專利名稱：一株釀酒酵母sc1230及其在生產(chǎn)乙醇中的應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一株釀酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)及其在生 產(chǎn)乙醇中的應用，屬于生物工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國纖維素粉渣資源豐富，以馬鈴薯為代表，其種植面積達500萬公頃，年總產(chǎn)量 近8000萬噸，每年有5000多萬噸的馬鈴薯用于生產(chǎn)淀粉，然而產(chǎn)生的含有大量粗纖維物質(zhì) 的粉渣至今沒有得到充分的利用，造成纖維素資源大量浪費。隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展， 煤、石油和天然氣等非可再生能源愈加短缺，同時帶來的環(huán)境問題日益突出，大規(guī)模開發(fā)綠 色環(huán)保的可再生資源變得更加緊迫?？稍偕茉催M入能源市場，已成為世界各國能源戰(zhàn)略 的重要組成部分。因此，以具有豐富來源的纖維素粉渣為原料生產(chǎn)酒精具有很大的開發(fā)前景。目前以玉米為原料生物轉(zhuǎn)化燃料乙醇的技術(shù)已較為成熟，但其原料成本高達總成 本的70 80%，并且我國是人口大國，糧食短缺一直是制約我國發(fā)展的重要因素，故以玉 米為原料進行酒精生產(chǎn)不符合我國國情與社會發(fā)展的要求。利用纖維素原料大規(guī)模生產(chǎn)燃 料乙醇的主要障礙為(1)纖維素糖化率低，處理成本過高并造成環(huán)境污染。( 缺乏經(jīng)濟 可行的五碳糖發(fā)酵技術(shù)。中國專利CN1010M848A(申請?zhí)?00710010720.6)公開了一種 用甜高粱秸稈制取乙醇的方法，有如下步驟(1)取甜高粱秸稈，去掉甜高粱秸稈的穗和根 切成10 20毫米的段；(2)把秸稈段放入發(fā)酵罐加水，調(diào)節(jié)糖度、溫度和pH值，得到液體 物料；(3)在液體物料內(nèi)加入酒精酵母，攪拌均勻，得到接種液體物料；(4)把接種液體物料 在溫度觀 32°C下發(fā)酵52 72個小時，得到發(fā)酵醪；(5)把發(fā)酵醪在蒸餾塔里蒸餾，得到 體積濃度95%以上的乙醇。該專利采用把甜高粱切碎的方法制取發(fā)酵液，其原料預處理效 果差、纖維素糖化率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一株釀酒酵母SC1230及其在生產(chǎn)乙醇中的應用。一株釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) SC1230，2010 年 8 月 31 日在中國微 生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心保藏，保藏地址北京市朝陽區(qū)北辰西路1號院3 號中國科學院微生物研究所，保藏號為CGMCC No. 41沈。釀酒酵母SC1230菌株，是從堆積在自然環(huán)境中的粉渣中篩選分離純化出來的，具 有生長繁殖快、戊糖與己糖降解速率高、對環(huán)境耐受力強等特點，是一株以纖維素粉渣為原 料生產(chǎn)乙醇的釀酒酵母菌株。該菌株的生物學特征個體形態(tài)呈長圓形，細胞大小為1. 2 3. 5X4. 6 7. 5微米，繁殖的方法為出芽生殖；菌落濕潤，乳白色，較透明，表面光滑，容易 挑起，菌落質(zhì)地均勻，正面與反面以及邊緣與中央部位的顏色一致；其細胞有兩種生活形 態(tài)，分別為單倍體和二倍體。
上述釀酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)在利用纖維素粉S生 產(chǎn)乙醇中的應用。上述應用，步驟如下(1)對纖維素粉渣進行預處理，水解纖維素后，得到含木糖的濾液和濾渣；(2)向步驟⑴制得的含木糖的濾液中接種活化后的嗜鞣管囊酵母 (Pachysolentarmophilus)，進行液態(tài)發(fā)酵，得液態(tài)發(fā)酵醪液；(3)向步驟(1)制得的濾渣中接種活化后的釀酒酵母SC1230，進行固態(tài)發(fā)酵，得固 態(tài)酒醅；(4)將步驟( 制得的液態(tài)發(fā)酵醪液和步驟( 制得的固態(tài)酒醅分別蒸餾，混合， 再經(jīng)精餾后，得到高濃度酒精。所述步驟(1)中的纖維素粉渣來源廣泛，包括各種含纖維素的植物秸稈與作物加 工后的廢渣。所述步驟(1)中的預處理，步驟如下粉碎纖維素粉渣至粒徑不大于1.0mm，按重量比1 1 3與80 100°C水混合 浸泡0. 5 1.釙后，在1. 2 1. 6MPa、180 195°C的條件下，通入氧氣，持氣量為200 500mg/m3,同時，每隔4 9s采用高壓蒸汽爆破法爆破一次，共爆破3 6次；所述步驟(1)中水解纖維素，步驟如下將經(jīng)預處理后的物料冷卻至30 45°C，添加物料重量0. 1 5. 0%的纖維素酶， 水解30 50min后，過濾得含木糖的濾液和濾渣。優(yōu)選的，纖維素酶酶活為40000U。所述步驟O)中接種活化后的嗜鞣管囊酵母，步驟如下調(diào)節(jié)含木糖的濾液的pH至4. 5 5. 0，添加微生物營養(yǎng)液，使含木糖的濾液中木糖 含量30 60g/L、硫酸銨含量2. 5 5. Og/L、磷酸二氫鉀含量0. 5 1. 5g/L、硫酸鎂含量 0. 3 1. Og/L ；按每升含木糖的濾液接入1 X IO8 5X IO8個活化后的嗜鞣管囊酵母。所述 活化后的嗜鞣管囊酵母是指處于對數(shù)生長期的嗜鞣管囊酵母，其活化方法可按本領(lǐng)域常規(guī) 管囊酵母的慣用活化方法操作。所述步驟O)中的液態(tài)發(fā)酵，條件為發(fā)酵溫度30 37°C，發(fā)酵時間4 5天。所述步驟(3)中接種活化后的釀酒酵母SC1230，步驟如下向濾渣中加1 1. 5倍重量的水，按10U/g濾渣的量分別加入纖維素酶、木聚糖 酶與β -葡聚糖酶，30 45°C酶解1 2h，然后按每千克濾渣接入5 X IO7 5 X IO9個活 化后的釀酒酵母SC1230。所述活化后的釀酒酵母SC1230是指處于對數(shù)生長期的釀酒酵母 SC1230，其活化方法可按本領(lǐng)域常規(guī)釀酒酵母的慣用活化方法操作。所述步驟(3)中的固態(tài)發(fā)酵，條件為發(fā)酵溫度15 35°C，靜止發(fā)酵5 10天。所述步驟(4)中的液態(tài)蒸餾溫度為95 112°C ；固態(tài)蒸餾溫度為95 100°C ； 精餾溫度為93 108°C，制得95 96% ν/ν的高濃度酒精。上述操作方法及工藝條件如無特別說明，均采用本領(lǐng)域常用操作方法及工藝條 件。有益效果(1)本發(fā)明所述的釀酒酵母 SC1230 (Saccharomyces cerevisiae SC1230)具有生 長繁殖快、戊糖與己糖降解速率高、對環(huán)境耐受力強等特點，是一株以纖維素粉渣為原料生產(chǎn)酒精的釀酒酵母菌株。(2)本發(fā)明采用纖維素粉渣做為主要原料，原料來源廣泛，包括各種含纖維素的植 物秸稈與作物加工后的廢渣，不僅大大節(jié)約了生產(chǎn)酒精的成本，克服了傳統(tǒng)酒精發(fā)酵需要 以糧食為原料的弊端，而且回收利用了農(nóng)副產(chǎn)品廢棄物，減小了對的環(huán)境污染。(3)本發(fā)明采用了濕氧化法與高壓蒸汽爆破法相結(jié)合來處理纖維素粉渣，大大提 高了纖維素的降解率，為下一步嗜鞣管囊酵母和釀酒酵母SC1230提供了良好的發(fā)酵環(huán)境。


圖1是本發(fā)明利用纖維素粉渣生產(chǎn)酒精的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步闡述，但本發(fā)明所保護范圍不限于此。實施例中的嗜鞣管囊酵母購自濟南瑞豐生物工程有限公司，纖維素酶(酶活為 40000U)、木聚糖酶與β -葡聚糖酶購自Sigma公司。實施例1一株釀酒酵母 SC1230 (Saccharomyces cerevisiae SC1230)，2010 年 8 月 31 日在 中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心保藏，保藏號為CGMCC No. 41沈。釀酒酵母SC1230菌株，是從堆積在自然環(huán)境中的粉渣中篩選分離純化出來的，具 有生長繁殖快、戊糖與己糖降解速率高、對環(huán)境耐受力強等特點，是一株以纖維素粉渣為原 料生產(chǎn)酒精的釀酒酵母菌株。該菌株的生物學特征個體形態(tài)呈長圓形，細胞大小為1. 5 3. 5X4. 5 7. 5微米，繁殖的方法為出芽生殖；酵母菌落濕潤，乳白色，較透明，表面光滑， 容易挑起，菌落質(zhì)地均勻，正面與反面以及邊緣與中央部位的顏色一致。其細胞有兩種生活 形態(tài)，分別為單倍體和二倍體。實施例2上述釀酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)在利用纖維素粉S生 產(chǎn)乙醇中的應用，步驟如下(1)原料預處理取50kg干燥潔凈的馬鈴薯粉渣和綠豆粉渣(將馬鈴薯和綠豆粉碎干燥后制得，含 水率7.3%)，用細碎機(直徑為1.0mm篩孔)將顆粒度不同的馬鈴薯粉渣和綠豆粉渣磨成 直徑均一的粉末；將水與馬鈴薯和綠豆粉渣按1 1混合，100°C水浸處理lh，通入氧氣，持 氣量為400mg/m3，在1. 2MPa, 180°C條件下每隔k采用高壓蒸汽爆破法爆破一次，共爆破3 次；然后將物料降溫至30°C，添加0. 纖維素酶水解50min，過濾處理；向含木糖的濾液中 流加微生物營養(yǎng)液，使含木糖的濾液中木糖含量30g/L、硫酸銨含量2. 5g/L、磷酸二氫鉀含 量0. 5g/L、硫酸鎂含量0. 3g/L，同時調(diào)節(jié)pH為5. 0。(2)液態(tài)發(fā)酵與固態(tài)發(fā)酵在液態(tài)發(fā)酵過程中，向以含木糖的濾液中接入能分解戊糖產(chǎn)酒精的嗜鞣管囊酵母 (Pachysolen tannophilus)菌液，使每升該菌液中含有處于對數(shù)生長期的活嗜鞣管囊酵母 2 X IO8個，34°C，靜止發(fā)酵4天，得液態(tài)發(fā)酵醪液。在固態(tài)發(fā)酵過程中，向濾渣中加相同重量 的水，按10U/g濾渣分別加入纖維素酶、木聚糖酶與β -葡聚糖酶，35°C酶解Ih ；接入已經(jīng)活化的釀酒酵母SC1230菌液，使每升該菌液中含有處于對數(shù)生長期的釀酒酵母SC1230數(shù) 為8X107個，25°C，靜止發(fā)酵10天，得固態(tài)酒醅。(3)酒精蒸餾及精餾液態(tài)發(fā)酵醪液中的酒精濃度為12%，將液態(tài)發(fā)酵醪液打入粗餾塔進行蒸餾，蒸餾 溫度為95 112°C，得到68% ν/ν的酒精。固態(tài)酒醅中酒精含量為7%，固態(tài)蒸餾后得到 51% ν/ν的酒精，蒸餾溫度為95 100°C。將液態(tài)蒸餾與固態(tài)蒸餾出的酒液泵入精餾塔進 行精餾，精餾溫度為93 108°C，得到95% ν/ν的高濃度酒精。經(jīng)實際生產(chǎn)計算，每噸纖維素粉渣可生產(chǎn)95% ν/ν的高濃度酒精0. 135噸。實施例3上述釀酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)在利用纖維素粉S生 產(chǎn)酒精中的應用，步驟如下(1)原料預處理取50kg干燥潔凈的玉米秸稈和紅薯粉渣(將玉米秸稈和紅薯粉碎干燥后制得，含 水率8. 2% )，用細碎機(直徑為1. Omm篩孔)將顆粒度不同的玉米秸稈和紅薯粉渣磨成直 徑均一的粉末；將水與玉米秸稈和紅薯粉渣按1 2混合，90°C水浸處理lh，通入氧氣，持 氣量為300mg/m3，在1. 4MPa, 190°C條件下每隔7s采用高壓蒸汽爆破法爆破一次，共爆破5 次；然后，將物料降溫至40°C，添加3. 0%纖維素酶水解30min，過濾處理；向含木糖的濾液 中流加微生物營養(yǎng)液，使含木糖的濾液中木糖含量45g/L、硫酸銨含量3. 5g/L、磷酸二氫鉀 含量1. Og/L、硫酸鎂含量0. 8g/L，同時調(diào)節(jié)pH4. 5。(2)液態(tài)發(fā)酵與固態(tài)發(fā)酵在液態(tài)發(fā)酵過程中，向以含木糖的濾液中接入能分解戊糖產(chǎn)酒精的嗜鞣管囊酵母 (Pachysolen tannophilus)菌液，使每升該菌液中含有處于對數(shù)生長期的活嗜鞣管囊酵母 3 X IO8個，300C，靜止發(fā)酵4. 5天，得液態(tài)發(fā)酵醪液。在固態(tài)發(fā)酵過程中，向濾渣中加1. 2倍 重量的水，按10U/g干物質(zhì)分別加入纖維素酶、木聚糖酶與β -葡聚糖酶，40°C酶解1. 5h ； 接入已經(jīng)活化的釀酒酵母SC1230菌液，使每升該菌液中含有處于對數(shù)生長期的釀酒酵母 SC1230數(shù)為5 X IO8個，300C，靜止發(fā)酵7天，得固態(tài)酒醅。(3)酒精蒸餾及精餾液態(tài)發(fā)酵醪液中的酒精濃度為11%，將液態(tài)發(fā)酵醪液打入粗餾塔進行蒸餾，蒸餾 溫度為95 112°C，得到66% ν/ν的酒精。固態(tài)酒醅中酒精含量為8%，固態(tài)蒸餾后得到 53% ν/ν的酒精，蒸餾溫度為95 100°C。將液態(tài)蒸餾與固態(tài)蒸餾出的酒液泵入精餾塔進 行精餾，精餾溫度為93 108°C，得到96% ν/ν的高濃度酒精。經(jīng)實際生產(chǎn)計算，每噸纖維素粉渣可生產(chǎn)96% ν/ν的高濃度酒精0. 141噸。實施例4(1)原料預處理取50kg干燥潔凈的馬鈴薯粉渣和紅薯粉渣(將馬鈴薯和紅薯粉碎干燥后制得，含 水率6.8%)，用細碎機(直徑為1.0mm篩孔)將顆粒度不同的馬鈴薯粉渣和紅薯粉渣磨成 直徑均一的粉末；將水與馬鈴薯和紅薯粉渣按1 3混合，80°C水浸處理lh，通入氧氣，持 氣量為500mg/m3，在1. 6MPa, 195°C條件下每隔9s采用高壓蒸汽爆破法爆破一次，爆破6次； 然后，將物料降溫至45°C，添加5. 0%纖維素酶水解40min，過濾處理；向含木糖的濾液中流加適量微生物營養(yǎng)液，使含木糖的濾液中木糖含量60g/L、硫酸銨含量5. Og/L、磷酸二氫鉀 含量1. 5g/L、硫酸鎂含量1. Og/L,同時調(diào)節(jié)pH 4. 8。(2)液態(tài)發(fā)酵與固態(tài)發(fā)酵在液態(tài)發(fā)酵過程中，向以含木糖的濾液中接入能分解戊糖產(chǎn)酒精的嗜鞣管囊酵母 (Pachysolen tannophilus)菌液，使每升該菌液中含有處于對數(shù)生長期的活嗜鞣管囊酵母 5 X IO8個，370C，靜止發(fā)酵5天，得液態(tài)發(fā)酵醪液。在固態(tài)發(fā)酵過程中，向濾渣中加1. 1倍重 量的水，按ιου/g干物質(zhì)分別加入纖維素酶、木聚糖酶與β-葡聚糖酶，45°C酶解；接入 已活化的釀酒酵母SC1230菌液，使每升該菌液中含有處于對數(shù)生長期的釀酒酵母SC1230 數(shù)為3 X IO9個，350C，靜止發(fā)酵5天，得固態(tài)酒醅。(3)酒精蒸餾及精餾液態(tài)發(fā)酵醪液中的酒精濃度為10%，將發(fā)酵醪液打入粗餾塔進行蒸餾，蒸餾溫度 為95 112°C，得到64% ν/ν的酒精。固態(tài)酒醅中酒精含量為9%，固態(tài)蒸餾后得到55% ν/ν的酒精，蒸餾溫度為95 100°C。將液態(tài)蒸餾與固態(tài)蒸餾出的酒液泵入精餾塔進行精 餾，精餾溫度為93 108°C，得到96% ν/ν的高濃度酒精。經(jīng)實際生產(chǎn)計算，每噸纖維素粉渣可生產(chǎn)96% ν/ν的高濃度酒精0. 144噸。
權(quán)利要求
1.一株釀酒酵母 SC1230 (Saccharomyces cerevisiae SC1230)，2010 年 8 月 31 日在中 國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心保藏，保藏號為CGMCC No. 41沈。
2.權(quán)利要求1所述的釀酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)在利用纖 維素粉渣生產(chǎn)乙醇中的應用。
3.如權(quán)利要求2所述的應用，其特征在于，步驟如下(1)對纖維素粉渣進行預處理，水解纖維素后，得到含木糖的濾液和濾渣；(2)向步驟(1)制得的含木糖的濾液中接種活化后的嗜鞣管囊酵母 (Pachysolentarmophilus)，進行液態(tài)發(fā)酵，得液態(tài)發(fā)酵醪液；(3)向步驟(1)制得的濾渣中接種活化后的釀酒酵母SC1230，進行固態(tài)發(fā)酵，得固態(tài)酒醅；(4)將步驟( 制得的液態(tài)發(fā)酵醪液和步驟C3)制得的固態(tài)酒醅分別蒸餾，混合，再經(jīng) 精餾后，得到高濃度酒精。
4.如權(quán)利要求3所述的應用，其特征在于，步驟(1)中的預處理，步驟如下粉碎纖維素粉渣至粒徑不大于1. Omm,按重量比1 1 3與80 100°C水混合浸泡0.5 1.釙后，在1. 2 1. 6MPa、180 195°C的條件下，通入氧氣，持氣量為200 500mg/ m3，同時，每隔4 9s采用高壓蒸汽爆破法爆破一次，共爆破3 6次。
5.如權(quán)利要求3所述的應用，其特征在于，所述步驟(1)中水解纖維素，步驟如下 將經(jīng)預處理后的物料冷卻至30 45°C，添加物料重量0. 1 5. 0%的纖維素酶，水解30 50min后，過濾得含木糖的濾液和濾渣。優(yōu)選的，纖維素酶酶活為40000U。
6.如權(quán)利要求3所述的應用，其特征在于，所述步驟O)中接種活化后的嗜鞣管囊酵 母，步驟如下調(diào)節(jié)含木糖的濾液的PH至4. 5 5. 0，添加微生物營養(yǎng)液，使含木糖的濾液中木糖含量 30 60g/L、硫酸銨含量2. 5 5. Og/L、磷酸二氫鉀含量0. 5 1. 5g/L、硫酸鎂含量0. 3 1.Og/L ；按每升含木糖的濾液接入1 X IO8 5X IO8個活化后的嗜鞣管囊酵母。
7.如權(quán)利要求3所述的應用，其特征在于，所述步驟O)中的液態(tài)發(fā)酵，條件為發(fā)酵 溫度30 37°C，發(fā)酵時間4 5天。
8.如權(quán)利要求3所述的應用，其特征在于，所述步驟(3)中接種活化后的釀酒酵母 SC1230，步驟如下向濾渣中加1 1.5倍重量的水，按10U/g濾渣的量分別加入纖維素酶、木聚糖酶與 β -葡聚糖酶，30 45°C酶解1 池，然后按每千克濾渣接入5X IO7 5X IO9個活化后的 釀酒酵母SC1230。
9.如權(quán)利要求3所述的應用，其特征在于，所述步驟(3)中的固態(tài)發(fā)酵，條件為發(fā)酵 溫度15 ;35°C，靜止發(fā)酵5 10天。
10.如權(quán)利要求3所述的應用，其特征在于，所述步驟(4)中的液態(tài)蒸餾溫度為95 112°C;固態(tài)蒸餾溫度為95 100°C;精餾溫度為93 108°C，制得95 96% ν/ν的高濃 度酒精。
全文摘要
本發(fā)明涉及一株釀酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)及其在生產(chǎn)乙醇中的應用，屬于生物工程技術(shù)領(lǐng)域。該釀酒酵母SC1230，2010年8月31日在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心保藏，保藏號為CGMCC No.4126。本發(fā)明還保護上述釀酒酵母SC1230在利用纖維素粉渣生產(chǎn)乙醇中的應用。本發(fā)明所述的釀酒酵母SC1230具有生長繁殖快、戊糖與己糖降解速率高、對環(huán)境耐受力強等特點，是一株以纖維素粉渣為原料生產(chǎn)酒精的釀酒酵母菌株。
文檔編號C12R1/865GK102093961SQ20101058580
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者司振軍, 李敬愛, 李敬龍, 楊捷, 王超萍, 邱怡筠 申請人:山東輕工業(yè)學院