專利名稱：一種利用嗜鞣管囊酵母發(fā)酵生產(chǎn)纖維素乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用嗜鞣管囊酵母發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的方法。
背景技術(shù)：
乙醇是一種高效、環(huán)保、可再生的燃料及汽油添加劑，大力發(fā)展燃料乙醇，不僅可以有效解決能源日益匱乏的難題，更加可以有效減少環(huán)境污染。我國(guó)傳統(tǒng)的乙醇生產(chǎn)，一般以糧食為原料，不但成本高而且產(chǎn)量也收糧食資源的限制，產(chǎn)量有限，難以滿足需求。近年
來(lái)，開始有人研究以農(nóng)作物秸桿、草、樹皮等農(nóng)林廢棄物為原料，利用微生物技術(shù)將纖維素轉(zhuǎn)化成乙醇。自然界中含有豐富的纖維素類生物質(zhì)，我國(guó)僅農(nóng)作物秸桿年產(chǎn)量就近7億噸，如果利用生物發(fā)酵技術(shù)，將其用來(lái)生產(chǎn)纖維素乙醇，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)林廢棄資源的充分利用，而且減少了對(duì)糧食的消耗，節(jié)約了資源。因此，纖維素乙醇是最具發(fā)展前景的一種生物燃料。目前，要使纖維素乙醇實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，需解決兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，一是提高纖維質(zhì)的水解效率，二是提高微生物對(duì)纖維素的轉(zhuǎn)化率。纖維素和半纖維素經(jīng)水解可生成木糖、葡萄糖、阿拉伯糖等，提高纖維質(zhì)的水解效率，可以有效增加水解液中己糖個(gè)戊糖的含量，從而使更多的糖經(jīng)微生物轉(zhuǎn)化為纖維素乙醇。而微生物能否同時(shí)高效利用水解液中的戊糖和己糖，并將之轉(zhuǎn)化為乙醇，也是利用纖維質(zhì)資源生產(chǎn)乙醇的關(guān)鍵因素。本專利以嗜鞣管囊酵母為出發(fā)菌株，以玉米秸桿酸水解液為原料，對(duì)影響發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的酵母種齡、接種量、初始pH、溶氧、培養(yǎng)溫度、氮源進(jìn)行了研究。I. 一種利用嗜鞣管囊酵母發(fā)酵生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，其特征在于發(fā)酵原料為玉米秸桿的酸水解液，發(fā)酵時(shí)在500 mL三角燒瓶中裝入一定量的發(fā)酵培養(yǎng)基，接入一定量的嗜鞣管囊酵母種子液，分別在一定初始pH、轉(zhuǎn)速及一定培養(yǎng)溫度下發(fā)酵一定的時(shí)間。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于原料玉米秸桿酸水解液的制備方法為將玉米秸桿粉碎至40 60目，用1. 5% 3%的稀硫酸浸泡，固液比1:8，121 °C水解I 2h,冷卻后過濾,取濾液。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于發(fā)酵培養(yǎng)基為添加了一定氮源、金屬離子的玉米秸桿酸水解液。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于種子液的制作方法為將斜面培養(yǎng)的菌落接入種子培養(yǎng)基培養(yǎng)29 32 h，制成種子液。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，種子培養(yǎng)基(g/L):葡萄糖15，木糖5，胰蛋白胨 15，酵母膏 10，MgSO4 0. 3，CaCl2 0. 3，pH5. 5，裝液量 100 mL/500 mL 三角燒瓶，115°C滅菌 20 min。6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于最佳種齡為29 32 h。7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于最佳裝液量為150mL/500mL三角瓶。8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于最佳轉(zhuǎn)速為90 r/min。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于最佳初始pH為5. O。10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于最佳培養(yǎng)溫度為30°C。11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于最佳氮源為酵母膏6 g/L。


圖I種子最佳種齡的確定；
圖2不同培養(yǎng)基初始pH對(duì)乙醇產(chǎn)量的影響；
圖3不同轉(zhuǎn)速及裝液量對(duì)乙醇產(chǎn)量的影響；
圖4不同培養(yǎng)溫度對(duì)乙醇產(chǎn)量的影響；
圖5不同氮源對(duì)乙醇產(chǎn)量的影響。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明，但對(duì)本發(fā)明沒有限制。實(shí)施例I
本實(shí)施案例用來(lái)選擇最佳種齡，種子培養(yǎng)基(g/L):葡萄糖15，木糖5，胰蛋白胨15，酵母膏 10，MgSO4 0. 3，CaCl2 0. 3，pH5. 5，裝液量 100 mL/500 mL 三角燒瓶，115°C滅菌 20 min。將斜面上的嗜鞣管囊酵母菌落接入種子培養(yǎng)基中，繪制酵母培養(yǎng)的生長(zhǎng)曲線如圖I所示。由圖I可知，嗜鞣管囊酵母的延遲期較短，當(dāng)培養(yǎng)至29 32 h時(shí)，酵母菌種處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期末，因此選擇種齡為29 32 h。實(shí)施例2
本實(shí)施案例說明不同培養(yǎng)基初始PH對(duì)乙醇產(chǎn)量的影響，將種子液以5%的接種量接入發(fā)酵培養(yǎng)基中，初始pH分別為3 7，于30°C、100 r/min震蕩培養(yǎng)48 h，培養(yǎng)基裝液量為100 mL/500 mL三角瓶，結(jié)果如圖2所示。pH主要通過影響菌體細(xì)胞膜電荷、膜滲透性以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)離子化程度，從而影響菌體對(duì)養(yǎng)分的吸收。由于搖瓶發(fā)酵過程中的PH難以控制，只能控制發(fā)酵液的初始pH。由圖2可知，當(dāng)培養(yǎng)基初始pH為3. 0 5. 0時(shí)，乙醇的產(chǎn)量處于一個(gè)較高水平，隨著pH的繼續(xù)升高，乙醇產(chǎn)量有明顯下降，初始pH為5. 0時(shí)產(chǎn)量最高，因此選擇pH5. 0作為初始pH。實(shí)施例3
本實(shí)施案例說明溶氧對(duì)乙醇產(chǎn)量的影響，主要是考察不同裝液量及不同轉(zhuǎn)速對(duì)乙醇產(chǎn)量的影響。將種子液以5%的接種量接入發(fā)酵培養(yǎng)基中，初始pH為5. 0，于30°C條件下培養(yǎng)48 h。裝液量分別為90、110、130、150 mL/500 mL三角瓶，轉(zhuǎn)速分別為60、90、120、150 r/min，得到兩因素對(duì)乙醇產(chǎn)量的影響結(jié)果如圖3所示。嗜鞣管囊酵母是一種兼性厭氧菌，溶氧對(duì)菌的生長(zhǎng)及代謝影響較大，由圖3可知，當(dāng)裝液量為90 mL/500 mL三角瓶時(shí)，轉(zhuǎn)速越大，溶氧越大，乙醇的產(chǎn)量反而越低；而當(dāng)裝液量分別為110、130、150 mL/500 mL三角瓶時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，乙醇產(chǎn)量呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)。當(dāng)裝液量為150 mL/500 mL三角瓶、轉(zhuǎn)速為90 r/min時(shí)，乙醇產(chǎn)量最大，為6. 71 g/L,因此150 mL/500 mL三角瓶為最佳裝液量，而90 r/min為最佳轉(zhuǎn)速。實(shí)施例4
本實(shí)施案例說明不同培養(yǎng)溫度對(duì)乙醇產(chǎn)量的影響，將種子液以5%的接種量接入發(fā)酵培養(yǎng)基中，初始pH為5. O，裝液量為150 mL/500 mL三角瓶，轉(zhuǎn)速為90 r/min，分別于25°C、28°C、30°C、32°C、35°C、37°C條件下培養(yǎng)48 h。得到培養(yǎng)溫度對(duì)乙醇產(chǎn)量的影響結(jié)果如圖4所示。嗜鞣管囊酵母在30°C培養(yǎng)時(shí)生長(zhǎng)狀況最好，對(duì)糖的消耗速度也最快。由圖4可知，6個(gè)培養(yǎng)溫度中，30°C時(shí)乙醇的產(chǎn)量也最大，最大值為6. 98 g/L，因此，30°C為發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的最適溫度。實(shí)施例5
本實(shí)施案例說明不同氮源對(duì)乙醇的影響，將種子 液以5%的接種量接入發(fā)酵培養(yǎng)基中，初始PH為5.0，裝液量為150 mL/500 mL三角瓶，轉(zhuǎn)速為90 r/min，分別往培養(yǎng)基中添加濃度為4、6、8、10、12 g/L的硫酸銨、尿素、蛋白胨、酵母膏及牛肉膏，得到不同氮源對(duì)乙醇產(chǎn)量的影響如圖5所示。由圖5可知，隨著尿素濃度的增大，乙醇產(chǎn)量逐漸降低；隨著蛋白胨、牛肉膏、酵母膏濃度的增大，乙醇產(chǎn)量先升后降，最大值時(shí)氮源濃度均為6 g/L;使用蛋白胨、牛肉膏及酵母膏3中有機(jī)氮源時(shí)的乙醇產(chǎn)量明顯高于另外兩種無(wú)機(jī)氮源，使用3種有機(jī)氮源產(chǎn)量差別不大，在使用酵母膏，濃度為6 g/L時(shí)，產(chǎn)量達(dá)到最大，最大值7. 91 g/L，因此確定最佳氮源為酵母膏，濃度為6 g/L。
權(quán)利要求
1.一種利用嗜鞣管囊酵母發(fā)酵生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，其特征在于發(fā)酵原料為玉米秸桿的酸水解液，發(fā)酵時(shí)在500 mL三角燒瓶中裝入一定量的發(fā)酵培養(yǎng)基，接入一定量的嗜鞣管囊酵母種子液，分別在一定初始pH、轉(zhuǎn)速及一定培養(yǎng)溫度下發(fā)酵一定的時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于原料玉米秸桿酸水解液的制備方法為將玉米秸桿粉碎至40 60目，用I. 5% 3%的稀硫酸浸泡，固液比1:8，121°C水解I 2h，冷卻后過濾，取濾液。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于發(fā)酵培養(yǎng)基為添加了一定氮源的玉米秸桿酸水解液。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于種子液的制作方法為將斜面培養(yǎng)的菌落接入種子培養(yǎng)基培養(yǎng)29 32 h，制成種子液。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，種子培養(yǎng)基葡萄糖15g/L，木糖5 g/L,胰蛋白胨 15 g/L，酵母膏 10 g/L,MgSO4 0.3 g/L, CaCl2 0.3 g/L，pH5. 5，裝液量 100 mL/500mL三角燒瓶，115°C滅菌20 min。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于種齡為29 32h。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于轉(zhuǎn)速為90r/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于初始pH為5.O。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于培養(yǎng)溫度為30°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于氮源為酵母膏6g/L。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用嗜鞣管囊酵母發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的方法，本發(fā)明以嗜鞣管囊酵母為出發(fā)菌株，以玉米秸稈酸水解液為原料，對(duì)影響發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的酵母種齡、裝液量、初始pH、溶氧、培養(yǎng)溫度、氮源進(jìn)行了研究。
文檔編號(hào)C12R1/645GK102703519SQ201210212328
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者周雪琴 申請(qǐng)人:太倉(cāng)市周氏化學(xué)品有限公司