of microorganisms

Abstract

一种超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，实现延长酵母寿命，使其可回收利用的技术。通过在发酵培养基中添加表面活性剂作为酵母细胞的保护剂，大幅提高了酵母细胞的寿命和在超高浓度乙醇发酵液中的存活率，使其可循环再利用。首先将酵母粉、葡萄糖、表面活性剂、硫酸溶液混合进行发酵，发酵结束后分别采用冷冻离心分离和减压蒸馏回收酵母和表面活性剂用于新的发酵过程。本发明不仅提高了酵母的循环利用效率，而且实现了表面活性剂与硫酸同步回收再利用，发酵工艺简单，可有效降低燃料乙醇生产成本、提高发酵效率，具有重要的应用前景。

Description

一种超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术
技术领域
本发明涉及发酵工艺生产乙醇领域，具体涉及一种超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术。
背景技术
随着世界经济的发展，特别是汽车工业的发展，石油供不应求，各国政府开始考虑燃料的自给问题。燃料乙醇工业的出现，有效地缓解了石油资源短缺问题，减轻对石油的依赖程度；有利于环境的改善。使用车用乙醇汽油，可使汽车尾气污染水平平均降低30%以上，因而燃料乙醇是一种“绿色能源”可以有效缓解能源危机，为保持经济社会的可持续发展开辟了新的途径。
专利US20100143993A1及WO2010/065595A2采用离子液体作为萃取剂从发酵体系原位连续萃取乙醇以保证酵母活性；文献（Appl MicrobiolBiotechnol,2000(54):476-486）报道了一种双水相（ATPS）发酵体系，将PEG-6000作为萃取剂与培养基同时加入培养瓶，发酵30分钟体系即发生分相，上层为PEG-6000/乙醇相，用泵抽出后蒸馏可回收90%乙醇，而且下层酵母可以反复利用，该方法适合连续化生产；传统的燃料乙醇的生产工艺主要问题是废水排放大、分离能耗高。
而超高浓度发酵是一种能够提高乙醇发酵经济指标的技术，超高浓度乙醇发酵具有如下优点：①提高单位设备的生产率和利用率；②减少水耗；③增加单位体积醪液中的乙醇，降低蒸煮、发酵、蒸馏和DDGS浓缩干燥过程的能耗；④抑制杂菌的生长。但是，超高浓度乙醇发酵因为起始糖浓度明显提高也带来了一些问题，一方面高糖浓度作用下酵母细胞受到高渗透压的胁迫，导致生长和存活率下降，发酵时间延长和发酵不完全；另一方面酵母细胞受到高浓度乙醇的强产物抑制；还有营养不足也会抑制发酵的进行。文献（Biomass and Bioenergy39，2012:48-52）和（Energies2012,5,3178-3197）探讨了在超高浓度乙醇发酵（VHG）条件下加入不同种类的氮源改善终点乙醇浓度。在专利CA201310416058中尝试在发酵培养中添加非离子表面活性剂，用以减小酒精抑制，降低高糖浓度引起的渗透压，提高酿酒酵母细胞在特殊环境下的成活率及生长速率，最终获得了160g·L-1的终点乙醇浓度，有效降低了发酵过程中水的消耗和精馏过程的能源消耗。但是对于酵母的回收及表面活性剂的再利用并没有进行深入探讨。
超高浓度发酵属于间歇式发酵法，而间歇式发酵的主要优点之一就是利用固体酵母粉进行发酵时，能够将酵母从产物中进行分离，回收的酵母可在下一批发酵过程中得到再利用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术不足，提供一种超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术。该技术的基本思路是，将固体酵母粉、可发酵碳水化合物、表面活性剂、预先配置好的pH溶液混合均匀进行发酵，发酵后进行离心分离，分别回收不溶物和上清液，不溶物为固体酵母粉可再利用；上层液体进行蒸馏，剩余液体为表面活性剂、硫酸及少量副产物甘油等，将表面活性剂混合物用于下一次发酵过程。
本发明提供了一种超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，以可发酵碳水化合物为原料，添加表面活性剂、预先配置好的pH的溶液，固体酵母粉，在不添加任何营养成分的条件下进行发酵；发酵结束后，回收固体酵母和表面活性剂。所述固体酵母粉的接种量为1%-20%（优选为7%）；所述发酵体系中表面活性剂与pH溶液的质量比为1%-50%（优选为33%）。发酵体系中表面活性剂与水的质量比为1:4。
本发明提供的超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，所述发酵温度为25-38℃，发酵时间1-86小时。
本发明提供的超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，所述可发酵碳水化合物为葡萄糖，其浓度为270-500g/L。
本发明提供的超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，所述表面活性剂为聚乙二醇（PEG）、聚乙二醇单甲醚（MPEG）、聚乙二醇二甲醚（DMPEG）、聚二甲基硅氧烷（Si-PEG）中的至少一种；
本发明提供的超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，所述的预先配置好的pH溶液为硫酸溶液。
本发明提供的超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，固体酵母粉的回收再利用工艺步骤为：酵母粉在25-38℃条件下用超纯水复水15-30分钟，然后加入可发酵碳水化合物、表面活性剂、预先配置好的pH溶液，放入摇床中进行震荡，在28-38℃条件下进行发酵24-86小时。发酵结束后对发酵液进行冷冻离心，回收的固体酵母直接用于下一次发酵。其中，离心速度为4000-15000rpm，离心时间为1-10分钟（优选为离心速度为8000rpm，离心时间为5分钟）。
本发明提供的超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，表面活性剂与硫酸同步回收再利用的工艺步骤为：将酵母粉在25-38℃条件下用超纯水复水15-30分钟，然后加入可发酵碳水化合物、表面活性剂、预先配置好的硫酸溶液，放入摇床中进行震荡，在28-38℃、pH值为3.5-5.3条件下进行发酵24-86小时。发酵结束后对发酵液进行冷冻离心分离，将所得上清液进行蒸馏，蒸馏后剩余物代替新鲜表面活性剂用于下一个发酵过程。其中，离心速度为4000-15000rpm，离心时间为1-10分钟（优选为：离心速度为8000rpm，离心时间为5分钟）。蒸馏温度为50-100℃，蒸馏压力为-0.01Mpa～-0.1Mpa，蒸馏时间为20分钟-120分钟（优选为：蒸馏温度为70℃，蒸馏压力为-0.1Mpa，蒸馏时间为60分钟）。
本发明的优点在于：采用水溶性非离子表面活性剂加入发酵培养基中，有效保护了酵母细胞成活率，提高了其循环利用效率，且表面活性剂可以与硫酸同步回收再利用，发酵工艺简单，可有效降低燃料乙醇生产成本、提高发酵效率，具有重要的应用前景。
附图说明
图1固体酵母粉的回收再利用工艺步骤；
图2表面活性剂与硫酸同步回收再利用工艺步骤；
图3纯水中酵母循环对葡萄糖转化率的影响；
图4纯水中酵母循环对乙醇收率的影响；
图5纯水中酵母循环对乙醇浓度的影响；
图6表面活性剂/水中酵母循环对葡萄糖转化率的影响；
图7表面活性剂/水中酵母循环对乙醇收率的影响；
图8表面活性剂/水中酵母循环对乙醇浓度的影响；
图9表面活性剂/硫酸的回收再利用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围不受实施例的限制，如果该领域的技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
将0.5g酵母粉在25-38℃条件下用4mL超纯水复水15-30分钟，然后加入6.5g葡萄糖、预先配置好的pH值为4.8硫酸溶液12mL，放入摇床中进行震荡，在33℃条件下发酵48-72小时。发酵结束后8000rpm冷冻离心分离5分钟，将发酵结束后的发酵液去除清夜，留下固体酵母粉，再次加入4mL超纯水、6.5g葡萄糖、12mL硫酸溶液，33℃发酵48-72小时，如此循环2次。葡萄糖转化率、乙醇收率及浓度分别如图3、图4、图5所示。从图中数据可以看出，当在发酵体系中没有加入表面活性剂时，酵母的回收效率很低，发酵48小时后回收酵母第一次循环再利用只能取得60g.L-1的乙醇浓度。
实施例2
将0.5g酵母粉在25-38℃条件下用4mL超纯水复水15-30分钟，然后加入6.5g葡萄糖、PEG-4004.0g、预先配制好的pH值为4.8硫酸溶液12mL，放入摇床中进行震荡，在33℃条件下发酵72小时。发酵结束后8000rpm冷冻离心分离5分钟，将发酵结束后的发酵液去除清夜，留下固体酵母粉，再次加入4mL超纯水、6.5g葡萄糖、4.0g PEG-400、12mL硫酸溶液，33℃发酵48小时，如此循环3次。葡萄糖转化率、乙醇收率及浓度分别如图6、图7、图8所示。从图中数据可以看出，当在发酵体系中加入PEG-400时，酵母的回收效率很高，发酵48小时后回收酵母第一次循环再利用可获得118g.L-1的乙醇浓度。
实施例3
将0.5g酵母粉在25-38℃条件下用4mL超纯水复水15-30分钟，然后加入7.5g葡萄糖、4.0g PEG-400、预先配置好的pH值为4.8硫酸溶液12mL，放入摇床中进行震荡，在33℃条件下发酵72小时。发酵结束后8000rpm冷冻离心分离5分钟，除去固体酵母粉，将上清液进行蒸馏，蒸馏后剩余物进入下一个发酵过程，再次加入0.5g酵母粉在25-38℃条件下用4mL超纯水复水15-30分钟、6.5g葡萄糖、12mL硫酸溶液，33℃发酵72小时，如此循环4次。葡萄糖转化率、乙醇收率及浓度如图9所示，表面活性剂PEG-400可以循环再利用，对发酵效率没有明显影响。

Claims (11)

1.一种超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，其特征在于：以可发酵碳水化合物为原料，添加表面活性剂、预先配置好的pH的溶液，固体酵母粉，在不添加任何营养成分的条件下进行发酵；发酵结束后，回收固体酵母和表面活性剂。 
2.按照权利要求1所述超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，其特征在于：所述固体酵母粉的接种量为1%-20%； 
所述发酵体系中表面活性剂与pH溶液的质量比为1%-50%。 
3.按照权利要求1所述超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，其特征在于：所述发酵温度为25-38℃，发酵时间1-86小时。 
4.按照权利要求1所述超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，其特征在于：所述可发酵碳水化合物为葡萄糖，其浓度为270-500g/L。 
5.按照权利要求1所述超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，其特征在于：所述表面活性剂为聚乙二醇、聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇二甲醚、聚二甲基硅氧烷中的至少一种。 
6.按照权利要求1所述超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，其特征在于：所述的预先配置好的pH溶液为硫酸水溶液，pH为3.5-5.3。 
7.按照权利要求1所述超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，其特征在于：所述回收固体酵母的方法为：对发酵液进行冷冻离心，所得的固体酵母直接用于下一次发酵； 
其中，离心速度为4000-15000rpm，离心时间为1-10分钟。 
8.按照权利要求1所述超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，其特征 在于：所述回收表面活性剂的方法为：发酵液进行冷冻离心后所得的上清液进行减压蒸馏，蒸馏后剩余物代替新鲜表面活性剂用于下一个发酵过程； 
其中，离心速度为4000-15000rpm，离心时间为1-10分钟； 
蒸馏温度为50-100℃，蒸馏压力为-0.01Mpa～-0.1Mpa，蒸馏时间为20分钟-120分钟。 
9.按照权利要求7或8所述超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，其特征在于：所述的离心速度为8000rpm，离心时间为5分钟。 
10.按照权利要求8所述超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，其特征在于：所述的蒸馏温度为70℃，蒸馏压力为-0.1Mpa，蒸馏时间为60分钟。 
11.按照权利要求2所述超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，其特征在于：所述固体酵母粉的接种量为7%；所述发酵体系中表面活性剂与pH溶液的质量比为33%。 
CN201310660369.0A 2013-09-12 2013-12-09 一种超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术 Expired - Fee Related CN104694584B (zh)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310660369.0A CN104694584B (zh) 2013-12-09 2013-12-09 一种超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术
KR1020167007341A KR20160052584A (ko) 2013-09-12 2014-04-14 계면활성제가 개선된 에탄올 발효 방법
PCT/CN2014/000398 WO2015035734A1 (zh) 2013-09-12 2014-04-14 一种表面活性剂改进的乙醇发酵法
JP2016541768A JP6229864B2 (ja) 2013-09-12 2014-04-14 界面活性剤により改良したエタノール発酵法
EP14844323.7A EP3045539B1 (en) 2013-09-12 2014-04-14 Ethanol fermentation method in the presence of a surfactant
MYPI2016700662A MY174304A (en) 2013-09-12 2014-04-14 Ethanol fermentation method with surfactant improvement
AU2014321058A AU2014321058B2 (en) 2013-09-12 2014-04-14 Ethanol fermentation method with surfactant improvement
CA2923932A CA2923932C (en) 2013-09-12 2014-04-14 Ethanol fermentation method with surfactant improvement
US14/909,801 US10066243B2 (en) 2013-09-12 2014-04-14 Surfactant improved ethanol fermentation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310660369.0A CN104694584B (zh) 2013-12-09 2013-12-09 一种超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104694584A true CN104694584A (zh) 2015-06-10
CN104694584B CN104694584B (zh) 2018-06-12

Family

ID=53342134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310660369.0A Expired - Fee Related CN104694584B (zh) 2013-09-12 2013-12-09 一种超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104694584B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108350471A (zh) * 2015-10-20 2018-07-31 巴克曼实验室国际公司 增强用于发酵生物产品生产的酵母生长的方法及其营养组合物

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102251010A (zh) * 2011-05-18 2011-11-23 广州优锐生物科技有限公司 一种蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102251010A (zh) * 2011-05-18 2011-11-23 广州优锐生物科技有限公司 一种蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FRANCISCO B. PEREIRA等: "Cell recycling during repeated very high gravity bio-ethanol fermentations using the industrial Saccharomyces cerevisiae strain PE-2", 《BIOTECHNOL LETT》 *
宋安东等: "戊糖和己糖共发酵生产燃料乙醇发酵体系优化研究", 《郑州轻工业学院学报（自然科学版）》 *
米慧芝等: "高浓度蔗糖酒精发酵的初步研究", 《中国酿造》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108350471A (zh) * 2015-10-20 2018-07-31 巴克曼实验室国际公司 增强用于发酵生物产品生产的酵母生长的方法及其营养组合物

Also Published As

Publication number Publication date
CN104694584B (zh) 2018-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103484521B (zh) 一种水热处理促进餐厨垃圾生产乙醇和乳酸的方法
CN107099556B (zh) 一种工业尾气发酵法制乙醇的方法及系统
CN100478445C (zh) 以薯类为主原料的酒精环形生产工艺
CN101979615B (zh) 一种固定床发酵分离耦合连续生产生物丁醇的方法
CN102676589B (zh) 一种发酵偶联气提的生产和分离纯化丁醇的方法
CN103723894B (zh) 一种苏氨酸母液处理新方法
CN103695526A (zh) 一种水热预处理提高餐厨垃圾乙醇生产量的方法
CN1186450C (zh) 生物质发酵与膜渗透汽化制备无水乙醇的方法
CN102517340B (zh) 薯类制备乙醇生产过程酒糟分离干燥工艺方法
CN101003779B (zh) Co2循环气提在线分离耦合制备乙醇的方法及设备
CN101824339A (zh) 乙醇/水混合溶剂预处理生物质以及制备液体燃料的方法
CN104694584A (zh) 一种超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术
AU2014321058B2 (en) Ethanol fermentation method with surfactant improvement
CN102492727A (zh) 污水处理剩余污泥厌氧发酵分步制氢气和甲烷的方法
CN102173443B (zh) 一种利用发酵法生产红霉素菌渣为核壳材料制备γ-Al2O3骨架材料的方法
CN201817468U (zh) 一种耦合分离补料发酵秸秆乙醇的系统
CN105274149B (zh) 一种表面活性剂提高酵母细胞耐毒发酵性能的方法
CN101736060B (zh) 利用离子液体生产乙醇的方法
CN104561123A (zh) 一种生物质发酵-蒸汽渗透膜耦合生产乙醇的工艺
CN107190027A (zh) 碱磨预处理秸秆的方法
CN105420288B (zh) 一种表面活性剂提高酵母细胞耐毒发酵性能的方法
CN110951793B (zh) 白酒糟综合利用的方法
CN102041278A (zh) 一种生产丁二醇的方法
CN101358213A (zh) 一种利用废纸浆发酵生产能源酒精的方法
CN101948877A (zh) 果蔬废弃物制作生物酒精技术方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180612

Termination date: 20211209

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee