專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用粟酒裂殖酵母發(fā)酵菊芋制備乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用粟酒裂殖酵母發(fā)酵菊芋制備乙醇的方法。
背景技術(shù)：
在化工領(lǐng)域中，乙醇(俗稱(chēng)酒精)是一種重要的工業(yè)原料，廣泛應(yīng)用于化工、食品、飲料工業(yè)、軍工、日用化工和醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域，并且乙醇作為一種優(yōu)良的燃料(其燃燒值達(dá)到26900 kj/kg)，可以提高燃油品質(zhì)口]。如今，在發(fā)酵行業(yè)中，主要采用釀酒酵母生物轉(zhuǎn)
化生產(chǎn)乙醇。菊芋，俗名洋姜，原產(chǎn)北美，目前在中國(guó)廣泛種植。菊芋塊莖富含菊粉，占其干質(zhì)量的68%-83 %。菊粉是果糖經(jīng)β- 2，I-糖苷鍵聚合而成的一種果聚糖，呈直鏈結(jié)構(gòu)，末端 常含有一個(gè)葡萄糖基，常用來(lái)生產(chǎn)高果糖漿，也可以用來(lái)生產(chǎn)乙醇。菊芋適應(yīng)性強(qiáng)，耐貧瘠、耐寒、耐旱，特別適合在沙漠、灘涂、鹽堿荒地等非農(nóng)業(yè)耕地種植，且產(chǎn)量高，價(jià)格低廉。作為一種果糖基能源植物，菊芋與小麥、玉米等糧食類(lèi)淀粉質(zhì)原料相比，具有不占耕地、無(wú)需液化等優(yōu)勢(shì)，是我國(guó)非糧燃料乙醇生產(chǎn)及其產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展可選擇的原料之一。以菊芋為原料生產(chǎn)乙醇很早就受到國(guó)內(nèi)外的關(guān)注。20世紀(jì)50年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者先后報(bào)道了各種以菊粉為原料生產(chǎn)乙醇的工藝技術(shù)，包括首先酸解或酶解菊粉生成單糖，再利用釀酒酵母發(fā)酵生成乙醇的分步糖化發(fā)酵工藝(SHF)和利用產(chǎn)菊粉酶的微生物與釀酒酵母進(jìn)行混合培養(yǎng)的同步糖化發(fā)酵工藝(SSF)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種利用粟酒裂殖酵母發(fā)酵菊芋制備乙醇的方法。I. 一種利用粟酒裂殖酵母發(fā)酵菊芋制備乙醇的方法，包括種子培養(yǎng)和發(fā)酵培養(yǎng)兩步驟，其特征在于發(fā)酵時(shí)，每個(gè)三角瓶裝入100 mL、一定濃度的菊粉發(fā)酵液，分別接入乙醇發(fā)酵菌種，接種量5%，在一定溫度下靜止培養(yǎng)。2.步驟I所述的種子液的制備過(guò)程酵母接入種子培養(yǎng)基中，30°C振蕩培養(yǎng)48 h，使細(xì)胞濃度達(dá)到I X 10 8個(gè)/mL以上。3.步驟I所述的發(fā)酵培養(yǎng)基配制方法菊粉(按試驗(yàn)要求配制所需質(zhì)量濃度，g/L)，酵母膏15 g/L，蛋白胨20 g/L，除特別指出外，初始pH值均用稀鹽酸調(diào)節(jié)至不同值，115°C滅菌 35 min。4.步驟2所述的種子培養(yǎng)基配制方法菊粉20 g/L，酵母膏15 g/L，蛋白胨20 g/L, pH 值 4. 6 ;121°C滅菌 20 min。5.步驟I所述的最佳發(fā)酵溫度為32°C。6.步驟2所述的最佳初始pH值為4. 5。7.步驟I所述的最佳菊芋粉濃度為200 g/L。本發(fā)明使用粟酒裂殖酵母進(jìn)行單菌同步糖化發(fā)酵菊芋生產(chǎn)燃料乙醇的試驗(yàn)。本發(fā)明以粟酒裂殖酵母為出發(fā)菌株，以菊粉為原料，并考察了溫度、初始pH值和菊粉質(zhì)量濃度對(duì)乙醇發(fā)酵的影響。


圖I培養(yǎng)溫度對(duì)乙醇發(fā)酵的影響。圖2不同初始pH對(duì)乙醇發(fā)酵的影響。
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(shuō)明，但對(duì)本發(fā)明沒(méi)有限制。本發(fā)明所用的菌株為粟酒裂殖酵母，購(gòu)買(mǎi)于CICC，編號(hào)為CICC20249。實(shí)施例I
本實(shí)施案例說(shuō)明溫度對(duì)乙醇發(fā)酵的影響，溫度分別為24°C、28°C、32°C、36°C和40°C，溫度是微生物生長(zhǎng)的重要環(huán)境條件之一，不但影響粟酒裂殖酵母生長(zhǎng)和繁殖，同時(shí)也影響乙醇發(fā)酵酶系的分泌和活性，所以研究溫度對(duì)粟酒裂殖酵母在乙醇發(fā)酵中的影響，對(duì)提高發(fā)酵生產(chǎn)的效率具有十分重要的意義。由圖I可知，粟酒裂殖酵母最適發(fā)酵溫度為32°C，乙醇質(zhì)量濃度達(dá)74. 23 g/L,28°C和36°C也具有較高的乙醇質(zhì)量濃度，分別為64. 34 g/L和68. 12 g/L，而在24°C和40°C進(jìn)行發(fā)酵時(shí)，乙醇質(zhì)量濃度只有42. 88 g/L和46. 46 g/L。實(shí)施例2
本實(shí)施案例說(shuō)明不同初始PH值對(duì)乙醇發(fā)酵的影響，pH值是影響微生物生長(zhǎng)的另一重要因素，通過(guò)影響酶的活性而影響發(fā)酵。初始PH分別設(shè)置為4. 0，4. 5，5.0，5. 5和6. O。結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，粟酒裂殖酵母最適發(fā)酵初始pH值為4. 5左右，乙醇質(zhì)量濃度達(dá)到74.48 g/L。發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液的pH值比初始時(shí)有不同幅度的下降。高的初始pH值導(dǎo)致發(fā)酵液褐變，同時(shí)溶液變粘稠，流動(dòng)性變差，乙醇產(chǎn)量也隨初始PH值的升高而下降，這可能是由于分解菊粉的酶和發(fā)酵糖產(chǎn)乙醇的酶系受PH值升高而導(dǎo)致酶活下降的緣故。實(shí)施例3
本實(shí)施案例說(shuō)明菊芋粉濃度對(duì)乙醇發(fā)酵的影響，原料質(zhì)量濃度對(duì)乙醇發(fā)酵有重要的影響，乙醇發(fā)酵是典型的產(chǎn)物抑制，在乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到4 %左右時(shí)，就開(kāi)始產(chǎn)生抑制，發(fā)酵速度逐漸降低直至停止，因此原料質(zhì)量濃度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致原料利用不完全。為盡量提高原料的利用率，常常采用較低質(zhì)量濃度的原料進(jìn)行乙醇發(fā)酵，但質(zhì)量濃度的降低會(huì)造成發(fā)酵結(jié)束后發(fā)酵液乙醇含量低，增大了蒸餾的能耗。因此，對(duì)不同質(zhì)量濃度菊粉溶液進(jìn)行了發(fā)酵產(chǎn)乙醇的試驗(yàn),對(duì)比不同質(zhì)量濃度菊粉溶液的乙醇產(chǎn)量和理論轉(zhuǎn)化率，以確定合適的發(fā)酵質(zhì)量濃度。結(jié)果如表I所示。從表I可知，乙醇質(zhì)量濃度隨菊粉質(zhì)量濃度的增加而增加，但理論轉(zhuǎn)化率卻降低，300 g/L和250 g/L菊粉溶液乙醇質(zhì)量濃度達(dá)到92. 27 g/L和84. 86 g/L，而其理論轉(zhuǎn)化率只有68. 29%和74. 89%, 200 g/L菊芋粉溶液發(fā)酵產(chǎn)乙醇其理論轉(zhuǎn)化率達(dá)83. 64%，乙醇質(zhì)量濃度達(dá)到74. 68 g/L，達(dá)到較高轉(zhuǎn)化率；150 g/L菊芋粉溶液發(fā)酵產(chǎn)乙醇雖然理論轉(zhuǎn)化率達(dá)到86. 91%，但乙醇質(zhì)量濃度偏低，只有62. 46 g/L。
權(quán)利要求
1.一種利用粟酒裂殖酵母發(fā)酵菊芋制備乙醇的方法，包括種子培養(yǎng)和發(fā)酵培養(yǎng)兩步驟，其特征在于發(fā)酵時(shí)，每個(gè)三角瓶裝入100 mL、一定濃度的菊粉發(fā)酵液，分別接入乙醇發(fā)酵菌種，接種量5%，在一定溫度下靜止培養(yǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，種子液的制備過(guò)程酵母接入種子培養(yǎng)基中，30°C振蕩培養(yǎng)48 h，使細(xì)胞濃度達(dá)到I X108f/mL以上。
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)基配制方法菊粉按試驗(yàn)要求配制所需質(zhì)量濃度g/L，酵母膏15 g/L，蛋白胨20 g/L，除特別指出外，初始pH值均用稀鹽酸調(diào)節(jié)至不同值，115°C滅菌35 min。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，種子培養(yǎng)基配制方法菊粉20g/L，酵母膏 15 g/L，蛋白胨 20 g/L，pH 值 4.6 ;121°C滅菌 20 min。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，發(fā)酵溫度為32°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，初始pH值為4.5。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，菊芋粉濃度為200g/L。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用粟酒裂殖酵母發(fā)酵菊芋制備乙醇的方法，本發(fā)明以粟酒裂殖酵母為出發(fā)菌株，以菊粉為原料，并考察了溫度、初始pH值和菊粉質(zhì)量濃度對(duì)乙醇發(fā)酵的影響。
文檔編號(hào)C12R1/645GK102807996SQ20121031171
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者石大勇 申請(qǐng)人:太倉(cāng)同濟(jì)化工原料廠