專利名稱：利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)纖維素酒精的方法，尤其涉及一種利用玉米芯加工殘?jiān)咎窃?、木糖醇渣、康醛渣發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶液，進(jìn)而酶解木糖渣、木糖醇渣或康醛渣生產(chǎn)酒精的方法，屬于微生物發(fā)酵生產(chǎn)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前發(fā)酵法生產(chǎn)酒精主要以谷物、薯類和糖蜜為原料，其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高，存在與人爭(zhēng)糧爭(zhēng)地的問題。從開辟新的能源和治理環(huán)境污染考慮，以廢棄纖維素類資源生產(chǎn)酒精的研究日益受到人們的重視。盡管以廢棄纖維素類資源的利用有所報(bào)道，但是，利用玉米芯加工殘?jiān)咎窃⒛咎谴荚?、康醛渣液體深層發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶液，進(jìn)而酶解木糖渣、木糖醇渣或康醛渣生產(chǎn)酒精的方法，經(jīng)檢索，目前還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的問題是采用現(xiàn)代生物技術(shù)，利用工業(yè)廢棄纖維物質(zhì)，特別是玉米芯加工殘?jiān)咎窃?、木糖醇渣、康醛渣通過液體深層發(fā)酵生產(chǎn)高活性纖維素酶液，進(jìn)而利用纖維素酶液酶解木糖渣、木糖醇渣、康醛渣等玉米芯加工殘?jiān)a(chǎn)酒精的方法。
本發(fā)明所述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，由如下步驟組成(1)菌種選擇選用纖維素酶產(chǎn)生菌擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液體發(fā)酵菌種制備用步驟(1)所述的菌株，在無菌條件下，經(jīng)試管斜面、搖瓶、一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐逐級(jí)放大培養(yǎng)，制得菌數(shù)達(dá)OD值1.0～1.2×10/ml的液體發(fā)酵菌種；其中所述斜面培養(yǎng)基成分以重量百分比計(jì)為10％的麩皮水加2％的瓊脂粉；所述搖瓶、一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐使用的培養(yǎng)基是菌種增殖培養(yǎng)基，其成分及制備是將木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣、麩皮、蛋白胨、硫酸銨、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，pH自然；所述搖瓶培養(yǎng)條件是溫度28℃-33℃，搖床轉(zhuǎn)速150-180r/min，培養(yǎng)時(shí)間30-60小時(shí)；一級(jí)種子罐，二級(jí)種子罐培養(yǎng)條件是溫度28℃-33℃，罐壓0.5Kg/cm2，通氣量以發(fā)酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計(jì)1∶0.8-1.0，攪拌轉(zhuǎn)速100-150r/min，好氧培養(yǎng)30-60小時(shí)；(3)纖維素粗酶液制備使用產(chǎn)酶培養(yǎng)基，以裝料系數(shù)70-80％的量裝入發(fā)酵罐內(nèi)，再以裝料量的重量百分比計(jì)，加入10％步驟(2)所述的液體發(fā)酵菌種，以培養(yǎng)溫度28℃-33℃，罐壓0.6～1kg/cm2，通氣量以發(fā)酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計(jì)1∶0.8～1.0，攪拌轉(zhuǎn)速100～150r/min的條件，好氧發(fā)酵80-136小時(shí)，制得高活性纖維素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；其中所述產(chǎn)酶培養(yǎng)基，其成分及制備方法是將木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣∶麩皮∶水以2-5∶2-5∶100的比例配合；再以重量百分比計(jì)，補(bǔ)加微晶纖維0.4-0.8％，硫酸銨0.2-0.5％，KH2PO40.2-0.4％，MgSO40.04-0.06％，pH 5.0-6.0；(4)厭氧同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)酒精取步驟(3)制得的粗酶液與玉米芯加工殘?jiān)咎窃蚰咎谴荚蚩等┰蚱浠旌显悦噶?0FPU/g干渣的比例在酒精發(fā)酵罐中混合，再加入總液重量10％的酒精酵母，厭氧同步糖化發(fā)酵，發(fā)酵溫度為28℃-35℃，pH值為4-5；發(fā)酵12-48小時(shí)時(shí)，根據(jù)發(fā)酵醪酒精濃度，再補(bǔ)入或分批補(bǔ)入上述木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣總干重比例40％～60％的木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣；以使在發(fā)酵時(shí)間至60-72小時(shí)時(shí)的發(fā)酵醪酒精濃度達(dá)到體積百分比8％以上，發(fā)酵完成；其中所述酒精酵母是細(xì)胞數(shù)達(dá)1億/ml、出芽率15-30％的酵母醪液；(5)酒精純化對(duì)步驟(4)制得的發(fā)酵后的酒精醪液進(jìn)行蒸餾，即得酒精。
在上述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法中步驟(3)所述的木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣∶麩皮∶水的重量比優(yōu)選是3∶3∶100。
在上述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法中步驟(3)所述的微晶纖維優(yōu)選是0.5-0.7％，硫酸銨優(yōu)選是0.3-0.4％，KH2PO4優(yōu)選是0.3-0.4％，MgSO4優(yōu)選是0.05-0.06％，pH優(yōu)選5.4-5.8。
在上述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法中步驟(2)或步驟(3)所述的培養(yǎng)溫度優(yōu)選是30℃-33℃。
在上述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法中步驟(2)或(3)所述的通氣量以發(fā)酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計(jì)優(yōu)選為1∶0.9。
在上述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法中步驟(3)所述的好氧發(fā)酵時(shí)間優(yōu)選是100-136小時(shí)。
在上述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法中步驟(4)所述的發(fā)酵溫度優(yōu)選為30℃-33℃，pH值優(yōu)選為4.3～4.8。
其中步驟(4)所述的發(fā)酵溫度最優(yōu)選為30℃-32℃，pH值最優(yōu)選為4.5～4.6。
在上述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法中步驟(2)、(3)或(4)所述的混合渣是指木糖渣與木糖醇渣或康醛渣或其三者以任意重量比例配合的混合物。
在上述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法中步驟(4)所述的根據(jù)發(fā)酵醪酒精濃度是指酒精濃度在體積百分比8％以下時(shí)；所述補(bǔ)料量依據(jù)發(fā)酵醪酒精濃度確定，所述發(fā)酵醪酒精濃度越低，補(bǔ)料次數(shù)和補(bǔ)料量越多，通常的補(bǔ)料次數(shù)為1～2次。
在上述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法中步驟(4)所述的發(fā)酵完成的指標(biāo)是發(fā)酵醪酒精濃度達(dá)到體積百分比8％以上。
利用本發(fā)明所述的方法可以成功地利用工業(yè)廢棄纖維物質(zhì)，特別是玉米芯加工殘?jiān)咎窃?、木糖醇渣、康醛渣通過液體深層發(fā)酵生產(chǎn)高活性纖維素酶液，進(jìn)而酶解所述木糖渣、木糖醇渣、康醛渣等殘?jiān)频镁凭恢频镁凭铣鼍坡蔬_(dá)20％以上，生產(chǎn)成本低于糧食酒精，發(fā)酵后的廢渣可作燃料，實(shí)現(xiàn)了將工業(yè)廢渣變廢為寶，同時(shí)還解決了環(huán)境污染問題，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。
本發(fā)明所述的方法具有以下特點(diǎn)1、纖維素酶的生產(chǎn)和酒精生產(chǎn)所使用的原料是工業(yè)廢纖維物質(zhì)---木糖渣、木糖醇渣或康醛渣，在目前玉米芯加工生產(chǎn)木糖、木糖醇、低聚木糖、糠醛等系列產(chǎn)品已經(jīng)成熟推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)上，玉米芯加工殘?jiān)咎窃⒛咎谴荚?、康醛渣易于集中和收集，并且，玉米芯及其加工殘?jiān)?jīng)過前一產(chǎn)品工序加工處理過，更有利于微生物的分解利用，可誘導(dǎo)大量纖維素酶合成，減少了原料預(yù)處理工序，降低了生產(chǎn)成本。
2、本發(fā)明的方法采用了選育的擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCCNo3.3002為菌種，液體深層發(fā)酵，生產(chǎn)穩(wěn)定性高，不污染雜菌，便于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。發(fā)酵后的殘?jiān)饕煞譃槟舅兀瑹嶂递^原木糖渣或木糖醇渣或康醛渣提高，可燒鍋爐，為酒精生產(chǎn)提供熱電；利用殘余木素燃燒聯(lián)產(chǎn)熱電，構(gòu)成玉米芯的三類主要成分分別被轉(zhuǎn)化為不同產(chǎn)品的完整生物煉制流程，實(shí)現(xiàn)了將工業(yè)廢渣變廢為寶，同時(shí)還解決了環(huán)境污染問題，具有極大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
3、酒精發(fā)酵工藝采用了同步糖化發(fā)酵工藝，克服了糖類及其它產(chǎn)物對(duì)纖維素酶的抑制，并簡(jiǎn)化了先糖化后發(fā)酵的復(fù)雜工藝。
4、酒精發(fā)酵工藝中采用了中間補(bǔ)料的措施，提高了發(fā)酵醪液的酒精濃度，降低了后提取工藝的生產(chǎn)成本。


圖1利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1利用木糖渣發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，由如下步驟組成(1)菌種選擇選用纖維素酶產(chǎn)生菌擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液體發(fā)酵菌種制備用步驟(1)所述的菌株，在無菌，30℃條件下，經(jīng)試管斜面、搖瓶、一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐逐級(jí)放大培養(yǎng)，制得菌數(shù)達(dá)OD值1.1×10/ml的液體發(fā)酵菌種；其中
所述斜面培養(yǎng)基成分以重量百分比計(jì)為10％的麩皮水加2％的瓊脂粉；所述搖瓶、一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐使用的培養(yǎng)基是菌種增殖培養(yǎng)基，其成分及制備方法是將木糖渣、麩皮、蛋白胨，硫酸銨、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，PH自然。
所述搖瓶培養(yǎng)溫度30℃，搖床轉(zhuǎn)速160r/min，培養(yǎng)時(shí)間30小時(shí)，一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐培養(yǎng)溫度30℃，罐壓0.5kg/cm2，通氣量以發(fā)酵液體積m3/氣體積m3·分鐘計(jì)，1∶0.9，攪拌轉(zhuǎn)速130-150r/min，培養(yǎng)時(shí)間，一級(jí)種子罐35小時(shí)，二級(jí)種子罐45小時(shí)。
(3)纖維素粗酶液制備所使用的培養(yǎng)基是產(chǎn)酶培養(yǎng)基，其成分及制備方法是以重量百分比木糖渣、麩皮、水以3∶3∶100的比例配合；再以重量百分比計(jì)，補(bǔ)加微晶纖維06％，硫酸銨0.4％，KH2PO4 0.3％，MgSO4 0.05％，pH5.6，以裝料系數(shù)75％的量裝入發(fā)酵罐內(nèi)，再以裝料量的重量百分比計(jì)，加入10％步驟(2)所述的液體發(fā)酵菌種，以培養(yǎng)溫度30℃，罐壓0.8kg/cm2，通氣量以發(fā)酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計(jì)1∶0.9，攪拌轉(zhuǎn)速120r/min的條件，好氧發(fā)酵108小時(shí)，制得高活性纖維素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厭氧同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)酒精取步驟(3)制得的粗酶液與木糖渣以酶量10FPU/g干渣的比例在酒精發(fā)酵罐中混合(酶液∶料＝重量比1.5∶1)，再加入總液重量10％的酒精酵母(酵母細(xì)胞數(shù)達(dá)1億/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厭氧同步糖化發(fā)酵，發(fā)酵溫度為30℃，pH值為4.6；發(fā)酵24小時(shí)時(shí)，根據(jù)發(fā)酵醪酒精濃度，再補(bǔ)入上述木糖渣總干重比例50％的木糖渣；以使在發(fā)酵時(shí)間至65-72小時(shí)時(shí)的發(fā)酵醪酒精濃度達(dá)到體積百分比8％以上，發(fā)酵完成；(5)酒精純化對(duì)步驟(4)制得的發(fā)酵后的酒精醪液以常規(guī)方法進(jìn)行蒸餾，即得酒精。
實(shí)施例2利用木糖醇渣發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，由如下步驟組成(1)菌種選擇選用纖維素酶產(chǎn)生菌擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液體發(fā)酵菌種制備用步驟(1)所述的菌株，在無菌，28℃條件下，經(jīng)試管斜面、搖瓶、一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐逐級(jí)放大培養(yǎng)，制得菌數(shù)達(dá)OD值1.0×10/ml的液體發(fā)酵菌種；其中所述斜面培養(yǎng)基成分以重量百分比計(jì)為10％的麩皮水加2％的瓊脂粉；所述搖瓶、一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐使用的培養(yǎng)基是菌種增殖培養(yǎng)基，其成分及制備方法是將木糖醇渣、麩皮、蛋白胨、硫酸銨、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，PH自然。
所述搖瓶、培養(yǎng)溫度28℃；搖床轉(zhuǎn)速150-160r/min，振蕩培養(yǎng)時(shí)間35小時(shí)一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐培養(yǎng)溫度是28℃，；罐壓0.5Kg/cm2，通氣量發(fā)酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計(jì)，1∶0.8，攪拌轉(zhuǎn)速100-110r/min，培養(yǎng)時(shí)間，一級(jí)種子罐40小時(shí)，二級(jí)種子罐50小時(shí)。
(3)纖維素粗酶液制備所使用培養(yǎng)基是產(chǎn)酶培養(yǎng)基；其成分及制備方法是將木糖醇渣、麩皮、水按重量比以2.5∶2.5∶100的比例配合；再以重量百分比計(jì)，補(bǔ)加微晶纖維0.4％，硫酸銨0.2％，KH2PO4 0.2％，MgSO4 0.04％，pH5.0；以裝料系數(shù)70％的量裝入發(fā)酵罐內(nèi)，再以裝料量的重量百分比計(jì)，加入10％步驟(2)所述的液體發(fā)酵菌種，以培養(yǎng)溫度28℃，罐壓0.6kg/cm2，通氣量以發(fā)酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計(jì)1∶0.8，攪拌轉(zhuǎn)速100r/min的條件，好氧發(fā)酵86小時(shí)，制得高活性纖維素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厭氧同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)酒精取步驟(3)制得的粗酶液與木糖醇渣以酶量10FPU/g干渣的比例在酒精發(fā)酵罐中混合(酶液∶料＝重量比1∶1)，再加入總液重量10％的酒精酵母(酵母細(xì)胞數(shù)達(dá)1億/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厭氧同步糖化發(fā)酵，發(fā)酵溫度為28℃，pH值為4.3；發(fā)酵12小時(shí)時(shí)，根據(jù)發(fā)酵醪酒精濃度，再分兩批補(bǔ)入上述木糖醇渣總干重比例40％的木糖醇渣；以使在發(fā)酵時(shí)間至60-66小時(shí)時(shí)的發(fā)酵醪酒精濃度達(dá)到體積百分比8％以上，發(fā)酵完成；(5)酒精純化對(duì)步驟(4)制得的發(fā)酵后的酒精醪液以常規(guī)方法進(jìn)行蒸餾，即得酒精。
實(shí)施例3利用木糖渣發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，由如下步驟組成(1)菌種選擇選用纖維素酶產(chǎn)生菌擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液體發(fā)酵菌種制備用步驟(1)所述的菌株，在無菌，33℃條件下，經(jīng)試管斜面、搖瓶、一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐逐級(jí)放大培養(yǎng)，制得菌數(shù)達(dá)OD值1.2×10/ml的液體發(fā)酵菌種；其中所述斜面培養(yǎng)基成分以重量百分比計(jì)為10％的麩皮水加2％的瓊脂粉；所述搖瓶、一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐使用的培養(yǎng)基是菌種增殖培養(yǎng)基，其成分及制備方法是將木糖渣、麩皮、蛋白胨、硫酸銨、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，pH自然；所述搖瓶、培養(yǎng)溫度33℃；搖床轉(zhuǎn)速170-180r/min，振蕩培養(yǎng)時(shí)間38小時(shí)一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐培養(yǎng)溫度是33℃，；罐壓0.5Kg/cm2，通氣量發(fā)酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計(jì)，1∶1.0，攪拌轉(zhuǎn)速140-150r/min，培養(yǎng)時(shí)間，一級(jí)種子罐46小時(shí)，二級(jí)種子罐60小時(shí)。
(3)纖維素粗酶液制備所使用的培養(yǎng)基是產(chǎn)酶培養(yǎng)基，其成分及制備方法是木糖渣、麩皮、水以5∶5∶100的比例配合；再以重量百分比計(jì)，補(bǔ)加微晶纖維0.8％，硫酸銨0.5％，KH2PO40.4％，MgSO40.06％，pH 6.0；以裝料系數(shù)80％的量裝入發(fā)酵罐內(nèi)，再以裝料量的重量百分比計(jì)，加入10％步驟(2)所述的液體發(fā)酵菌種，以培養(yǎng)溫度33℃，罐壓1kg/cm2，通氣量以發(fā)酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計(jì)1∶1.0，攪拌轉(zhuǎn)速150r/min的條件，好氧發(fā)酵120小時(shí)，制得高活性纖維素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厭氧同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)酒精取步驟(3)制得的粗酶液與木糖渣以酶量10FPU/g干渣的比例在酒精發(fā)酵罐中混合(酶液∶料＝重量比2∶1)，再加入總液重量10％的酒精酵母(酵母細(xì)胞數(shù)達(dá)1億/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厭氧同步糖化發(fā)酵，發(fā)酵溫度為33℃，pH值為5.0；發(fā)酵48小時(shí)時(shí)，根據(jù)發(fā)酵醪酒精濃度，再分三批補(bǔ)入上述木糖渣總干重比例60％的木糖渣；以使在發(fā)酵時(shí)間至70-72小時(shí)時(shí)的發(fā)酵醪酒精濃度達(dá)到體積百分比8％以上，發(fā)酵完成；(5)酒精純化對(duì)步驟(4)制得的發(fā)酵后的酒精醪液以常規(guī)方法進(jìn)行蒸餾，即得酒精。
實(shí)施例4利用木糖渣與木糖醇渣等量混合渣發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，由如下步驟組成(1)菌種選擇選用纖維素酶產(chǎn)生菌擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液體發(fā)酵菌種制備用步驟(1)所述的菌株，在無菌，30℃條件下，經(jīng)試管斜面、搖瓶、一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐逐級(jí)放大培養(yǎng)，制得菌數(shù)達(dá)OD值1.1×10/ml的液體發(fā)酵菌種；其中所述斜面培養(yǎng)基成分以重量百分比計(jì)為10％的麩皮水加2％的瓊脂粉；所述搖瓶、一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐使用的培養(yǎng)基是菌體增殖培養(yǎng)基，其成分及制備方法是將木糖渣與木糖醇渣等量混合渣、麩皮、蛋白胨、硫酸銨、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，PH自然；所述搖瓶、培養(yǎng)溫度30℃，搖床轉(zhuǎn)速160-170r/min，振蕩培養(yǎng)時(shí)間30小時(shí)；一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐培養(yǎng)溫度是30℃；罐壓0.5Kg/cm2，通氣量發(fā)酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計(jì)，1∶0.9，攪拌轉(zhuǎn)速120-130r/min，培養(yǎng)時(shí)間，一級(jí)種子罐35小時(shí)，二級(jí)種子罐45小時(shí)。
(3)纖維素粗酶液制備所使用的培養(yǎng)基是產(chǎn)酶培養(yǎng)基，其成分及制備方法是以木糖渣和木糖醇渣等量混合渣、麩皮、水按重量比3∶3∶100的比例配合；再以重量百分比計(jì)，補(bǔ)加微晶纖維0.6％，硫酸銨0.4％，KH2PO40.3％，MgSO40.05％，pH 5.6；以裝料系數(shù)75％的量裝入發(fā)酵罐內(nèi)，再以裝料量的重量百分比計(jì)，加入10％步驟(2)所述的液體發(fā)酵菌種，以培養(yǎng)溫度30℃，罐壓0.8kg/cm2，通氣量以發(fā)酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計(jì)1∶0.9，攪拌轉(zhuǎn)速120r/min的條件，好氧發(fā)酵108小時(shí)，制得高活性纖維素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厭氧同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)酒精取步驟(3)制得的粗酶液與木糖渣與木糖醇渣等量混合渣以酶量10FPU/g干渣的比例在酒精發(fā)酵罐中混合(酶液∶料＝重量比1.5∶1)，再加入總液重量10％的酒精酵母(酵母細(xì)胞數(shù)達(dá)1億/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厭氧同步糖化發(fā)酵，發(fā)酵溫度為30℃，pH值為4.6；發(fā)酵24小時(shí)時(shí)，根據(jù)發(fā)酵醪酒精濃度，再補(bǔ)入上述木糖渣與木糖醇渣等量混合渣總干重比例50％的木糖渣與木糖醇渣等量混合渣；以使在發(fā)酵時(shí)間至65-72小時(shí)時(shí)的發(fā)酵醪酒精濃度達(dá)到體積百分比8％以上，發(fā)酵完成；(5)酒精純化對(duì)步驟(4)制得的發(fā)酵后的酒精醪液以常規(guī)方法進(jìn)行蒸餾，即得酒精。
實(shí)施例5利用木糖渣與木糖醇渣3∶2混合渣發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，由如下步驟組成(1)菌種選擇選用纖維素酶產(chǎn)生菌擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液體發(fā)酵菌種制備用步驟(1)所述的菌株，在無菌，32℃條件下，經(jīng)試管斜面、搖瓶、一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐逐級(jí)放大培養(yǎng)，制得菌數(shù)達(dá)OD值1.0×10/ml的液體發(fā)酵菌種；(菌數(shù)應(yīng)以O(shè)D值表示)。
其中所述斜面培養(yǎng)基成分以重量百分比計(jì)為10％的麩皮水加2％的瓊脂粉；所述搖瓶、一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐使用的培養(yǎng)基是菌種增殖培養(yǎng)基，其成分及制備方法是將木糖渣與木糖醇渣3∶2混合渣、麩皮、蛋白胨、硫酸銨、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，PH自然；所述搖瓶、培養(yǎng)溫度32℃，搖床轉(zhuǎn)速160-170r/min，振蕩培養(yǎng)時(shí)間33小時(shí)；一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐培養(yǎng)溫度是32℃，；罐壓0.5Kg/cm2，通氣量發(fā)酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計(jì)，1∶1.0，攪拌轉(zhuǎn)速110-120r/min，培養(yǎng)時(shí)間，一級(jí)種子罐38小時(shí)，二級(jí)種子罐48小時(shí)。
(3)纖維素粗酶液制備所使用的培養(yǎng)基是產(chǎn)酶培養(yǎng)基，其成分及制備方法是將木糖渣與木糖醇渣3∶2混合渣、麩皮、水按重量比3∶3∶100的比例配合；再以重量百分比計(jì)，補(bǔ)加微晶纖維0.6％，硫酸銨0.5％，KH2PO40.4％，MgSO40.06％，pH 5.8；以裝料系數(shù)75％的量裝入發(fā)酵罐內(nèi)，再以裝料量的重量百分比計(jì)，加入10％步驟(2)所述的液體發(fā)酵菌種，以培養(yǎng)溫度32℃，罐壓1.0kg/cm2，通氣量以發(fā)酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計(jì)1∶1.0，攪拌轉(zhuǎn)速130r/min的條件，好氧發(fā)酵118小時(shí)，制得高活性纖維素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厭氧同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)酒精取步驟(3)制得的粗酶液與木糖渣與木糖醇渣3∶2混合渣以酶量10FPU/g干渣的比例在酒精發(fā)酵罐中混合(酶液∶料＝重量比1.3∶1)，再加入總液重量10％的酒精酵母(酵母細(xì)胞數(shù)達(dá)1億/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厭氧同步糖化發(fā)酵，發(fā)酵溫度為32℃，pH值為4.8；發(fā)酵28小時(shí)時(shí)，根據(jù)發(fā)酵醪酒精濃度，再分兩批補(bǔ)入上述木糖渣與木糖醇渣3∶2混合渣總干重比例50％的木糖渣與木糖醇渣3∶2混合渣；以使在發(fā)酵時(shí)間至68-72小時(shí)時(shí)的發(fā)酵醪酒精濃度達(dá)到體積百分比8％以上，發(fā)酵完成；(5)酒精純化對(duì)步驟(4)制得的發(fā)酵后的酒精醪液以常規(guī)方法進(jìn)行蒸餾，即得酒精。
實(shí)施例6利用康醛渣發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，由如下步驟組成(1)菌種選擇選用纖維素酶產(chǎn)生菌擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液體發(fā)酵菌種制備用步驟(1)所述的菌株，在無菌，30℃條件下，經(jīng)試管斜面、搖瓶、一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐逐級(jí)放大培養(yǎng)，制得菌數(shù)達(dá)OD值1.1×10/ml的液體發(fā)酵菌種；其中所述斜面培養(yǎng)基成分以重量百分比計(jì)為10％的麩皮水加2％的瓊脂粉；所述搖瓶、一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐使用的培養(yǎng)基是菌種增殖培養(yǎng)基，其成分及制備方法是將康醛渣、麩皮、蛋白胨，硫酸銨、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，PH自然。
所述搖瓶培養(yǎng)溫度30℃，搖床轉(zhuǎn)速160r/min，培養(yǎng)時(shí)間30小時(shí)，一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐培養(yǎng)溫度30℃，罐壓0.5kg/cm2，通氣量以發(fā)酵液體積m3/氣體積m3·分鐘計(jì)，1∶0.9，攪拌轉(zhuǎn)速130-150r/min，培養(yǎng)時(shí)間，一級(jí)種子罐35小時(shí)，二級(jí)種子罐45小時(shí)。
(3)纖維素粗酶液制備所使用的培養(yǎng)基是產(chǎn)酶培養(yǎng)基，其成分及制備方法是以重量百分比康醛渣、麩皮、水以3∶3∶100的比例配合；再以重量百分比計(jì)，補(bǔ)加微晶纖維06％，硫酸銨0.4％，KH2PO4 0.3％，MgSO4 0.05％，pH5.6，以裝料系數(shù)75％的量裝入發(fā)酵罐內(nèi)，再以裝料量的重量百分比計(jì)，加入10％步驟(2)所述的液體發(fā)酵菌種，以培養(yǎng)溫度30℃，罐壓0.8kg/cm2，通氣量以發(fā)酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計(jì)1∶0.9，攪拌轉(zhuǎn)速120r/min的條件，好氧發(fā)酵108小時(shí)，制得高活性纖維素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厭氧同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)酒精取步驟(3)制得的粗酶液與康醛渣以酶量10FPU/g干渣的比例在酒精發(fā)酵罐中混合(酶液∶料＝重量比1.5∶1)，再加入總液重量10％的酒精酵母(酵母細(xì)胞數(shù)達(dá)1億/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厭氧同步糖化發(fā)酵，發(fā)酵溫度為30℃，pH值為4.6；發(fā)酵24小時(shí)時(shí)，根據(jù)發(fā)酵醪酒精濃度，再補(bǔ)入上述康醛渣總干重比例50％的康醛渣；以使在發(fā)酵時(shí)間至65-72小時(shí)時(shí)的發(fā)酵醪酒精濃度達(dá)到體積百分比8％以上，發(fā)酵完成；
(5)酒精純化對(duì)步驟(4)制得的發(fā)酵后的酒精醪液以常規(guī)方法進(jìn)行蒸餾，即得酒精。
實(shí)施例7利用木糖渣與木糖醇渣、康醛渣等量混合渣發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，由如下步驟組成(1)菌種選擇選用纖維素酶產(chǎn)生菌擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液體發(fā)酵菌種制備用步驟(1)所述的菌株，在無菌，30℃條件下，經(jīng)試管斜面、搖瓶、一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐逐級(jí)放大培養(yǎng)，制得菌數(shù)達(dá)OD值1.1×10/ml的液體發(fā)酵菌種；其中所述斜面培養(yǎng)基成分以重量百分比計(jì)為10％的麩皮水加2％的瓊脂粉；所述搖瓶、一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐使用的培養(yǎng)基是菌體增殖培養(yǎng)基，其成分及制備方法是將木糖渣與木糖醇渣、康醛渣等量混合渣、麩皮、蛋白胨、硫酸銨、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，pH自然；所述搖瓶、培養(yǎng)溫度30℃，搖床轉(zhuǎn)速160-170r/min，振蕩培養(yǎng)時(shí)間30小時(shí)；一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐培養(yǎng)溫度是30℃；罐壓0.5Kg/cm2，通氣量發(fā)酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計(jì)，1∶0.9，攪拌轉(zhuǎn)速120-130r/min，培養(yǎng)時(shí)間，一級(jí)種子罐35小時(shí)，二級(jí)種子罐45小時(shí)。
(3)纖維素粗酶液制備所使用的培養(yǎng)基是產(chǎn)酶培養(yǎng)基，其成分及制備方法是以木糖渣和木糖醇渣、康醛渣等量混合渣、麩皮、水按重量比3∶3∶100的比例配合；再以重量百分比計(jì)，補(bǔ)加微晶纖維0.6％，硫酸銨0.4％，KH2PO40.3％，MgSO40.05％，pH 5.6；以裝料系數(shù)75％的量裝入發(fā)酵罐內(nèi)，再以裝料量的重量百分比計(jì)，加入10％步驟(2)所述的液體發(fā)酵菌種，以培養(yǎng)溫度30℃，罐壓0.8kg/cm2，通氣量以發(fā)酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計(jì)1∶0.9，攪拌轉(zhuǎn)速120r/min的條件，好氧發(fā)酵108小時(shí)，制得高活性纖維素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厭氧同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)酒精取步驟(3)制得的粗酶液與木糖渣與木糖醇渣、康醛渣等量混合渣以酶量10FPU/g干渣的比例在酒精發(fā)酵罐中混合(酶液∶料＝重量比1.5∶1)，再加入總液重量10％的酒精酵母(酵母細(xì)胞數(shù)達(dá)1億/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厭氧同步糖化發(fā)酵，發(fā)酵溫度為30℃，pH值為4.6；發(fā)酵24小時(shí)時(shí)，根據(jù)發(fā)酵醪酒精濃度，再補(bǔ)入上述木糖渣與木糖醇渣、康醛渣等量混合渣總干重比例50％的木糖渣與木糖醇渣、康醛渣等量混合渣；以使在發(fā)酵時(shí)間至65-72小時(shí)時(shí)的發(fā)酵醪酒精濃度達(dá)到體積百分比8％以上，發(fā)酵完成；(5)酒精純化對(duì)步驟(4)制得的發(fā)酵后的酒精醪液以常規(guī)方法進(jìn)行蒸餾，即得酒精。
權(quán)利要求
1.一種利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，由下述步驟組成(1)菌種選擇選用纖維素酶產(chǎn)生菌擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液體發(fā)酵菌種制備用步驟(1)所述的菌株，在無菌條件下，經(jīng)試管斜面、搖瓶、一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐逐級(jí)放大培養(yǎng)，制得菌數(shù)達(dá)OD值1.0～1.2×10/ml的液體發(fā)酵菌種；其中所述斜面培養(yǎng)基成分以重量百分比計(jì)為10％的麩皮水加2％的瓊脂粉；所述搖瓶、一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐使用的培養(yǎng)基是菌種增殖培養(yǎng)基，其成分及制備是將木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣、麩皮、蛋白胨、硫酸銨、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，pH自然；所述搖瓶培養(yǎng)條件是溫度28℃-33℃，搖床轉(zhuǎn)速150-180r/min，培養(yǎng)時(shí)間30-60小時(shí)；一級(jí)種子罐，二級(jí)種子罐培養(yǎng)條件是溫度28℃-33℃，罐壓0.5Kg/cm2，通氣量以發(fā)酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計(jì)1∶0.8-1.0，攪拌轉(zhuǎn)速100-150r/min，好氧培養(yǎng)30-60小時(shí)；(3)纖維素粗酶液制備使用產(chǎn)酶培養(yǎng)基，以裝料系數(shù)70-80％的量裝入發(fā)酵罐內(nèi)，再以裝料量的重量百分比計(jì)，加入10％步驟(2)所述的液體發(fā)酵菌種，以培養(yǎng)溫度28℃-33℃，罐壓0.6～1kg/cm2，通氣量以發(fā)酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計(jì)1∶0.8～1.0，攪拌轉(zhuǎn)速100～150r/min的條件，好氧發(fā)酵80-136小時(shí)，制得高活性纖維素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；其中所述產(chǎn)酶培養(yǎng)基，其成分及制備方法是將木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣∶麩皮∶水以2-5∶2-5∶100的比例配合；再以重量百分比計(jì)，補(bǔ)加微晶纖維0.4-0.8％，硫酸銨0.2-0.5％，KH2PO40.2-0.4％，MgSO40.04-0.06％，pH 5.0-6.0；(4)厭氧同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)酒精取步驟(3)制得的粗酶液與玉米芯加工殘?jiān)?木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣以酶量10FPU/g干渣的比例在酒精發(fā)酵罐中混合，再加入總液重量10％的酒精酵母，厭氧同步糖化發(fā)酵，發(fā)酵溫度為28℃-35℃，pH值為4-5；發(fā)酵12-48小時(shí)時(shí)，根據(jù)發(fā)酵醪酒精濃度，再補(bǔ)入或分批補(bǔ)入上述木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣總干重比例40％～60％的木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣；以使在發(fā)酵時(shí)間至60-72小時(shí)時(shí)的發(fā)酵醪酒精濃度達(dá)到體積百分比8％以上，發(fā)酵完成；其中所述酒精酵母是細(xì)胞數(shù)達(dá)1億/ml的、出芽率15-30％的酵母醪液；(5)酒精純化對(duì)步驟(4)制得的發(fā)酵后的酒精醪液進(jìn)行蒸餾，即得酒精。
2.如權(quán)利要求1所述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，其特征是步驟(3)所述的木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣∶麩皮∶水的重量比是3∶3∶100。
3.如權(quán)利要求1所述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，其特征是步驟(3)所述的微晶纖維是0.5-0.7％，硫酸銨是0.3-0.4％，KH2PO4是0.3-0.4％，MgSO4是0.05-0.06％，自然pH 5.4-5.8。
4.如權(quán)利要求1所述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，其特征是步驟(2)或步驟(3)所述的培養(yǎng)溫度是30℃-33℃。
5.如權(quán)利要求1所述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，其特征是步驟(2)或(3)所述的通氣量以發(fā)酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計(jì)為1∶0.9。
6.如權(quán)利要求1所述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，其特征是步驟(3)所述的好氧發(fā)酵時(shí)間是100-136小時(shí)。
7.如權(quán)利要求1所述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，其特征是步驟(4)所述的發(fā)酵溫度為30℃-33℃，pH值為4.3～4.8。
8.如權(quán)利要求7所述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，其特征是步驟(2)、(3)或(4)所述的混合渣是指木糖渣與木糖醇渣或康醛渣或其三者間以任意重量比例配合的混合物。
9.如權(quán)利要求1所述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，其特征是步驟(4)所述的根據(jù)發(fā)酵醪酒精濃度是指酒精濃度在體積百分比8％以下時(shí)；所述補(bǔ)料量依據(jù)發(fā)酵醪酒精濃度確定，所述發(fā)酵醪酒精濃度越低，補(bǔ)料次數(shù)和補(bǔ)料量越多。
10.如權(quán)利要求1所述的利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，其特征是步驟(4)所述的發(fā)酵完成的指標(biāo)是發(fā)酵醪酒精濃度達(dá)到體積百分比8％以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素酒精的方法，由(1)菌種選擇，(2)液體發(fā)酵菌種制備，(3)纖維素粗酶液制備，(4)厭氧同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)酒精，(5)酒精純化等步驟組成。本發(fā)明的方法中制酶及酒精發(fā)酵原料來源于工業(yè)廢棄物，特別是玉米芯加工殘?jiān)咎窃?、木糖醇渣、康醛渣，生產(chǎn)成本低，穩(wěn)定性好，便于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，制得酒精原料出酒率達(dá)20％以上，生產(chǎn)成本低于糧食酒精，發(fā)酵后的廢渣可作燃料。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了將工業(yè)廢渣變廢為寶，同時(shí)還解決了環(huán)境污染問題，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C12P7/10GK1944658SQ20061013196
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者曲音波, 朱明田, 程少波, 肖林, 鮑曉明, 林建強(qiáng) 申請(qǐng)人:山東大學(xué), 山東龍力生物科技有限公司