專利名稱：一種利用耐高溫酵母同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用耐高溫酵母同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乙醇的方法，利用耐高溫酵母使用耐乙醇β-葡萄糖苷酶，以氣爆秸桿為原料進(jìn)行高溫同步糖化發(fā)酵發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的新工藝。
背景技術(shù)：
纖維質(zhì)原料同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇工藝將水解和乙醇發(fā)酵結(jié)合起來，在同一發(fā)酵罐中進(jìn)行，纖維素酶解產(chǎn)生的葡萄糖立即為酵母所發(fā)酵利用，能夠有效消除纖維二糖、葡萄糖對纖維素酶活性的抑制。在纖維素糖化過程中，纖維素酶的最適作用溫度通常為50°C左右，而酵母發(fā)酵的最適溫度為30°C左右。所以，如何使這2個(gè)過程的溫度協(xié)調(diào)，是采用纖維質(zhì)原料同步糖化發(fā)酵高效生產(chǎn)乙醇的關(guān)鍵。解決這種矛盾辦法之一就是采用耐高溫酵母。利用高溫酵母進(jìn)行發(fā)酵也可以減少后續(xù)操作成本，利于乙醇的連續(xù)提取，并降低污染雜菌 的機(jī)會。目前，工業(yè)生產(chǎn)中普遍應(yīng)用的纖維素酶組分中葡萄糖苷酶含量和活力通常都很低，在實(shí)際生產(chǎn)中需要添加額外的葡萄糖苷酶以促進(jìn)纖維素酶酶組分的協(xié)調(diào)。本專利利用β -葡萄糖苷糖酶的嗜溫耐醇特性，結(jié)合高溫酵母的耐熱特性，進(jìn)行高溫同步糖化發(fā)酵研究，對于探索高效的同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)工藝，促進(jìn)纖維乙醇的多元化生產(chǎn)具有重要的理論和實(shí)踐指導(dǎo)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種利用耐高溫酵母同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乙醇的方法。I. 一種利用耐高溫酵母同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乙醇的方法，利用耐乙醇葡萄糖苷酶及耐高溫酵母，以纖維素50%，半纖維素10%，木質(zhì)素30%，其他成分10%的氣爆秸桿為原料進(jìn)行高溫同步糖化發(fā)酵發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的新工藝。稱取適量秸桿至搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基中，Na2HPO4-檸檬酸緩沖液調(diào)節(jié)發(fā)酵液初始pH值，于121°C滅菌30 min。然后加入30 U/g的纖維素酶，50°C下150 r/min預(yù)水解24 h。添加β -葡萄糖苷酶和耐高溫酵母,40°C, 150 r/min培養(yǎng)。2.步驟I所述的最佳接種體積分?jǐn)?shù)12%。3.步驟I所述的最佳底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%。4.步驟I所述的最佳發(fā)酵pH值為5. O。5.步驟I所述的β -葡萄糖苷酶添加量為25 U/g。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明利用耐高溫酵母使用耐乙醇β_葡萄糖苷酶，以氣爆秸桿為原料進(jìn)行高溫同步糖化發(fā)酵發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的新工藝。


圖I不同接種體積分?jǐn)?shù)對乙醇發(fā)酵的影響。
圖2不同底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對乙醇發(fā)酵的影響。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明，但對本發(fā)明沒有限制。本專利所用的菌株為高溫酵母fflarxia/ws NCYC 587,由英國國立酵母保藏中心保藏。本專利使用的耐乙醇β -葡萄糖苷酶為中國專利CN102080050A中Trichodermasp. W2所產(chǎn)的嗜溫耐乙醇β -葡萄糖苷酶。實(shí)施例I
本實(shí)施案例說明不同接種體積分?jǐn)?shù)對乙醇發(fā)酵的影響，為探討不同接種體積分?jǐn)?shù)對乙醇產(chǎn)量的影響，添加不同接種體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行乙醇發(fā)酵，結(jié)果如圖I所示。 在每個(gè)反應(yīng)體系中，控制接種體積分?jǐn)?shù)為6%_18%，培養(yǎng)72 h，發(fā)酵24 h后乙醇質(zhì)量濃度達(dá)到最大，在接種體積分?jǐn)?shù)為12%時(shí)，發(fā)酵菌株在保持菌體活力的同時(shí)，能迅速產(chǎn)生并積累大量的乙醇，且發(fā)酵時(shí)間對其影響不大。理論上說，增大酵母菌的接種體積分?jǐn)?shù)不僅可以更多地消耗糖，降低對纖維素酶的抑制作用，而且接種體積分?jǐn)?shù)的加大，乙醇產(chǎn)率也會隨之增大。但是，接種過量的酵母細(xì)胞，由于得不到充分的碳源，會使酵母利用有限的糖合成儲備物質(zhì)，或誘導(dǎo)其他對乙醇發(fā)酵不利的代謝途徑，更有可能會代謝利用乙醇，使得乙醇產(chǎn)率下降。當(dāng)接種體積分?jǐn)?shù)超過12%以上，后期發(fā)酵(72 h)產(chǎn)生的乙醇被完全消耗用以維持菌體細(xì)胞的生長。因此，綜合各方面考慮，最佳接種體積分?jǐn)?shù)為12%。實(shí)施例2
本實(shí)施案例說明不同底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對乙醇產(chǎn)量的影響，為探討不同底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對乙醇產(chǎn)量的影響，添加不同底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行乙醇發(fā)酵，結(jié)果如圖2所示。在每個(gè)反應(yīng)體系中，固體底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%，15%，20%，25%，研究其對同步糖化發(fā)酵效果的影響。如圖2所示，底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)產(chǎn)生的糖質(zhì)量濃度低，發(fā)酵24h就被酵母迅速利用完全；底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，產(chǎn)生的糖質(zhì)量濃度有所提高，但在發(fā)酵48h才產(chǎn)生乙醇，采用的酵母對于底物中復(fù)雜的成分可能需要一定的適應(yīng)過程才可以發(fā)揮作用，在最初24 h產(chǎn)生微量的乙醇，這歸因于低質(zhì)量濃度發(fā)酵受抑制物如糠醛和羥甲基糠醛等發(fā)酵抑制劑的抑制，導(dǎo)致出現(xiàn)延滯期，這些抑制劑可由酵母的代謝除去。底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20%以上，葡萄糖質(zhì)量濃度隨發(fā)酵時(shí)間不斷積累，但酵母沒能利用葡萄糖進(jìn)行發(fā)酵，可能是發(fā)酵菌株受大量抑制物影響而失活。研究結(jié)果同時(shí)表明，同步糖化發(fā)酵時(shí)菌株能部分利用水解產(chǎn)生的木糖。此外，由于添加了適量的β_葡萄糖苷酶，纖維二糖質(zhì)量濃度始終保持在較低質(zhì)量濃度范圍而不影響糖化發(fā)酵效果。實(shí)施例3
本實(shí)施案例說明不同發(fā)酵PH值對乙醇產(chǎn)量的影響，為探討不同發(fā)酵pH值對乙醇產(chǎn)量的影響，使用不同發(fā)酵PH值進(jìn)行乙醇發(fā)酵，結(jié)果如表I所示。表I結(jié)果顯示，pH值為5. O時(shí)得到的初始葡萄糖質(zhì)量濃度最高，與纖維素酶反應(yīng)的最佳pH值為5. O結(jié)論一致。pH值對纖維素酶的活力有著直接的影響，同時(shí)pH值也會影響酵母細(xì)胞的通透性，進(jìn)而影響酵母細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和乙醇的排泄。由于在發(fā)酵過程中PH值的變化并沒有影響乙醇轉(zhuǎn)化效率，因此，在同步糖化發(fā)酵過程中，保持反應(yīng)體系的PH值為5. O對于纖維素酶和釀酒酵母都適宜。表I不同pH值下發(fā)酵過程中糖、乙醇質(zhì)量濃度
權(quán)利要求
1.一種利用耐高溫酵母同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乙醇的方法，利用耐乙醇β-葡萄糖苷酶及耐高溫酵母，以纖維素50%，半纖維素10%，木質(zhì)素30%，其他成分10%的氣爆秸桿為原料進(jìn)行高溫同步糖化發(fā)酵發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的新工藝；稱取適量秸桿至搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基中，Na2HPO4-檸檬酸緩沖液調(diào)節(jié)發(fā)酵液初始PH值，于121°C滅菌30 min;然后加入30 U/g的纖維素酶，50°C下150 r/min預(yù)水解24 h ;添加β -葡萄糖苷酶和耐高溫酵母,40°C, 150 r/min培養(yǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，接種體積分?jǐn)?shù)12%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于發(fā)酵PH值為5.O。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，葡萄糖苷酶添加量為25U/g。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用耐高溫酵母同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乙醇的方法，利用耐高溫酵母使用耐乙醇β-葡萄糖苷酶，以氣爆秸稈為原料進(jìn)行高溫同步糖化發(fā)酵發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的新工藝。
文檔編號C12R1/645GK102851324SQ20121030435
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者周雪琴 申請人:太倉市周氏化學(xué)品有限公司