專利名稱：一種利用運動發(fā)酵單胞菌快速發(fā)酵乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用運動發(fā)酵單胞菌快速發(fā)酵乙醇的方法。
背景技術(shù)：
乙醇是一種高效、環(huán)保、可再生的燃料及汽油添加劑，大力發(fā)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(huán)境污染。我國傳統(tǒng)的乙醇生產(chǎn)，一般以糧食為原料，不但成本高而且產(chǎn)量也收糧食資源的限制，產(chǎn)量有限，難以滿足需求。我國在“十一五”可再生能源規(guī)劃中明確指出要大力發(fā)展以甘薯等非糧能源作物為原料的燃料乙醇。甘薯是一種富含淀粉的塊根作物，鮮甘薯一般含淀粉159^25%，我國常年種植面積逾460X 104 hm2，收獲I. 1X108 t以上，占世界甘薯產(chǎn)量的80%以上。與使用薯干(含水量約10%)相比，鮮甘薯(含水量約為70%)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇可以節(jié)約60%的發(fā)酵用水，能夠進(jìn)一步降低乙醇生產(chǎn)成本。由于收獲季節(jié)在初冬，甘薯易于凍傷和腐爛，每年腐爛的甘薯約占總產(chǎn)量的309^50%。而采用干燥保存甘薯，成本高，能源消耗大，不具有經(jīng)濟(jì)性，也不符合燃料乙醇生產(chǎn)所遵循的凈能源產(chǎn)出最大化原則。此外，目前乙醇發(fā)酵強(qiáng)度較高的方法大多是采用以固定化或自絮凝菌體為基礎(chǔ)的糖質(zhì)原料及淀粉質(zhì)原料的糖化清液連續(xù)發(fā)酵技術(shù)。由于甘薯的脂肪和蛋白質(zhì)含量相對較低，分離產(chǎn)品附加值低，若進(jìn)行固液分離會增加能耗,提高乙醇生產(chǎn)成本,故固定化和自絮凝技術(shù)不適合鮮甘薯乙醇發(fā)酵。因此,迫切需要開發(fā)適合鮮甘薯全原料的快速乙醇發(fā)酵技術(shù)。運動發(fā)酵單胞菌{Zymomonas mobilis)是一種革蘭氏陰性、兼性厭氧菌。與傳統(tǒng)生產(chǎn)乙醇的酵母相比，該菌顯示出多方面的優(yōu)越性，如轉(zhuǎn)化率高，副產(chǎn)物少，且發(fā)酵過程中不需要通氣，設(shè)備工藝比較簡單，可以降低乙醇生產(chǎn)的成本等。但Z乙醇發(fā)酵的缺點是碳源利用范圍窄，僅限于葡萄糖、果糖和蔗糖；營養(yǎng)條件苛刻，常需添加多種營養(yǎng)物質(zhì)。目前國內(nèi)的乙醇發(fā)酵生產(chǎn)多以酵母為主，生產(chǎn)周期長(大于40 h)、效率低(小于85%)、乙醇濃度較低(6=119T12%);對甘薯原料的研究多以甘薯干為主。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種利用運動發(fā)酵單胞菌快速發(fā)酵乙醇的方法，本發(fā)明以運動發(fā)酵單胞菌為出發(fā)菌株，以鮮甘薯為發(fā)酵原料，采用同步糖化發(fā)酵方法進(jìn)行發(fā)酵。本發(fā)明對影響乙醇發(fā)酵的因素進(jìn)行了考察。I. 一種利用運動發(fā)酵單胞菌快速發(fā)酵乙醇的方法，其特征在于發(fā)酵時，接入10%種子培養(yǎng)基和糖化酶到發(fā)酵培養(yǎng)基，采用同步糖化發(fā)酵，發(fā)酵溫度為30°C，初始糖濃度為200 g/kg。2.步驟I所述的發(fā)酵培養(yǎng)基鮮甘薯打漿后，按照一定比例加水，液化酶的量為120 KNU/kg醪液，于80°C液化10 min (與碘液反應(yīng)的顏色為紅棕色)，液化后添加所需營養(yǎng)物質(zhì)。
3.步驟I所述的液體種子的制備方法為葡萄糖100 g/L，酵母粉5 g/L,(NH4)2SO4 I g/L, KH2P04 I g/L，MgSO4 7H20 0.5 g/L，于 30°C培養(yǎng) 16 h。4.步驟I所述的運動發(fā)酵單胞菌發(fā)酵所需的最適pH為7. 5。5.步驟I所述的添加5 g/kg的硫酸銨作為運動發(fā)酵單胞菌乙醇發(fā)酵的氮源。6.步驟I所述的鮮甘薯細(xì)菌發(fā)酵的最適初始總糖濃度在200 g/kg左右。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明以運動發(fā)酵單胞菌為出發(fā)菌株，以鮮甘薯為發(fā)酵原料，采用同步糖化發(fā)酵方法進(jìn)行發(fā)酵。本發(fā)明對影響乙醇發(fā)酵的因素進(jìn)行了考察。



圖I pH對運動發(fā)酵單胞菌乙醇發(fā)酵的影響。圖2初始總糖濃度對運動發(fā)酵單胞菌乙醇發(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(xì)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，購買于ACCC，編號為ACCC10166。實施例I
本實施案例說明不同PH對運動發(fā)酵單胞菌乙醇發(fā)酵的影響，與酵母菌相比，運動發(fā)酵單胞菌對外界環(huán)境更為敏感，發(fā)酵培養(yǎng)基的pH值對其生長和發(fā)酵的影響較大。調(diào)節(jié)發(fā)酵的PH并加入緩沖液使其維持在一定水平，發(fā)酵結(jié)果見圖I。從圖I可以看出，pH值從4. 5增加到7. 5的過程中乙醇和殘?zhí)菨舛茸兓艽?，乙醇?8. 56 g/kg增加到83. 24 g/kg,殘?zhí)菨舛扔?5. 43 g/kg下降到8. 2 g/kg。但pH值大于7. 5時，乙醇濃度降低，殘?zhí)菨舛壬摺Ｋ赃\動發(fā)酵單胞菌發(fā)酵所需的最適pH為7. 5，PH過高或過低都不利于該菌的生長和發(fā)酵。實施例2
本實施案例說明不同氮源對運動發(fā)酵單胞菌乙醇發(fā)酵的影響，氮源是構(gòu)成菌體物質(zhì)和一些代謝產(chǎn)物的必需營養(yǎng)元素，薯類原料雖然淀粉含量較高，但含氮量低(0. 3%以下)，所以在其乙醇發(fā)酵中常需添加氮源。氮源可分為無機(jī)氮源和有機(jī)氮源兩類，由于有機(jī)氮源成分復(fù)雜，成本較高，不利于工業(yè)生產(chǎn)，因而選擇無機(jī)氮源作為發(fā)酵培養(yǎng)基的氮源，其中尿素和硫酸銨是最常用的兩種無機(jī)氮源，所以選擇這兩種氮源作為研究對象，以不添加氮源和酵母膏的培養(yǎng)基作為對照.發(fā)酵結(jié)果見表I。從表I中可以看出，隨著硫酸銨和尿素濃度從2. 5 g/kg增加到5.0 g/kg,發(fā)酵時間縮短，乙醇濃度升高，殘?zhí)菨舛冉档汀＿@說明在氮源含量較低時，所提供的氮源不能完全支持酵母的生長和發(fā)酵，當(dāng)?shù)揭欢A段，由于氮源被耗盡，菌體不能繼續(xù)生長，導(dǎo)致發(fā)酵時間延長和最終乙醇濃度較低，但當(dāng)?shù)礉舛冗^高時乙醇產(chǎn)量反而下降，這一抑制機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。因此，添加氮源有利于提高乙醇發(fā)酵效率，添加酵母粉的效果最好，其次為5 g/kg的硫酸銨。考慮到價格因素，選擇添加5 g/kg的硫酸銨作為運動發(fā)酵單胞菌乙醇發(fā)酵的氮源。表I不同氮源對運動發(fā)酵單胞菌乙醇發(fā)酵的影響
權(quán)利要求
1.一種利用運動發(fā)酵單胞菌快速發(fā)酵乙醇的方法，其特征在于發(fā)酵時，接入10%種子培養(yǎng)基和糖化酶到發(fā)酵培養(yǎng)基，采用同步糖化發(fā)酵，發(fā)酵溫度為30°c，初始糖濃度為200 g/kg。
2.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)基鮮甘薯打漿后，按照一定比例加水，液化酶的量為120 KNU/kg醪液，于80°C液化10 min，液化后添加所需營養(yǎng)物質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，液體種子的制備方法為葡萄糖100g/L，酵母粉 5 g/L, (NH4)2SO4 I g/L, KH2P04 I g/L，MgSO4 7H20 0.5 g/L，于 30°C培養(yǎng) 16 h。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，運動發(fā)酵單胞菌發(fā)酵所需的最適PH為.7.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，添加5g/kg的硫酸銨作為運動發(fā)酵單胞菌乙醇發(fā)酵的氮源。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于確定鮮甘薯細(xì)菌發(fā)酵的最適初始總糖濃度在200 g/kg左右。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用運動發(fā)酵單胞菌快速發(fā)酵乙醇的方法，本發(fā)明以運動發(fā)酵單胞菌為出發(fā)菌株，以鮮甘薯為發(fā)酵原料，采用同步糖化發(fā)酵方法進(jìn)行發(fā)酵。本發(fā)明對影響乙醇發(fā)酵的因素進(jìn)行了考察。
文檔編號C12P7/06GK102719488SQ201210253109
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月22日
發(fā)明者周雪琴 申請人:太倉市周氏化學(xué)品有限公司