利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法

2023-07-07 10:56:21 1

專利名稱：利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法
技術領域：
本發明涉及一種生產纖維素酒精的方法，尤其涉及一種利用玉米芯加工殘渣——木糖渣、木糖醇渣、康醛渣發酵生產纖維素酶液，進而酶解木糖渣、木糖醇渣或康醛渣生產酒精的方法，屬於微生物發酵生產領域。
背景技術：
目前發酵法生產酒精主要以穀物、薯類和糖蜜為原料，其生產工藝複雜，成本高，存在與人爭糧爭地的問題。從開闢新的能源和治理環境汙染考慮，以廢棄纖維素類資源生產酒精的研究日益受到人們的重視。儘管以廢棄纖維素類資源的利用有所報導，但是，利用玉米芯加工殘渣——木糖渣、木糖醇渣、康醛渣液體深層發酵生產纖維素酶液，進而酶解木糖渣、木糖醇渣或康醛渣生產酒精的方法，經檢索，目前還未見報導。

發明內容
針對現有技術的不足，本發明要解決的問題是採用現代生物技術，利用工業廢棄纖維物質，特別是玉米芯加工殘渣——木糖渣、木糖醇渣、康醛渣通過液體深層發酵生產高活性纖維素酶液，進而利用纖維素酶液酶解木糖渣、木糖醇渣、康醛渣等玉米芯加工殘渣生產酒精的方法。
本發明所述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法，由如下步驟組成(1)菌種選擇選用纖維素酶產生菌擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液體發酵菌種製備用步驟(1)所述的菌株，在無菌條件下，經試管斜面、搖瓶、一級種子罐、二級種子罐逐級放大培養，製得菌數達OD值1.0～1.2×10/ml的液體發酵菌種；其中所述斜面培養基成分以重量百分比計為10％的麩皮水加2％的瓊脂粉；所述搖瓶、一級種子罐、二級種子罐使用的培養基是菌種增殖培養基，其成分及製備是將木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣、麩皮、蛋白腖、硫酸銨、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，pH自然；所述搖瓶培養條件是溫度28℃-33℃，搖床轉速150-180r/min，培養時間30-60小時；一級種子罐，二級種子罐培養條件是溫度28℃-33℃，罐壓0.5Kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.8-1.0，攪拌轉速100-150r/min，好氧培養30-60小時；(3)纖維素粗酶液製備使用產酶培養基，以裝料係數70-80％的量裝入發酵罐內，再以裝料量的重量百分比計，加入10％步驟(2)所述的液體發酵菌種，以培養溫度28℃-33℃，罐壓0.6～1kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.8～1.0，攪拌轉速100～150r/min的條件，好氧發酵80-136小時，製得高活性纖維素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；其中所述產酶培養基，其成分及製備方法是將木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣∶麩皮∶水以2-5∶2-5∶100的比例配合；再以重量百分比計，補加微晶纖維0.4-0.8％，硫酸銨0.2-0.5％，KH2PO40.2-0.4％，MgSO40.04-0.06％，pH 5.0-6.0；(4)厭氧同步糖化發酵生產酒精取步驟(3)製得的粗酶液與玉米芯加工殘渣—木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣以酶量10FPU/g幹渣的比例在酒精發酵罐中混合，再加入總液重量10％的酒精酵母，厭氧同步糖化發酵，發酵溫度為28℃-35℃，pH值為4-5；發酵12-48小時時，根據發酵醪酒精濃度，再補入或分批補入上述木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣總乾重比例40％～60％的木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣；以使在發酵時間至60-72小時時的發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上，發酵完成；其中所述酒精酵母是細胞數達1億/ml、出芽率15-30％的酵母醪液；(5)酒精純化對步驟(4)製得的發酵後的酒精醪液進行蒸餾，即得酒精。
在上述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法中步驟(3)所述的木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣∶麩皮∶水的重量比優選是3∶3∶100。
在上述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法中步驟(3)所述的微晶纖維優選是0.5-0.7％，硫酸銨優選是0.3-0.4％，KH2PO4優選是0.3-0.4％，MgSO4優選是0.05-0.06％，pH優選5.4-5.8。
在上述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法中步驟(2)或步驟(3)所述的培養溫度優選是30℃-33℃。
在上述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法中步驟(2)或(3)所述的通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計優選為1∶0.9。
在上述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法中步驟(3)所述的好氧發酵時間優選是100-136小時。
在上述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法中步驟(4)所述的發酵溫度優選為30℃-33℃，pH值優選為4.3～4.8。
其中步驟(4)所述的發酵溫度最優選為30℃-32℃，pH值最優選為4.5～4.6。
在上述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法中步驟(2)、(3)或(4)所述的混合渣是指木糖渣與木糖醇渣或康醛渣或其三者以任意重量比例配合的混合物。
在上述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法中步驟(4)所述的根據發酵醪酒精濃度是指酒精濃度在體積百分比8％以下時；所述補料量依據發酵醪酒精濃度確定，所述發酵醪酒精濃度越低，補料次數和補料量越多，通常的補料次數為1～2次。
在上述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法中步驟(4)所述的發酵完成的指標是發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上。
利用本發明所述的方法可以成功地利用工業廢棄纖維物質，特別是玉米芯加工殘渣——木糖渣、木糖醇渣、康醛渣通過液體深層發酵生產高活性纖維素酶液，進而酶解所述木糖渣、木糖醇渣、康醛渣等殘渣製得酒精；製得酒精原料出酒率達20％以上，生產成本低於糧食酒精，發酵後的廢渣可作燃料，實現了將工業廢渣變廢為寶，同時還解決了環境汙染問題，具有極大的推廣應用價值。
本發明所述的方法具有以下特點1、纖維素酶的生產和酒精生產所使用的原料是工業廢纖維物質---木糖渣、木糖醇渣或康醛渣，在目前玉米芯加工生產木糖、木糖醇、低聚木糖、糠醛等系列產品已經成熟推廣應用的基礎上，玉米芯加工殘渣——木糖渣、木糖醇渣、康醛渣易於集中和收集，並且，玉米芯及其加工殘渣經過前一產品工序加工處理過，更有利於微生物的分解利用，可誘導大量纖維素酶合成，減少了原料預處理工序，降低了生產成本。
2、本發明的方法採用了選育的擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCCNo3.3002為菌種，液體深層發酵，生產穩定性高，不汙染雜菌，便於大規模工業化生產。發酵後的殘渣主要成分為木素，熱值較原木糖渣或木糖醇渣或康醛渣提高，可燒鍋爐，為酒精生產提供熱電；利用殘餘木素燃燒聯產熱電，構成玉米芯的三類主要成分分別被轉化為不同產品的完整生物煉製流程，實現了將工業廢渣變廢為寶，同時還解決了環境汙染問題，具有極大的社會和經濟價值。
3、酒精發酵工藝採用了同步糖化發酵工藝，克服了糖類及其它產物對纖維素酶的抑制，並簡化了先糖化後發酵的複雜工藝。
4、酒精發酵工藝中採用了中間補料的措施，提高了發酵醪液的酒精濃度，降低了後提取工藝的生產成本。


圖1利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例1利用木糖渣發酵生產纖維素酒精的方法，由如下步驟組成(1)菌種選擇選用纖維素酶產生菌擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液體發酵菌種製備用步驟(1)所述的菌株，在無菌，30℃條件下，經試管斜面、搖瓶、一級種子罐、二級種子罐逐級放大培養，製得菌數達OD值1.1×10/ml的液體發酵菌種；其中
所述斜面培養基成分以重量百分比計為10％的麩皮水加2％的瓊脂粉；所述搖瓶、一級種子罐、二級種子罐使用的培養基是菌種增殖培養基，其成分及製備方法是將木糖渣、麩皮、蛋白腖，硫酸銨、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，PH自然。
所述搖瓶培養溫度30℃，搖床轉速160r/min，培養時間30小時，一級種子罐、二級種子罐培養溫度30℃，罐壓0.5kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/氣體積m3·分鐘計，1∶0.9，攪拌轉速130-150r/min，培養時間，一級種子罐35小時，二級種子罐45小時。
(3)纖維素粗酶液製備所使用的培養基是產酶培養基，其成分及製備方法是以重量百分比木糖渣、麩皮、水以3∶3∶100的比例配合；再以重量百分比計，補加微晶纖維06％，硫酸銨0.4％，KH2PO4 0.3％，MgSO4 0.05％，pH5.6，以裝料係數75％的量裝入發酵罐內，再以裝料量的重量百分比計，加入10％步驟(2)所述的液體發酵菌種，以培養溫度30℃，罐壓0.8kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.9，攪拌轉速120r/min的條件，好氧發酵108小時，製得高活性纖維素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厭氧同步糖化發酵生產酒精取步驟(3)製得的粗酶液與木糖渣以酶量10FPU/g幹渣的比例在酒精發酵罐中混合(酶液∶料＝重量比1.5∶1)，再加入總液重量10％的酒精酵母(酵母細胞數達1億/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厭氧同步糖化發酵，發酵溫度為30℃，pH值為4.6；發酵24小時時，根據發酵醪酒精濃度，再補入上述木糖渣總乾重比例50％的木糖渣；以使在發酵時間至65-72小時時的發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上，發酵完成；(5)酒精純化對步驟(4)製得的發酵後的酒精醪液以常規方法進行蒸餾，即得酒精。
實施例2利用木糖醇渣發酵生產纖維素酒精的方法，由如下步驟組成(1)菌種選擇選用纖維素酶產生菌擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液體發酵菌種製備用步驟(1)所述的菌株，在無菌，28℃條件下，經試管斜面、搖瓶、一級種子罐、二級種子罐逐級放大培養，製得菌數達OD值1.0×10/ml的液體發酵菌種；其中所述斜面培養基成分以重量百分比計為10％的麩皮水加2％的瓊脂粉；所述搖瓶、一級種子罐、二級種子罐使用的培養基是菌種增殖培養基，其成分及製備方法是將木糖醇渣、麩皮、蛋白腖、硫酸銨、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，PH自然。
所述搖瓶、培養溫度28℃；搖床轉速150-160r/min，振蕩培養時間35小時一級種子罐、二級種子罐培養溫度是28℃，；罐壓0.5Kg/cm2，通氣量發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計，1∶0.8，攪拌轉速100-110r/min，培養時間，一級種子罐40小時，二級種子罐50小時。
(3)纖維素粗酶液製備所使用培養基是產酶培養基；其成分及製備方法是將木糖醇渣、麩皮、水按重量比以2.5∶2.5∶100的比例配合；再以重量百分比計，補加微晶纖維0.4％，硫酸銨0.2％，KH2PO4 0.2％，MgSO4 0.04％，pH5.0；以裝料係數70％的量裝入發酵罐內，再以裝料量的重量百分比計，加入10％步驟(2)所述的液體發酵菌種，以培養溫度28℃，罐壓0.6kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.8，攪拌轉速100r/min的條件，好氧發酵86小時，製得高活性纖維素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厭氧同步糖化發酵生產酒精取步驟(3)製得的粗酶液與木糖醇渣以酶量10FPU/g幹渣的比例在酒精發酵罐中混合(酶液∶料＝重量比1∶1)，再加入總液重量10％的酒精酵母(酵母細胞數達1億/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厭氧同步糖化發酵，發酵溫度為28℃，pH值為4.3；發酵12小時時，根據發酵醪酒精濃度，再分兩批補入上述木糖醇渣總乾重比例40％的木糖醇渣；以使在發酵時間至60-66小時時的發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上，發酵完成；(5)酒精純化對步驟(4)製得的發酵後的酒精醪液以常規方法進行蒸餾，即得酒精。
實施例3利用木糖渣發酵生產纖維素酒精的方法，由如下步驟組成(1)菌種選擇選用纖維素酶產生菌擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液體發酵菌種製備用步驟(1)所述的菌株，在無菌，33℃條件下，經試管斜面、搖瓶、一級種子罐、二級種子罐逐級放大培養，製得菌數達OD值1.2×10/ml的液體發酵菌種；其中所述斜面培養基成分以重量百分比計為10％的麩皮水加2％的瓊脂粉；所述搖瓶、一級種子罐、二級種子罐使用的培養基是菌種增殖培養基，其成分及製備方法是將木糖渣、麩皮、蛋白腖、硫酸銨、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，pH自然；所述搖瓶、培養溫度33℃；搖床轉速170-180r/min，振蕩培養時間38小時一級種子罐、二級種子罐培養溫度是33℃，；罐壓0.5Kg/cm2，通氣量發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計，1∶1.0，攪拌轉速140-150r/min，培養時間，一級種子罐46小時，二級種子罐60小時。
(3)纖維素粗酶液製備所使用的培養基是產酶培養基，其成分及製備方法是木糖渣、麩皮、水以5∶5∶100的比例配合；再以重量百分比計，補加微晶纖維0.8％，硫酸銨0.5％，KH2PO40.4％，MgSO40.06％，pH 6.0；以裝料係數80％的量裝入發酵罐內，再以裝料量的重量百分比計，加入10％步驟(2)所述的液體發酵菌種，以培養溫度33℃，罐壓1kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶1.0，攪拌轉速150r/min的條件，好氧發酵120小時，製得高活性纖維素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厭氧同步糖化發酵生產酒精取步驟(3)製得的粗酶液與木糖渣以酶量10FPU/g幹渣的比例在酒精發酵罐中混合(酶液∶料＝重量比2∶1)，再加入總液重量10％的酒精酵母(酵母細胞數達1億/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厭氧同步糖化發酵，發酵溫度為33℃，pH值為5.0；發酵48小時時，根據發酵醪酒精濃度，再分三批補入上述木糖渣總乾重比例60％的木糖渣；以使在發酵時間至70-72小時時的發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上，發酵完成；(5)酒精純化對步驟(4)製得的發酵後的酒精醪液以常規方法進行蒸餾，即得酒精。
實施例4利用木糖渣與木糖醇渣等量混合渣發酵生產纖維素酒精的方法，由如下步驟組成(1)菌種選擇選用纖維素酶產生菌擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液體發酵菌種製備用步驟(1)所述的菌株，在無菌，30℃條件下，經試管斜面、搖瓶、一級種子罐、二級種子罐逐級放大培養，製得菌數達OD值1.1×10/ml的液體發酵菌種；其中所述斜面培養基成分以重量百分比計為10％的麩皮水加2％的瓊脂粉；所述搖瓶、一級種子罐、二級種子罐使用的培養基是菌體增殖培養基，其成分及製備方法是將木糖渣與木糖醇渣等量混合渣、麩皮、蛋白腖、硫酸銨、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，PH自然；所述搖瓶、培養溫度30℃，搖床轉速160-170r/min，振蕩培養時間30小時；一級種子罐、二級種子罐培養溫度是30℃；罐壓0.5Kg/cm2，通氣量發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計，1∶0.9，攪拌轉速120-130r/min，培養時間，一級種子罐35小時，二級種子罐45小時。
(3)纖維素粗酶液製備所使用的培養基是產酶培養基，其成分及製備方法是以木糖渣和木糖醇渣等量混合渣、麩皮、水按重量比3∶3∶100的比例配合；再以重量百分比計，補加微晶纖維0.6％，硫酸銨0.4％，KH2PO40.3％，MgSO40.05％，pH 5.6；以裝料係數75％的量裝入發酵罐內，再以裝料量的重量百分比計，加入10％步驟(2)所述的液體發酵菌種，以培養溫度30℃，罐壓0.8kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.9，攪拌轉速120r/min的條件，好氧發酵108小時，製得高活性纖維素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厭氧同步糖化發酵生產酒精取步驟(3)製得的粗酶液與木糖渣與木糖醇渣等量混合渣以酶量10FPU/g幹渣的比例在酒精發酵罐中混合(酶液∶料＝重量比1.5∶1)，再加入總液重量10％的酒精酵母(酵母細胞數達1億/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厭氧同步糖化發酵，發酵溫度為30℃，pH值為4.6；發酵24小時時，根據發酵醪酒精濃度，再補入上述木糖渣與木糖醇渣等量混合渣總乾重比例50％的木糖渣與木糖醇渣等量混合渣；以使在發酵時間至65-72小時時的發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上，發酵完成；(5)酒精純化對步驟(4)製得的發酵後的酒精醪液以常規方法進行蒸餾，即得酒精。
實施例5利用木糖渣與木糖醇渣3∶2混合渣發酵生產纖維素酒精的方法，由如下步驟組成(1)菌種選擇選用纖維素酶產生菌擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液體發酵菌種製備用步驟(1)所述的菌株，在無菌，32℃條件下，經試管斜面、搖瓶、一級種子罐、二級種子罐逐級放大培養，製得菌數達OD值1.0×10/ml的液體發酵菌種；(菌數應以OD值表示)。
其中所述斜面培養基成分以重量百分比計為10％的麩皮水加2％的瓊脂粉；所述搖瓶、一級種子罐、二級種子罐使用的培養基是菌種增殖培養基，其成分及製備方法是將木糖渣與木糖醇渣3∶2混合渣、麩皮、蛋白腖、硫酸銨、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，PH自然；所述搖瓶、培養溫度32℃，搖床轉速160-170r/min，振蕩培養時間33小時；一級種子罐、二級種子罐培養溫度是32℃，；罐壓0.5Kg/cm2，通氣量發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計，1∶1.0，攪拌轉速110-120r/min，培養時間，一級種子罐38小時，二級種子罐48小時。
(3)纖維素粗酶液製備所使用的培養基是產酶培養基，其成分及製備方法是將木糖渣與木糖醇渣3∶2混合渣、麩皮、水按重量比3∶3∶100的比例配合；再以重量百分比計，補加微晶纖維0.6％，硫酸銨0.5％，KH2PO40.4％，MgSO40.06％，pH 5.8；以裝料係數75％的量裝入發酵罐內，再以裝料量的重量百分比計，加入10％步驟(2)所述的液體發酵菌種，以培養溫度32℃，罐壓1.0kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶1.0，攪拌轉速130r/min的條件，好氧發酵118小時，製得高活性纖維素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厭氧同步糖化發酵生產酒精取步驟(3)製得的粗酶液與木糖渣與木糖醇渣3∶2混合渣以酶量10FPU/g幹渣的比例在酒精發酵罐中混合(酶液∶料＝重量比1.3∶1)，再加入總液重量10％的酒精酵母(酵母細胞數達1億/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厭氧同步糖化發酵，發酵溫度為32℃，pH值為4.8；發酵28小時時，根據發酵醪酒精濃度，再分兩批補入上述木糖渣與木糖醇渣3∶2混合渣總乾重比例50％的木糖渣與木糖醇渣3∶2混合渣；以使在發酵時間至68-72小時時的發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上，發酵完成；(5)酒精純化對步驟(4)製得的發酵後的酒精醪液以常規方法進行蒸餾，即得酒精。
實施例6利用康醛渣發酵生產纖維素酒精的方法，由如下步驟組成(1)菌種選擇選用纖維素酶產生菌擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液體發酵菌種製備用步驟(1)所述的菌株，在無菌，30℃條件下，經試管斜面、搖瓶、一級種子罐、二級種子罐逐級放大培養，製得菌數達OD值1.1×10/ml的液體發酵菌種；其中所述斜面培養基成分以重量百分比計為10％的麩皮水加2％的瓊脂粉；所述搖瓶、一級種子罐、二級種子罐使用的培養基是菌種增殖培養基，其成分及製備方法是將康醛渣、麩皮、蛋白腖，硫酸銨、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，PH自然。
所述搖瓶培養溫度30℃，搖床轉速160r/min，培養時間30小時，一級種子罐、二級種子罐培養溫度30℃，罐壓0.5kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/氣體積m3·分鐘計，1∶0.9，攪拌轉速130-150r/min，培養時間，一級種子罐35小時，二級種子罐45小時。
(3)纖維素粗酶液製備所使用的培養基是產酶培養基，其成分及製備方法是以重量百分比康醛渣、麩皮、水以3∶3∶100的比例配合；再以重量百分比計，補加微晶纖維06％，硫酸銨0.4％，KH2PO4 0.3％，MgSO4 0.05％，pH5.6，以裝料係數75％的量裝入發酵罐內，再以裝料量的重量百分比計，加入10％步驟(2)所述的液體發酵菌種，以培養溫度30℃，罐壓0.8kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.9，攪拌轉速120r/min的條件，好氧發酵108小時，製得高活性纖維素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厭氧同步糖化發酵生產酒精取步驟(3)製得的粗酶液與康醛渣以酶量10FPU/g幹渣的比例在酒精發酵罐中混合(酶液∶料＝重量比1.5∶1)，再加入總液重量10％的酒精酵母(酵母細胞數達1億/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厭氧同步糖化發酵，發酵溫度為30℃，pH值為4.6；發酵24小時時，根據發酵醪酒精濃度，再補入上述康醛渣總乾重比例50％的康醛渣；以使在發酵時間至65-72小時時的發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上，發酵完成；
(5)酒精純化對步驟(4)製得的發酵後的酒精醪液以常規方法進行蒸餾，即得酒精。
實施例7利用木糖渣與木糖醇渣、康醛渣等量混合渣發酵生產纖維素酒精的方法，由如下步驟組成(1)菌種選擇選用纖維素酶產生菌擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液體發酵菌種製備用步驟(1)所述的菌株，在無菌，30℃條件下，經試管斜面、搖瓶、一級種子罐、二級種子罐逐級放大培養，製得菌數達OD值1.1×10/ml的液體發酵菌種；其中所述斜面培養基成分以重量百分比計為10％的麩皮水加2％的瓊脂粉；所述搖瓶、一級種子罐、二級種子罐使用的培養基是菌體增殖培養基，其成分及製備方法是將木糖渣與木糖醇渣、康醛渣等量混合渣、麩皮、蛋白腖、硫酸銨、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，pH自然；所述搖瓶、培養溫度30℃，搖床轉速160-170r/min，振蕩培養時間30小時；一級種子罐、二級種子罐培養溫度是30℃；罐壓0.5Kg/cm2，通氣量發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計，1∶0.9，攪拌轉速120-130r/min，培養時間，一級種子罐35小時，二級種子罐45小時。
(3)纖維素粗酶液製備所使用的培養基是產酶培養基，其成分及製備方法是以木糖渣和木糖醇渣、康醛渣等量混合渣、麩皮、水按重量比3∶3∶100的比例配合；再以重量百分比計，補加微晶纖維0.6％，硫酸銨0.4％，KH2PO40.3％，MgSO40.05％，pH 5.6；以裝料係數75％的量裝入發酵罐內，再以裝料量的重量百分比計，加入10％步驟(2)所述的液體發酵菌種，以培養溫度30℃，罐壓0.8kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.9，攪拌轉速120r/min的條件，好氧發酵108小時，製得高活性纖維素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厭氧同步糖化發酵生產酒精取步驟(3)製得的粗酶液與木糖渣與木糖醇渣、康醛渣等量混合渣以酶量10FPU/g幹渣的比例在酒精發酵罐中混合(酶液∶料＝重量比1.5∶1)，再加入總液重量10％的酒精酵母(酵母細胞數達1億/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厭氧同步糖化發酵，發酵溫度為30℃，pH值為4.6；發酵24小時時，根據發酵醪酒精濃度，再補入上述木糖渣與木糖醇渣、康醛渣等量混合渣總乾重比例50％的木糖渣與木糖醇渣、康醛渣等量混合渣；以使在發酵時間至65-72小時時的發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上，發酵完成；(5)酒精純化對步驟(4)製得的發酵後的酒精醪液以常規方法進行蒸餾，即得酒精。
權利要求
1.一種利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法，由下述步驟組成(1)菌種選擇選用纖維素酶產生菌擬康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液體發酵菌種製備用步驟(1)所述的菌株，在無菌條件下，經試管斜面、搖瓶、一級種子罐、二級種子罐逐級放大培養，製得菌數達OD值1.0～1.2×10/ml的液體發酵菌種；其中所述斜面培養基成分以重量百分比計為10％的麩皮水加2％的瓊脂粉；所述搖瓶、一級種子罐、二級種子罐使用的培養基是菌種增殖培養基，其成分及製備是將木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣、麩皮、蛋白腖、硫酸銨、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，pH自然；所述搖瓶培養條件是溫度28℃-33℃，搖床轉速150-180r/min，培養時間30-60小時；一級種子罐，二級種子罐培養條件是溫度28℃-33℃，罐壓0.5Kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.8-1.0，攪拌轉速100-150r/min，好氧培養30-60小時；(3)纖維素粗酶液製備使用產酶培養基，以裝料係數70-80％的量裝入發酵罐內，再以裝料量的重量百分比計，加入10％步驟(2)所述的液體發酵菌種，以培養溫度28℃-33℃，罐壓0.6～1kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.8～1.0，攪拌轉速100～150r/min的條件，好氧發酵80-136小時，製得高活性纖維素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；其中所述產酶培養基，其成分及製備方法是將木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣∶麩皮∶水以2-5∶2-5∶100的比例配合；再以重量百分比計，補加微晶纖維0.4-0.8％，硫酸銨0.2-0.5％，KH2PO40.2-0.4％，MgSO40.04-0.06％，pH 5.0-6.0；(4)厭氧同步糖化發酵生產酒精取步驟(3)製得的粗酶液與玉米芯加工殘渣-木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣以酶量10FPU/g幹渣的比例在酒精發酵罐中混合，再加入總液重量10％的酒精酵母，厭氧同步糖化發酵，發酵溫度為28℃-35℃，pH值為4-5；發酵12-48小時時，根據發酵醪酒精濃度，再補入或分批補入上述木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣總乾重比例40％～60％的木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣；以使在發酵時間至60-72小時時的發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上，發酵完成；其中所述酒精酵母是細胞數達1億/ml的、出芽率15-30％的酵母醪液；(5)酒精純化對步驟(4)製得的發酵後的酒精醪液進行蒸餾，即得酒精。
2.如權利要求1所述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法，其特徵是步驟(3)所述的木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣∶麩皮∶水的重量比是3∶3∶100。
3.如權利要求1所述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法，其特徵是步驟(3)所述的微晶纖維是0.5-0.7％，硫酸銨是0.3-0.4％，KH2PO4是0.3-0.4％，MgSO4是0.05-0.06％，自然pH 5.4-5.8。
4.如權利要求1所述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法，其特徵是步驟(2)或步驟(3)所述的培養溫度是30℃-33℃。
5.如權利要求1所述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法，其特徵是步驟(2)或(3)所述的通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計為1∶0.9。
6.如權利要求1所述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法，其特徵是步驟(3)所述的好氧發酵時間是100-136小時。
7.如權利要求1所述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法，其特徵是步驟(4)所述的發酵溫度為30℃-33℃，pH值為4.3～4.8。
8.如權利要求7所述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法，其特徵是步驟(2)、(3)或(4)所述的混合渣是指木糖渣與木糖醇渣或康醛渣或其三者間以任意重量比例配合的混合物。
9.如權利要求1所述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法，其特徵是步驟(4)所述的根據發酵醪酒精濃度是指酒精濃度在體積百分比8％以下時；所述補料量依據發酵醪酒精濃度確定，所述發酵醪酒精濃度越低，補料次數和補料量越多。
10.如權利要求1所述的利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法，其特徵是步驟(4)所述的發酵完成的指標是發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上。
全文摘要
本發明公開了一種利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素酒精的方法，由(1)菌種選擇，(2)液體發酵菌種製備，(3)纖維素粗酶液製備，(4)厭氧同步糖化發酵生產酒精，(5)酒精純化等步驟組成。本發明的方法中制酶及酒精發酵原料來源於工業廢棄物，特別是玉米芯加工殘渣——木糖渣、木糖醇渣、康醛渣，生產成本低，穩定性好，便於大規模工業化生產，製得酒精原料出酒率達20％以上，生產成本低於糧食酒精，發酵後的廢渣可作燃料。本發明實現了將工業廢渣變廢為寶，同時還解決了環境汙染問題，具有極大的推廣應用價值。
文檔編號C12P7/10GK1944658SQ20061013196
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月13日 優先權日2006年6月9日
發明者曲音波, 朱明田, 程少波, 肖林, 鮑曉明, 林建強 申請人:山東大學, 山東龍力生物科技有限公司