專利名稱：一種利用運動發(fā)酵單胞菌同步糖化發(fā)酵廚余垃圾制取乙醇的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于發(fā)酵技術領域，具體涉及一種利用運動發(fā)酵單胞菌同步糖化發(fā)酵廚余垃圾制取乙醇的方法。
背景技術：
隨著國際上石油資源的日趨緊張及污染減排壓力的不斷增大，以燃料乙醇為代表的清潔能源受到廣泛的關注，其中研究的熱點之一是開發(fā)廉價的乙醇發(fā)酵原料。利用廚余垃圾進行乙醇的生產，具有資源二次利用和降低成本的雙重優(yōu)勢。目前工業(yè)上使用的乙醇發(fā)酵微生物以酵母為主，運動發(fā)酵單胞菌由于其產乙醇速率快、耐酸耐乙醇、易進行基因改 造等特點，被用于淀粉和葡萄糖發(fā)酵產乙醇的研究，但是利用廚余垃圾產乙醇尚未見報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種利用運動發(fā)酵單胞菌同步糖化發(fā)酵廚余垃圾制取乙醇的方法，本發(fā)明以運動發(fā)酵單胞菌為出發(fā)菌株，以廚余垃圾為發(fā)酵原料，發(fā)酵生產乙醇的新工藝。I. 一種利用運動發(fā)酵單胞菌同步糖化發(fā)酵廚余垃圾制取乙醇的方法，，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，接入10%種子培養(yǎng)液于發(fā)酵培養(yǎng)基，在發(fā)酵培養(yǎng)基中加入一定量的糖化酶，在一定溫度下發(fā)酵一定時間，初始pH值7。2.步驟I所述的種子培養(yǎng)基為葡萄糖10%，酵母膏1%。磷酸二氫鉀O. 1%，硫酸鎂O. 1%，硫酸銨 O. 1%，pH 值 7，水 1000 ml。3.步驟I所述的發(fā)酵培養(yǎng)基稱取100 g廚余垃圾，加如適當體積水調配含水率為82. 78%，裝入250ml三角瓶，121°C滅菌15 min待用。4.步驟I所述的最佳固液比I :0. 5。5.步驟I所述的最佳發(fā)酵溫度為37°C。6.步驟I所述的最佳糖化酶添加量為120 U/g07.步驟I所述的最佳發(fā)酵時間為50 h。為了克服傳統(tǒng)發(fā)酵先糖化再發(fā)酵的缺點，本發(fā)明采用同步糖化發(fā)酵工藝，利用運動發(fā)酵單胞菌發(fā)酵廚余垃圾生產乙醇，在加酶對底物進行糖化作用的同時投加產乙醇的菌種，使糖化和發(fā)酵同時進行。由于酶水解底物生成的葡萄糖可以很快被微生物轉化為乙醇，所以能在很大程度上解除葡萄糖的不斷產生對酶的反饋抑制作用，同時降低基質濃度，起到了類似補料分批發(fā)酵的作用，有利于菌體生長。同時，本發(fā)明通過加入酶制劑來提高垃圾中淀粉等大分子有機物的降解效率，探討應用細菌和酶制劑同步糖化發(fā)酵廚余垃圾生產乙醇的工藝條件為廚余垃圾處理尋找新的資源化途徑。


圖I糖化酶添加量對乙醇發(fā)酵的影響。
圖2不同固液比對乙醇發(fā)酵的影響。圖3不同溫度比對乙醇發(fā)酵的影響。圖4不同發(fā)酵時間比對乙醇發(fā)酵的影響。
具體實施例方式下面的實施例對本發(fā)明作詳細說明，但對本發(fā)明沒有限制。本發(fā)明所用的菌株為運動發(fā)酵單胞菌{Zymomonas mobilis 10225),由中國工業(yè)微生物菌種保藏中心保藏。實施例I
本實施案例說明不同糖化酶添加量對乙醇發(fā)酵的影響，糖化酶可以將淀粉類物質有效地轉化為微生物可利用的糖。本發(fā)明所用糖化酶最適宜的糖化條件是PH 4-6，溫度40-50°C。而乙醇發(fā)酵最適宜溫度為37°C。雖然兩者的適宜溫度不同。但在37°C下進行同步糖化發(fā)酵。糖化促進乙醇發(fā)酵的效果已非常明顯(圖I)。不添加糖化酶時，乙醇濃度僅
16g/Ι，而添加120 U/g糖化酶時，乙醇濃度增加到52 g/L·說明在48h的同步糖化發(fā)酵中，糖化酶的作用已得以充分發(fā)揮。實施例2
本實施案例說明不同固液比對乙醇產量的影響，為探討不同固液比對乙醇產量的影響，添加不同量水進行乙醇發(fā)酵，結果如圖2所示。外加液體可以調節(jié)底物的含水率，如果外加液體過少，相當于增加了底物的濃度，提高了滲透壓，會刺激副產物的生長，從而影響乙醇的發(fā)酵。此外，乙醇發(fā)酵是產物抑制型發(fā)酵，乙醇濃度達到4%就會產生一定的抑制，其生產的速率會減弱甚至停止。增大液體的用量，會使乙醇發(fā)酵液中的濃度降低，可以減弱產物抑制作用，但是會增加蒸餾的能耗，并 產生大量的乙醇廢液，增加環(huán)境的壓力，因此在乙醇發(fā)酵過程中選擇適當?shù)墓桃罕仁种匾?。由圖2可見，固液比為I :0. 5和I :0.75時，乙醇濃度較高，但是為減少蒸餾的能耗，選擇I :0. 5為最佳固液比。實施例3
本實施案例說明不同發(fā)酵溫度對乙醇產量的影響，為探討不同發(fā)酵溫度對乙醇產量的影響，使用不同發(fā)酵溫度進行乙醇發(fā)酵，結果如圖3所示。發(fā)酵溫度37°C左右，乙醇濃度較高，還原糖的濃度也達到最低，證明37°C是乙醇發(fā)酵的最佳溫度。在40°C時還原糖的濃度也比較低，但乙醇濃度并不理想，有可能在較高的溫度下，細菌生長旺盛，迅速利用了底物，細菌生長量達到較高的濃度，但由于底物有限，微生物量又較大，造成細菌之間的競爭，因此較高的溫度并沒有體現(xiàn)出較好的乙醇產量。本試驗確定37 °C為最佳溫度。實施例4
本實施案例說明不同發(fā)酵時間對乙醇產量的影響，為探討不同發(fā)酵時間對乙醇產量的影響，使用不同發(fā)酵時間進行乙醇發(fā)酵，結果如圖4所示。由圖4可見，發(fā)酵10 h以后，乙醇濃度增加顯著，至50 h達到最高。發(fā)酵時間過短，糖化酶分解的還原糖過少.影響乙醇的產率；發(fā)酵時間過長,則增加了生產成本。本研究采用50 h作為發(fā)酵的最佳條件。
權利要求
1.ー種利用運動發(fā)酵單胞菌同步糖化發(fā)酵廚余垃圾制取こ醇的方法，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，接入10%種子培養(yǎng)液于發(fā)酵培養(yǎng)基,在發(fā)酵培養(yǎng)基中加入一定量的糖化酶，在一定溫度下發(fā)酵一定時間，初始pH值7。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，種子培養(yǎng)基為葡萄糖10%，酵母膏1%，磷酸ニ氫鉀0. 1%，硫酸鎂0. 1%，硫酸銨0. 1%，pH值7，水1000 ml。
3.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，發(fā)酵培養(yǎng)基稱取100g廚余垃圾，加如適當體積水調配含水率為82. 78%，裝入250 mL三角瓶，121°C滅菌15 min待用。
4.根據權利要求I所述的方法，其特征在干，固液比I:0. 5。
5.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，發(fā)酵溫度為37°C。
6.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，糖化酶添加量為120U/g。
7.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，發(fā)酵時間為50h。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用運動發(fā)酵單胞菌同步糖化發(fā)酵廚余垃圾制取乙醇的方法，本發(fā)明以運動發(fā)酵單胞菌為出發(fā)菌株，以廚余垃圾為發(fā)酵原料，發(fā)酵生產乙醇的新工藝。
文檔編號C12P7/08GK102776241SQ20121031182
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權日2012年8月29日
發(fā)明者石大勇 申請人:太倉同濟化工原料廠