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一種利用固定化酵母利用能源甜菜發酵生產乙醇的方法

2023-08-11 02:12:21

專利名稱:一種利用固定化酵母利用能源甜菜發酵生產乙醇的方法
技術領域:
本發明屬於發酵技術領域,具體涉及一種利用固定化酵母利用能源甜菜發酵生產乙醇的方法。
背景技術:
乙醇是一種高效、環保、可再生的燃料及汽油添加劑,大力發展燃料乙醇,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境汙染。我國傳統的乙醇生產,一般以糧食為原料,不但成本高而且產量也收糧食資源的限制,產量有限,難以滿足需求。利用能源甜菜進行乙醇發酵工藝的研究越來越引起人們的重視。傳統的乙醇發酵方式通常採用游離酵母間歇發酵法,為了提高酵母細胞的利用率和減少雜菌汙染,同時提高設備的利用率,利用改進的連續發酵方式可明顯提高發酵效率。最初的連續發酵使用游離的酵母菌,由於酵母菌體積小,致使在發酵過程中不斷被成熟的發酵醪帶走,造成後續發酵液中的菌液濃度降低,使整個發酵過程延遲,生產效率降低。為了解決以上問題,研究者採用固定化酵母的方法,使酵母菌既不受損傷又不流失,使整個連續發酵過程的菌種濃度幾乎是在同樣條件下進行。而固定化後的酵母始終保留在發酵罐內,並能持續不斷地進行繁殖和代謝,從而提高發酵效率。近幾年來,利用固定化酵母生產乙醇技術逐漸成為發酵工藝研究的熱點。但研究表明不同的固定化方法對菌種的性能保持和發酵效果影響較大。

發明內容
本發明提供了一種利用固定化酵母利用能源甜菜發酵生產乙醇的方法,本發明以酵母菌為出發菌株,以能源甜菜為發酵原料,採用固定化酵母的方法進行連續發酵。本發明採用海藻酸鹽作為包埋劑進行ADY酵母固定化,利用包埋法進行酵母菌固定化效果較好,可連續多批次進行發酵試驗。I. 一種利用固定化酵母利用能源甜菜發酵生產乙醇的方法,其特徵在於發酵時,在250 mL三角瓶中裝入一定量的發酵培養基,接入一定量的固定化酵母種子液到發酵培養基中進行發酵製備菌懸液,然後進行固定化增值培養。2.步驟I所述的發酵培養基稱取已水分平衡的甜菜糊樣品80 g。加入20 mL水分高溫滅菌,在無菌條件下加入15 mL液體種子及其他的營養元素。3.步驟2所述的液體種子培養基200 g馬鈴薯,1000 mL水,20 g葡萄糖,3 g無水硫酸鎂,I. 5 g磷酸二氫鉀,自然pH, 121°C,滅菌15 min,用於固定化酵母的增殖培養。4.步驟I所述的菌懸液的製備方法為在無菌條件下將酵母菌種接入麥芽汁培養基,放入搖床中在30°C,120 r/min條件下增殖12 h。之後,將增殖後的培養液在無菌條件下用離心管分裝,在6000 r/min,4°C下離心10 min棄去上清液,加入適量無菌生理鹽水,將其振蕩打散以清洗菌體,之後又在相同的條件下離心,再清洗,重複三次,最後一次用無菌水混合菌體製備菌懸液。
5.步驟I所述的固定化方法取一定質量的溼菌體,將菌體細胞加入海藻酸鈉溶液,充分混勻。將海藻酸鈉菌體懸液移入10 HiL注射器中,適度加力,在無菌條件下將海藻酸鈉菌懸液滴入CaCl2溶液中,在磁力攪拌機的作用下形成固定化小球,常溫下靜置2 h,撈出用無菌去離子水清洗乾淨。膠珠撈出衝洗乾淨,然後浸泡於0. 5%殼聚糖溶液三維搖床上振搖,完成與殼聚糖的成膜反應。水洗除去未反應的殼聚糖,將膠珠保存於水中。6.步驟5所述的海藻酸鈉的最佳濃度為4%。7.步驟I所述的最適溫度在32°C,發酵周期符合生產要求。8.步驟5所述的填充量選擇0. 3 g/mL時最有利於固定化酵母發酵酒精。9.步驟I所述的固定化時間為3 h時最有利於固定化酵母發酵酒精。本發明的有益效果在於發明採用海藻酸鹽作為包埋劑進行酵母固定化,根據前 期研究結果選擇所用菌種ADY,旨在探索固定化酵母的穩定性和對能源甜菜乙醇發酵的批次發酵效果,從而為下一步工業化生產提供理論依據。


圖I不同濃度海藻酸鈉的發酵結果。圖2不同溫度對固定化酵母發酵條件的影響。圖3不同填充量對固定化酵母發酵酒精的影響。圖4不同固定化時間對酒精發酵的影響。
具體實施例方式下面的實施例對本發明作詳細說明,但對本發明沒有限制。本發明所用的菌株為巴斯德畢赤酵母,購買於ACCC,編號為ACCC20065。實施例I
本實施案例說明不同海藻酸鈉濃度對發酵的影響,海藻酸鈉濃度分別控制在2%,4%,6%和8%,發酵條件為能源甜菜糊的初糖濃度為15%,顆粒填充率為0. 20 g/mL,溫度為30°C,搖床培養箱培養12小時後靜止培養。得到結果如圖I所示。由圖I可知,從酒精轉化率這個方面可以較為清晰的看出,海藻酸鈉濃度在4%的時候,發酵效果是最好的,酒精濃度最高。因而在之後的固定化發酵試驗中,我們均選取4%作為海藻酸鈉的固定化濃度。實施例2
本實施案例說明不同溫度對固定化酵母發酵條件的影響,按0. 20 g/mL填充量,將固定化細胞置於甜菜糊培養基中,溫度選擇分別為20°C,24°C,28°C,32°C,36°C和40°C,pH為自然pH,起始糖度15%,進行發酵。通過測定不同溫度下的酒精轉化率,研究溫度對固定化酵母發酵的影響,結果見圖2。溫度對酵母的生長繁殖、發酵速度與周期、雜菌汙染等影響較大。由圖2可知,當溫度低於32°C時,固定化酵母發酵速度較慢,隨著溫度的升高,發酵速度逐漸增加至停滯,最適溫度在32°C,發酵周期符合生產要求。實施例3
本實施案例說明不同填充量對固定化酵母發酵酒精的影響,選擇填充量在0. I g/mL,0.2 g/mL,0. 3 g/mL, 0.4 g/mL 和 0.5 g/mL,溫度為 32°C,起始糖度 15%,發酵 30 h。通過測定不同填充量下的酒精轉化率,研究填充量對固定化酵母發酵的影響。結果見圖3所示。由圖3可知,填充量越大,酒精轉化率越高,也就是說糖分利用率越高,填充量繼續增加,酒精含量反而下降,經研究發現,酵母濃度過高,易造成無氧環境,影響酵母細胞的增殖,同時由於酒精含量的增加也對酵母的發酵發生抑制。因此,填充量選擇0.3 g/mL即能節約資源又能達到良好的發酵效果。實施例4
本實施案例說明不同固定化時間對酒精轉化率的影響,根據固定化方法,僅改變固定化時間,發酵條件與前面的實施例相同,觀察固定化時間對酒精轉化率的影響。結果如圖4所示。由圖4可知,固定化時間為3 h時,載體酒精轉化率最高。海藻酸鈉與鈣鹽作後, 分子中鈉離子與鈣離子進行交換,生成海藻酸鈣。由於Ca2+的交聯作用,隨著固化時間的增加分子間相互作用力增強,使線性分子彼此相互連接形成空間網狀結構,母在其中活動空間增加,加快繁殖,加速糖度下降。
權利要求
1.一種利用固定化酵母利用能源甜菜發酵生產乙醇的方法,其特徵在於發酵時,在250mL三角瓶中裝入一定量的發酵培養基,接入一定量的固定化酵母種子液到發酵培養基中進行發酵製備菌懸液,然後進行固定化增值培養。
2.根據權利要求I所述的方法,其特徵在於,發酵培養基稱取已水分平衡的甜菜糊樣品80 g;加入20 mL水分高溫滅菌,在無菌條件下加入15 mL液體種子及其他的營養元素。
3.根據權利要求2所述的方法,其特徵在於,液體種子培養基200g馬鈴薯,1000 mL水,20 g葡萄糖,3 g無水硫酸鎂,1.5 g磷酸二氫鉀,自然pH, 121°C,滅菌15 min,用於固定化酵母的增殖培養。
4.根據權利要求I所述的方法,其特徵在於,菌懸液的製備方法為在無菌條件下將酵母菌種接入麥芽汁培養基,放入搖床中在30°C,120 r/min條件下增殖12 h ;之後,將增殖後的培養液在無菌條件下用離心管分裝,在6000 r/min,4°C下離心10 min棄去上清液,力口入適量無菌生理鹽水,將其振蕩打散以清洗菌體,之後又在相同的條件下離心,再清洗,重複三次,最後一次用無菌水混合菌體製備菌懸液。
5.根據權利要求I所述的方法,其特徵在於,固定化方法取一定質量的溼菌體,將菌體細胞加入海藻酸鈉溶液,充分混勻;將海藻酸鈉菌體懸液移入10 mL注射器中,適度加力,在無菌條件下將海藻酸鈉菌懸液滴入CaCl2溶液中,在磁力攪拌機的作用下形成固定化小球,常溫下靜置2 h,撈出用無菌去離子水清洗乾淨;膠珠撈出衝洗乾淨,然後浸泡於0.5%殼聚糖溶液三維搖床上振搖,完成與殼聚糖的成膜反應;水洗除去未反應的殼聚糖,將膠珠保存於水中。
6.根據權利要求5所述的方法,其特徵在於海藻酸鈉的濃度為4%。
7.根據權利要求I所述的方法,其特徵在於最適溫度在32°C,發酵周期符合生產要求。
8.根據權利要求5所述的方法,其特徵在於填充量選擇0.3g/mL時最有利於固定化酵母發酵酒精。
9.根據權利要求I所述的方法,其特徵在於固定化時間為3h時最有利於固定化酵母發酵酒精。
全文摘要
本發明提供了一種利用固定化酵母利用能源甜菜發酵生產乙醇的方法,本發明以酵母菌為出發菌株,以能源甜菜為發酵原料,採用固定化酵母的方法進行連續發酵。本發明採用海藻酸鹽作為包埋劑進行ADY酵母固定化,利用包埋法進行酵母菌固定化效果較好,可連續多批次進行發酵試驗。
文檔編號C12P7/06GK102719487SQ201210253108
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月22日 優先權日2012年7月22日
發明者周雪琴 申請人:太倉市周氏化學品有限公司

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