一种提高甜菜发酵生产乙醇产率的方法

摘要

本发明提供一种提高甜菜发酵生产乙醇产率的方法，通过复合酒精酶协同超声波处理甜菜原料，使甜菜原料中的纤维素和半纤维素被分解，生成可发酵糖；使果胶质分解，避免产生管道堵塞现象；使蛋白质分解产生氨基酸和二肽，为酵母菌提供了氮源，减轻了酵母菌细胞氨基酸合成代谢的负荷，使底物更多地转向发酵生成乙醇。所采用的混合酵母可同时利用五碳糖和六碳糖。本发明的方法解决了甜菜发酵生产乙醇产率低、发酵液残糖高、发酵时间长等问题。本发明的方法使发酵液中乙醇含量增加2.77-3.67％；20℃条件下，发酵液中乙醇体积比浓度为9.3-12.8％，残总糖0.15-0.45％，原料乙醇产率12.9-14.1％。

主权项

一种提高甜菜发酵生产乙醇产率的方法，其特征在于步骤如下：I.培养基的制备(1)酵母培养基的制备：本步骤所涉及到的材料配比的量纲均为g/L；a.嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)液体培养基：木糖15‑25，葡萄糖40‑60，酵母粉5‑10，蛋白胨3‑5，MgSO40.2‑0.4，CaCl20.5‑1.5，KH2PO41‑3，pH4.5‑5.5；b.嗜鞣管囊酵母固体培养基：木糖15‑25，葡萄糖40‑60，酵母粉5‑10，蛋白胨3‑5，MgSO40.2‑0.4，CaCl20.5‑1.5，KH2PO41‑3，琼脂15‑20，pH4.5‑5.5；c.酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)液体培养基：葡萄糖40‑60，酵母粉5‑10，蛋白胨3‑5，MgSO40.2‑0.4，CaCl20.5‑1.5，KH2PO41‑3，pH4.5‑5.5；d.酿酒酵母固体培养基：葡萄糖40‑60，酵母粉5‑10，蛋白胨3‑5，MgSO40.2‑0.4，CaCl20.5‑1.5，KH2PO41‑3，琼脂15‑20，pH4.5‑5.5。(2)发酵培养基的制备：将复合酒精酶协同超声波处理(复合酒精酶协同超声波处理，以下简称协同处理)后的发酵底物作为碳源，并添加营养盐，每升发酵底物，营养盐的添加量如下：MgSO4为0.5‑1.5g，CaCl2为1.0‑3.0g，KH2PO4为2.0‑4.0g；所述的复合酒精酶协同超声波处理后的发酵底物的制备方法见步骤IV；所述的营养盐为MgSO4、CaCl2和KH2PO4。(3)嗜鞣管囊酵母菌种驯化培养基的制备：将步骤(2)的发酵培养基和步骤(1)a的嗜鞣管囊酵母液体培养基，分别按体积比1∶4、2∶3、3∶2和5∶0，配制成不同浓度梯度的驯化培养基。II.菌种驯化培养按体积比为1∶4、2∶3、3∶2和5∶0分别将嗜鞣管囊酵母原始菌种从斜面培养基上接入步骤I(3)的嗜鞣管囊酵母菌种驯化培养基中，分别得到体积比为1∶4、2∶3、3∶2和5∶0的驯化培养基；将嗜鞣管囊酵母原始菌种从斜面培养基上接入体积比为1∶4的驯化培养基中，在26‑28℃，80‑120r/min摇床振荡培养25‑35h；菌体在体积比为1∶4驯化培养基中生长良好后，把得到的菌体接种于体积比为2∶3的驯化培养基中，在28‑30℃，80‑120r/min摇床振荡培养25‑35h；菌体在 体积比为2∶3的驯化培养基中生长良好后，接种于体积比为3∶2的驯化培养基中，在30‑32℃，80‑120r/min摇床振荡培养25‑35h；菌体在体积比为3∶2的驯化培养基中生长良好后，接种于体积比为5∶0的驯化培养基中，在32‑34℃，80‑120r/min摇床振荡培养25‑35h；直至菌种生长良好后，将该驯化的菌种接入步骤(1)a的嗜鞣管囊酵母液体培养基中，在28‑34℃，80‑120r/min摇床振荡培养50‑70h，取菌种接入嗜鞣管囊酵母固体培养基上28‑34℃，100‑140h，得到驯化好的菌种，冷藏保存。III.制备种子液：从斜面上挑取1‑2环经驯化好的嗜鞣管囊酵母菌，接种于嗜鞣管囊酵母液体培养基中，28‑34℃，80‑120r/min摇床振荡培养25‑35h，得到嗜鞣管囊酵母菌种子液；从斜面上挑取1‑2环酿酒酵母菌接种于酿酒酵母液体培养基中，28‑32℃，80‑180r/min摇床振荡培养12‑18h，得到酿酒酵母菌种子液。IV.发酵底物制备(1)原料预处理：将甜菜洗净粉碎，颗粒度1‑3mm，并将其与水配成质量比为1∶0.5‑1.0的料液；(2)灭菌条件：132℃，灭菌3‑7min或121℃，灭菌20‑30min；(3)复合酒精酶协同超声波处理：灭菌后冷却至50‑55℃时首先进行超声波处理，超声时间为20‑40min，超声功率300W；然后加入浓度为5‑10g/L的复合酒精酶，用2mol/L硫酸调pH值为4.8，调节超声功率为45W，50‑55℃保温振荡40‑60min，得到发酵底物；所述的复合酒精酶酶活构成为：β‑葡聚糖酶≥136万u/mL、纤维素酶≥11万u/mL、木聚糖酶≥120万u/mL、果胶酶≥0.3万u/mL和酸性蛋白酶≥1.5万u/mL。V.发酵：按步骤I(2)中的发酵培养基制备中的配比添加量加入营养盐；分别将步骤III制备的嗜鞣管囊酵母种子液和酿酒酵母种子液接种于发酵醪液，种子液与发酵醪液的体积比均为5‑10％。(1)发酵前期：温度控制在28‑31℃，供给适量的无菌空气将溶氧控制在50‑80％，发酵醪中pH值保持在3.8‑4.2，时间4‑8h。(2)主发酵期：发酵进行至4‑8h加入乙醇合成促进剂，所述的乙醇合成促进剂为硫胺素、植酸和硬脂酸及麦角甾醇和齐墩果酸的一种；乙醇合成促进剂加入量为每升发酵醪液添加硫胺素4×10‑4‑6×10‑4g、植酸0.8‑2.0g、硬脂酸1.0‑2.0g、 麦角甾醇0.02‑0.03g、齐墩果酸0.04‑0.06g；温度控制在31‑35℃，时间8‑12h，发酵醪中pH值保持在4.5‑5.5。(3)后发酵期：温度控制在30‑32℃，溶氧控制在1‑4％，时间18‑24h，发酵醪中pH值保持在4.0‑5.5，发酵过程中产生的CO2定期通过呼吸器逸出系统，以促进发酵反应正向进行，得到乙醇；发酵前期、主发酵期和后发酵期均应该在振荡或搅拌下进行，搅拌速度为100‑300r/min。(4)在线监控：对影响发酵的过程在线监控，密切注意操作变量的改变引起pH值、温度、溶氧等改变，确保乙醇发酵在给定的条件下进行。