一種以表面活性劑-水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種以表面活性劑-水為介質(zhì)的超高濃度（VHG）乙醇發(fā)酵技術(shù)，表面活性劑提高了水中酵母發(fā)酵生成的乙醇濃度。以葡萄糖為原料，添加非離子表面活性劑-水混合物為發(fā)酵介質(zhì)，接種釀酒酵母，在不加入任何營養(yǎng)成分的條件下進(jìn)行超高濃度乙醇發(fā)酵。本發(fā)明通過采用非離子型表面活性劑代替水增加底物濃度，直接進(jìn)行30%底物濃度的VHG乙醇發(fā)酵，并獲得高濃度發(fā)酵終點(diǎn)產(chǎn)物乙醇。該工藝可減少水的消耗、降低生產(chǎn)成本、提高發(fā)酵效率。
【專利說明】一種以表面活性劑-水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)酵工藝生產(chǎn)乙醇領(lǐng)域，具體涉及一種以表面活性劑-水為介質(zhì)的超 高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展使得人們對(duì)化石資源的依賴性越來越大， 對(duì)其高強(qiáng)度開發(fā)利用導(dǎo)致其儲(chǔ)量日趨枯竭、價(jià)格不斷飆升[Progress In Chemistry, 2006, 18(2-3) : 131-141];而且大量化石資源的開采與使用帶來嚴(yán)重的環(huán)境污 染，因此發(fā)展清潔可再生能源對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充和替代勢(shì)在必行。近年來，世界各國紛紛致力于 開發(fā)新能源，燃料乙醇作為綠色可再生的新型燃料具有諸多優(yōu)點(diǎn)：①節(jié)能和環(huán)保；②提高 汽油的辛烷值；③可經(jīng)濟(jì)有效地降低芳烴、烯烴含量；④是太陽能的一種表現(xiàn)形式，在整個(gè) 自然界大系統(tǒng)中，乙醇的整個(gè)生產(chǎn)和消費(fèi)過程可形成無污染的閉路循環(huán)，永不枯竭。
[0003] 目前，世界大多數(shù)燃料乙醇都是采用發(fā)酵法生產(chǎn)的，在發(fā)酵法乙醇生產(chǎn)過程中，節(jié) 省發(fā)酵時(shí)間、提高酵母的循環(huán)利用率、增加終點(diǎn)乙醇濃度等是降低乙醇生產(chǎn)成本的主要途 徑。文獻(xiàn)（Bioresource Technology, 102,2011 :8191_8198)將酵母固載在藻酸興上，用于葡 萄糖發(fā)酵過程可將乙醇收率從88%提高到100%，而且酵母也得到了循環(huán)利用、發(fā)酵時(shí)間大 大縮短；專利US20110201093A1向發(fā)酵體系中加入碳酸氫鈉可使發(fā)酵過程提前12小時(shí)到達(dá) 終點(diǎn)；專利US20100143993A1及W02010/065595A2采用離子液體作為萃取劑從發(fā)酵體系原 位連續(xù)萃取乙醇以保證酵母活性；文獻(xiàn)（Appl Microbiol Biotechnol，2000(54) :476-486) 報(bào)道了一種雙水相（ATPS)發(fā)酵體系，將PEG6000作為萃取劑與培養(yǎng)基同時(shí)加入培養(yǎng)瓶，發(fā) 酵30分鐘體系即發(fā)生分相，上層為PEG6000/乙醇相，用泵抽出后蒸餾可回收90%乙醇， 而且下層酵母可以反復(fù)利用，該方法適合連續(xù)化生產(chǎn)；文獻(xiàn)（Biomass and Bioenergy39, 2012:48-52)和（Energies2012, 5, 3178-3197)探討了在超高濃度乙醇發(fā)酵（VHG)條件下加 入不同種類的氮源對(duì)終點(diǎn)乙醇濃度的影響，VHG乙醇發(fā)酵技術(shù)作為一種能夠提高乙醇發(fā)酵 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的技術(shù)近年來引起人們廣泛關(guān)注，與低濃度發(fā)酵相比，VHG乙醇發(fā)酵可以明顯提高 設(shè)備的利用率，大大降低發(fā)酵、蒸餾和濃縮干燥等過程中的能量消耗。但在現(xiàn)階段，VHG技 術(shù)還存在一些亟待解決的問題，一方面由于產(chǎn)物抑制和高滲透壓等因素使發(fā)酵時(shí)間延長， 發(fā)酵不完全，細(xì)胞生長速率和成活率降低，另一方面在工業(yè)發(fā)酵過程中物料粘度大造成傳 輸困難，能量消耗增加，關(guān)于發(fā)酵介質(zhì)對(duì)終點(diǎn)乙醇收率及濃度的影響還未見文獻(xiàn)報(bào)到。
[0004] 本發(fā)明介紹一種以表面活性劑-水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)，采用高活性 釀酒酵母，以葡萄糖為原料，在發(fā)酵培養(yǎng)基中采用水溶性非離子型表面活性劑取代部分水 作為發(fā)酵介質(zhì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)存在的問題，提供了一種以表 面活性劑-水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)。
[0006] 本發(fā)明提供了一種以表面活性劑-水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)，以可發(fā)酵 碳水化合物為原料，添加非離子型表面活性劑_水混合物為發(fā)酵介質(zhì)，加入高活性干酵母， 在不添加任何營養(yǎng)成分的條件下進(jìn)行超高濃度乙醇發(fā)酵。
[0007] 本發(fā)明提供的以表面活性劑_水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)，所述可發(fā)酵碳 水化合物為葡萄糖。發(fā)酵體系中，可發(fā)酵碳水化合物濃度為270_500g/L。
[0008] 本發(fā)明提供的以表面活性劑_水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)，所述發(fā)酵體系 中表面活性劑與水的質(zhì)量比為0-2 :3,優(yōu)選1 :4。
[0009] 本發(fā)明提供的以表面活性劑_水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)，所述表面活 性劑為非離子型表面活性劑聚乙二醇（PEG)、聚乙二醇單甲醚（MPEG)、聚乙二醇單甲醚 (DMPEG)、聚二甲基硅氧烷Si-PEG中的至少一種。
[0010] 本發(fā)明提供的以表面活性劑-水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)，所述PEG為 PEG-200, 400, 600, 800, 1000 中的至少一種；
[0011] PEG的結(jié)構(gòu)式為：
[0012]
[0013] MPEG的結(jié)構(gòu)式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種以表面活性劑-水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)，其特征在于：以可發(fā)酵碳 水化合物為原料，添加表面活性劑-水混合物為發(fā)酵介質(zhì)，加入高活性釀酒酵母，在不添加 任何營養(yǎng)成分的條件下進(jìn)行超高濃度乙醇發(fā)酵。
2. 按照權(quán)利要求1所述的以表面活性劑-水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)，其特征 在于：所述可發(fā)酵碳水化合物為葡萄糖。
3. 按照權(quán)利要求1所述的以表面活性劑-水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)，其特征 在于：所述發(fā)酵體系中表面活性劑與水的質(zhì)量比為0-2 :3。
4. 按照權(quán)利要求4所述的以表面活性劑-水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)，其特征 在于：所述發(fā)酵體系中表面活性劑與水的質(zhì)量比為1 :4。
5. 按照權(quán)利要求1所述的以表面活性劑-水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)，其特征 在于：所述表面活性劑為非離子型表面活性劑聚乙二醇（PEG)、聚乙二醇單甲醚（MPEG)、聚 乙二醇單甲醚（DMPEG)、聚二甲基硅氧烷（Si-PEG)中的至少一種。
6. 按照權(quán)利要求5所述的以表面活性劑-水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)，其特征 在于：所述PEG為PEG-200, 400, 600, 800, 1000中的至少一種； PEG的結(jié)構(gòu)式為：
MPEG的結(jié)構(gòu)式為：
DMPEG的結(jié)構(gòu)式為：
Si-PEG的結(jié)構(gòu)式為：
其中，η為1-25 ;M為烷基。
7. 按照權(quán)利要求1或2所述的以表面活性劑-水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)，其 特征在于：發(fā)酵體系中，所述可發(fā)酵碳水化合物濃度為270-500g/L。
8. 按照權(quán)利要求1所述的以表面活性劑-水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)，其特征 在于：發(fā)酵體系中，所述釀酒酵母的接種量為1%_20%。
9. 按照權(quán)利要求8所述的以表面活性劑-水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)，其特征 在于：發(fā)酵體系中，所述釀酒酵母的接種量為7. 6%。
10. 按照權(quán)利要求1所述的以表面活性劑-水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)，其特 征在于：發(fā)酵體系中，所述發(fā)酵條件為：發(fā)酵溫度為28-44°C，發(fā)酵時(shí)間為12-84h，發(fā)酵體系 pH值為3. 0-6. 5,攪拌速度為100-300rpm。
11. 按照權(quán)利要求10所述的以表面活性劑-水為介質(zhì)的超高濃度乙醇發(fā)酵技術(shù)，其特 征在于：發(fā)酵體系中，所述發(fā)酵條件為：發(fā)酵溫度為32-38°C，發(fā)酵時(shí)間為60h，發(fā)酵體系pH 值為4.1，攪拌速度為150rpm。
【文檔編號(hào)】C12R1/865GK104450793SQ201310416058
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】張宗超, 劉秀梅 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所