专利名称：利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法
技术领域：
本发明涉及一种生产纤维素酒精的方法，尤其涉及一种利用玉米芯加工残渣——木糖渣、木糖醇渣、康醛渣发酵生产纤维素酶液，进而酶解木糖渣、木糖醇渣或康醛渣生产酒精的方法，属于微生物发酵生产领域。
背景技术：
目前发酵法生产酒精主要以谷物、薯类和糖蜜为原料，其生产工艺复杂，成本高，存在与人争粮争地的问题。从开辟新的能源和治理环境污染考虑，以废弃纤维素类资源生产酒精的研究日益受到人们的重视。尽管以废弃纤维素类资源的利用有所报道，但是，利用玉米芯加工残渣——木糖渣、木糖醇渣、康醛渣液体深层发酵生产纤维素酶液，进而酶解木糖渣、木糖醇渣或康醛渣生产酒精的方法，经检索，目前还未见报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是采用现代生物技术，利用工业废弃纤维物质，特别是玉米芯加工残渣——木糖渣、木糖醇渣、康醛渣通过液体深层发酵生产高活性纤维素酶液，进而利用纤维素酶液酶解木糖渣、木糖醇渣、康醛渣等玉米芯加工残渣生产酒精的方法。
本发明所述的利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法，由如下步骤组成(1)菌种选择选用纤维素酶产生菌拟康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液体发酵菌种制备用步骤(1)所述的菌株，在无菌条件下，经试管斜面、摇瓶、一级种子罐、二级种子罐逐级放大培养，制得菌数达OD值1.0～1.2×10/ml的液体发酵菌种；其中所述斜面培养基成分以重量百分比计为10％的麸皮水加2％的琼脂粉；所述摇瓶、一级种子罐、二级种子罐使用的培养基是菌种增殖培养基，其成分及制备是将木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣、麸皮、蛋白胨、硫酸铵、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，pH自然；所述摇瓶培养条件是温度28℃-33℃，摇床转速150-180r/min，培养时间30-60小时；一级种子罐，二级种子罐培养条件是温度28℃-33℃，罐压0.5Kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.8-1.0，搅拌转速100-150r/min，好氧培养30-60小时；(3)纤维素粗酶液制备使用产酶培养基，以装料系数70-80％的量装入发酵罐内，再以装料量的重量百分比计，加入10％步骤(2)所述的液体发酵菌种，以培养温度28℃-33℃，罐压0.6～1kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.8～1.0，搅拌转速100～150r/min的条件，好氧发酵80-136小时，制得高活性纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；其中所述产酶培养基，其成分及制备方法是将木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣∶麸皮∶水以2-5∶2-5∶100的比例配合；再以重量百分比计，补加微晶纤维0.4-0.8％，硫酸铵0.2-0.5％，KH2PO40.2-0.4％，MgSO40.04-0.06％，pH 5.0-6.0；(4)厌氧同步糖化发酵生产酒精取步骤(3)制得的粗酶液与玉米芯加工残渣—木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣以酶量10FPU/g干渣的比例在酒精发酵罐中混合，再加入总液重量10％的酒精酵母，厌氧同步糖化发酵，发酵温度为28℃-35℃，pH值为4-5；发酵12-48小时时，根据发酵醪酒精浓度，再补入或分批补入上述木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣总干重比例40％～60％的木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣；以使在发酵时间至60-72小时时的发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上，发酵完成；其中所述酒精酵母是细胞数达1亿/ml、出芽率15-30％的酵母醪液；(5)酒精纯化对步骤(4)制得的发酵后的酒精醪液进行蒸馏，即得酒精。
在上述的利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法中步骤(3)所述的木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣∶麸皮∶水的重量比优选是3∶3∶100。
在上述的利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法中步骤(3)所述的微晶纤维优选是0.5-0.7％，硫酸铵优选是0.3-0.4％，KH2PO4优选是0.3-0.4％，MgSO4优选是0.05-0.06％，pH优选5.4-5.8。
在上述的利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法中步骤(2)或步骤(3)所述的培养温度优选是30℃-33℃。
在上述的利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法中步骤(2)或(3)所述的通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计优选为1∶0.9。
在上述的利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法中步骤(3)所述的好氧发酵时间优选是100-136小时。
在上述的利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法中步骤(4)所述的发酵温度优选为30℃-33℃，pH值优选为4.3～4.8。
其中步骤(4)所述的发酵温度最优选为30℃-32℃，pH值最优选为4.5～4.6。
在上述的利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法中步骤(2)、(3)或(4)所述的混合渣是指木糖渣与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残渣发酵生产纤维素酒精的方法中步骤(4)所述的根据发酵醪酒精浓度是指酒精浓度在体积百分比8％以下时；所述补料量依据发酵醪酒精浓度确定，所述发酵醪酒精浓度越低，补料次数和补料量越多，通常的补料次数为1～2次。
在上述的利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法中步骤(4)所述的发酵完成的指标是发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上。
利用本发明所述的方法可以成功地利用工业废弃纤维物质，特别是玉米芯加工残渣——木糖渣、木糖醇渣、康醛渣通过液体深层发酵生产高活性纤维素酶液，进而酶解所述木糖渣、木糖醇渣、康醛渣等残渣制得酒精；制得酒精原料出酒率达20％以上，生产成本低于粮食酒精，发酵后的废渣可作燃料，实现了将工业废渣变废为宝，同时还解决了环境污染问题，具有极大的推广应用价值。
本发明所述的方法具有以下特点1、纤维素酶的生产和酒精生产所使用的原料是工业废纤维物质---木糖渣、木糖醇渣或康醛渣，在目前玉米芯加工生产木糖、木糖醇、低聚木糖、糠醛等系列产品已经成熟推广应用的基础上，玉米芯加工残渣——木糖渣、木糖醇渣、康醛渣易于集中和收集，并且，玉米芯及其加工残渣经过前一产品工序加工处理过，更有利于微生物的分解利用，可诱导大量纤维素酶合成，减少了原料预处理工序，降低了生产成本。
2、本发明的方法采用了选育的拟康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCCNo3.3002为菌种，液体深层发酵，生产稳定性高，不污染杂菌，便于大规模工业化生产。发酵后的残渣主要成分为木素，热值较原木糖渣或木糖醇渣或康醛渣提高，可烧锅炉，为酒精生产提供热电；利用残余木素燃烧联产热电，构成玉米芯的三类主要成分分别被转化为不同产品的完整生物炼制流程，实现了将工业废渣变废为宝，同时还解决了环境污染问题，具有极大的社会和经济价值。
3、酒精发酵工艺采用了同步糖化发酵工艺，克服了糖类及其它产物对纤维素酶的抑制，并简化了先糖化后发酵的复杂工艺。
4、酒精发酵工艺中采用了中间补料的措施，提高了发酵醪液的酒精浓度，降低了后提取工艺的生产成本。
图1利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的工艺流程图。
具体实施例方式
实施例1利用木糖渣发酵生产纤维素酒精的方法，由如下步骤组成(1)菌种选择选用纤维素酶产生菌拟康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液体发酵菌种制备用步骤(1)所述的菌株，在无菌，30℃条件下，经试管斜面、摇瓶、一级种子罐、二级种子罐逐级放大培养，制得菌数达OD值1.1×10/ml的液体发酵菌种；其中
所述斜面培养基成分以重量百分比计为10％的麸皮水加2％的琼脂粉；所述摇瓶、一级种子罐、二级种子罐使用的培养基是菌种增殖培养基，其成分及制备方法是将木糖渣、麸皮、蛋白胨，硫酸铵、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，PH自然。
所述摇瓶培养温度30℃，摇床转速160r/min，培养时间30小时，一级种子罐、二级种子罐培养温度30℃，罐压0.5kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/气体积m3·分钟计，1∶0.9，搅拌转速130-150r/min，培养时间，一级种子罐35小时，二级种子罐45小时。
(3)纤维素粗酶液制备所使用的培养基是产酶培养基，其成分及制备方法是以重量百分比木糖渣、麸皮、水以3∶3∶100的比例配合；再以重量百分比计，补加微晶纤维06％，硫酸铵0.4％，KH2PO4 0.3％，MgSO4 0.05％，pH5.6，以装料系数75％的量装入发酵罐内，再以装料量的重量百分比计，加入10％步骤(2)所述的液体发酵菌种，以培养温度30℃，罐压0.8kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.9，搅拌转速120r/min的条件，好氧发酵108小时，制得高活性纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厌氧同步糖化发酵生产酒精取步骤(3)制得的粗酶液与木糖渣以酶量10FPU/g干渣的比例在酒精发酵罐中混合(酶液∶料＝重量比1.5∶1)，再加入总液重量10％的酒精酵母(酵母细胞数达1亿/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厌氧同步糖化发酵，发酵温度为30℃，pH值为4.6；发酵24小时时，根据发酵醪酒精浓度，再补入上述木糖渣总干重比例50％的木糖渣；以使在发酵时间至65-72小时时的发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上，发酵完成；(5)酒精纯化对步骤(4)制得的发酵后的酒精醪液以常规方法进行蒸馏，即得酒精。
实施例2利用木糖醇渣发酵生产纤维素酒精的方法，由如下步骤组成(1)菌种选择选用纤维素酶产生菌拟康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液体发酵菌种制备用步骤(1)所述的菌株，在无菌，28℃条件下，经试管斜面、摇瓶、一级种子罐、二级种子罐逐级放大培养，制得菌数达OD值1.0×10/ml的液体发酵菌种；其中所述斜面培养基成分以重量百分比计为10％的麸皮水加2％的琼脂粉；所述摇瓶、一级种子罐、二级种子罐使用的培养基是菌种增殖培养基，其成分及制备方法是将木糖醇渣、麸皮、蛋白胨、硫酸铵、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，PH自然。
所述摇瓶、培养温度28℃；摇床转速150-160r/min，振荡培养时间35小时一级种子罐、二级种子罐培养温度是28℃，；罐压0.5Kg/cm2，通气量发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计，1∶0.8，搅拌转速100-110r/min，培养时间，一级种子罐40小时，二级种子罐50小时。
(3)纤维素粗酶液制备所使用培养基是产酶培养基；其成分及制备方法是将木糖醇渣、麸皮、水按重量比以2.5∶2.5∶100的比例配合；再以重量百分比计，补加微晶纤维0.4％，硫酸铵0.2％，KH2PO4 0.2％，MgSO4 0.04％，pH5.0；以装料系数70％的量装入发酵罐内，再以装料量的重量百分比计，加入10％步骤(2)所述的液体发酵菌种，以培养温度28℃，罐压0.6kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.8，搅拌转速100r/min的条件，好氧发酵86小时，制得高活性纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厌氧同步糖化发酵生产酒精取步骤(3)制得的粗酶液与木糖醇渣以酶量10FPU/g干渣的比例在酒精发酵罐中混合(酶液∶料＝重量比1∶1)，再加入总液重量10％的酒精酵母(酵母细胞数达1亿/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厌氧同步糖化发酵，发酵温度为28℃，pH值为4.3；发酵12小时时，根据发酵醪酒精浓度，再分两批补入上述木糖醇渣总干重比例40％的木糖醇渣；以使在发酵时间至60-66小时时的发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上，发酵完成；(5)酒精纯化对步骤(4)制得的发酵后的酒精醪液以常规方法进行蒸馏，即得酒精。
实施例3利用木糖渣发酵生产纤维素酒精的方法，由如下步骤组成(1)菌种选择选用纤维素酶产生菌拟康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液体发酵菌种制备用步骤(1)所述的菌株，在无菌，33℃条件下，经试管斜面、摇瓶、一级种子罐、二级种子罐逐级放大培养，制得菌数达OD值1.2×10/ml的液体发酵菌种；其中所述斜面培养基成分以重量百分比计为10％的麸皮水加2％的琼脂粉；所述摇瓶、一级种子罐、二级种子罐使用的培养基是菌种增殖培养基，其成分及制备方法是将木糖渣、麸皮、蛋白胨、硫酸铵、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，pH自然；所述摇瓶、培养温度33℃；摇床转速170-180r/min，振荡培养时间38小时一级种子罐、二级种子罐培养温度是33℃，；罐压0.5Kg/cm2，通气量发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计，1∶1.0，搅拌转速140-150r/min，培养时间，一级种子罐46小时，二级种子罐60小时。
(3)纤维素粗酶液制备所使用的培养基是产酶培养基，其成分及制备方法是木糖渣、麸皮、水以5∶5∶100的比例配合；再以重量百分比计，补加微晶纤维0.8％，硫酸铵0.5％，KH2PO40.4％，MgSO40.06％，pH 6.0；以装料系数80％的量装入发酵罐内，再以装料量的重量百分比计，加入10％步骤(2)所述的液体发酵菌种，以培养温度33℃，罐压1kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶1.0，搅拌转速150r/min的条件，好氧发酵120小时，制得高活性纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厌氧同步糖化发酵生产酒精取步骤(3)制得的粗酶液与木糖渣以酶量10FPU/g干渣的比例在酒精发酵罐中混合(酶液∶料＝重量比2∶1)，再加入总液重量10％的酒精酵母(酵母细胞数达1亿/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厌氧同步糖化发酵，发酵温度为33℃，pH值为5.0；发酵48小时时，根据发酵醪酒精浓度，再分三批补入上述木糖渣总干重比例60％的木糖渣；以使在发酵时间至70-72小时时的发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上，发酵完成；(5)酒精纯化对步骤(4)制得的发酵后的酒精醪液以常规方法进行蒸馏，即得酒精。
实施例4利用木糖渣与木糖醇渣等量混合渣发酵生产纤维素酒精的方法，由如下步骤组成(1)菌种选择选用纤维素酶产生菌拟康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液体发酵菌种制备用步骤(1)所述的菌株，在无菌，30℃条件下，经试管斜面、摇瓶、一级种子罐、二级种子罐逐级放大培养，制得菌数达OD值1.1×10/ml的液体发酵菌种；其中所述斜面培养基成分以重量百分比计为10％的麸皮水加2％的琼脂粉；所述摇瓶、一级种子罐、二级种子罐使用的培养基是菌体增殖培养基，其成分及制备方法是将木糖渣与木糖醇渣等量混合渣、麸皮、蛋白胨、硫酸铵、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，PH自然；所述摇瓶、培养温度30℃，摇床转速160-170r/min，振荡培养时间30小时；一级种子罐、二级种子罐培养温度是30℃；罐压0.5Kg/cm2，通气量发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计，1∶0.9，搅拌转速120-130r/min，培养时间，一级种子罐35小时，二级种子罐45小时。
(3)纤维素粗酶液制备所使用的培养基是产酶培养基，其成分及制备方法是以木糖渣和木糖醇渣等量混合渣、麸皮、水按重量比3∶3∶100的比例配合；再以重量百分比计，补加微晶纤维0.6％，硫酸铵0.4％，KH2PO40.3％，MgSO40.05％，pH 5.6；以装料系数75％的量装入发酵罐内，再以装料量的重量百分比计，加入10％步骤(2)所述的液体发酵菌种，以培养温度30℃，罐压0.8kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.9，搅拌转速120r/min的条件，好氧发酵108小时，制得高活性纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厌氧同步糖化发酵生产酒精取步骤(3)制得的粗酶液与木糖渣与木糖醇渣等量混合渣以酶量10FPU/g干渣的比例在酒精发酵罐中混合(酶液∶料＝重量比1.5∶1)，再加入总液重量10％的酒精酵母(酵母细胞数达1亿/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厌氧同步糖化发酵，发酵温度为30℃，pH值为4.6；发酵24小时时，根据发酵醪酒精浓度，再补入上述木糖渣与木糖醇渣等量混合渣总干重比例50％的木糖渣与木糖醇渣等量混合渣；以使在发酵时间至65-72小时时的发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上，发酵完成；(5)酒精纯化对步骤(4)制得的发酵后的酒精醪液以常规方法进行蒸馏，即得酒精。
实施例5利用木糖渣与木糖醇渣3∶2混合渣发酵生产纤维素酒精的方法，由如下步骤组成(1)菌种选择选用纤维素酶产生菌拟康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液体发酵菌种制备用步骤(1)所述的菌株，在无菌，32℃条件下，经试管斜面、摇瓶、一级种子罐、二级种子罐逐级放大培养，制得菌数达OD值1.0×10/ml的液体发酵菌种；(菌数应以OD值表示)。
其中所述斜面培养基成分以重量百分比计为10％的麸皮水加2％的琼脂粉；所述摇瓶、一级种子罐、二级种子罐使用的培养基是菌种增殖培养基，其成分及制备方法是将木糖渣与木糖醇渣3∶2混合渣、麸皮、蛋白胨、硫酸铵、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，PH自然；所述摇瓶、培养温度32℃，摇床转速160-170r/min，振荡培养时间33小时；一级种子罐、二级种子罐培养温度是32℃，；罐压0.5Kg/cm2，通气量发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计，1∶1.0，搅拌转速110-120r/min，培养时间，一级种子罐38小时，二级种子罐48小时。
(3)纤维素粗酶液制备所使用的培养基是产酶培养基，其成分及制备方法是将木糖渣与木糖醇渣3∶2混合渣、麸皮、水按重量比3∶3∶100的比例配合；再以重量百分比计，补加微晶纤维0.6％，硫酸铵0.5％，KH2PO40.4％，MgSO40.06％，pH 5.8；以装料系数75％的量装入发酵罐内，再以装料量的重量百分比计，加入10％步骤(2)所述的液体发酵菌种，以培养温度32℃，罐压1.0kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶1.0，搅拌转速130r/min的条件，好氧发酵118小时，制得高活性纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厌氧同步糖化发酵生产酒精取步骤(3)制得的粗酶液与木糖渣与木糖醇渣3∶2混合渣以酶量10FPU/g干渣的比例在酒精发酵罐中混合(酶液∶料＝重量比1.3∶1)，再加入总液重量10％的酒精酵母(酵母细胞数达1亿/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厌氧同步糖化发酵，发酵温度为32℃，pH值为4.8；发酵28小时时，根据发酵醪酒精浓度，再分两批补入上述木糖渣与木糖醇渣3∶2混合渣总干重比例50％的木糖渣与木糖醇渣3∶2混合渣；以使在发酵时间至68-72小时时的发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上，发酵完成；(5)酒精纯化对步骤(4)制得的发酵后的酒精醪液以常规方法进行蒸馏，即得酒精。
实施例6利用康醛渣发酵生产纤维素酒精的方法，由如下步骤组成(1)菌种选择选用纤维素酶产生菌拟康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液体发酵菌种制备用步骤(1)所述的菌株，在无菌，30℃条件下，经试管斜面、摇瓶、一级种子罐、二级种子罐逐级放大培养，制得菌数达OD值1.1×10/ml的液体发酵菌种；其中所述斜面培养基成分以重量百分比计为10％的麸皮水加2％的琼脂粉；所述摇瓶、一级种子罐、二级种子罐使用的培养基是菌种增殖培养基，其成分及制备方法是将康醛渣、麸皮、蛋白胨，硫酸铵、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，PH自然。
所述摇瓶培养温度30℃，摇床转速160r/min，培养时间30小时，一级种子罐、二级种子罐培养温度30℃，罐压0.5kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/气体积m3·分钟计，1∶0.9，搅拌转速130-150r/min，培养时间，一级种子罐35小时，二级种子罐45小时。
(3)纤维素粗酶液制备所使用的培养基是产酶培养基，其成分及制备方法是以重量百分比康醛渣、麸皮、水以3∶3∶100的比例配合；再以重量百分比计，补加微晶纤维06％，硫酸铵0.4％，KH2PO4 0.3％，MgSO4 0.05％，pH5.6，以装料系数75％的量装入发酵罐内，再以装料量的重量百分比计，加入10％步骤(2)所述的液体发酵菌种，以培养温度30℃，罐压0.8kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.9，搅拌转速120r/min的条件，好氧发酵108小时，制得高活性纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厌氧同步糖化发酵生产酒精取步骤(3)制得的粗酶液与康醛渣以酶量10FPU/g干渣的比例在酒精发酵罐中混合(酶液∶料＝重量比1.5∶1)，再加入总液重量10％的酒精酵母(酵母细胞数达1亿/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厌氧同步糖化发酵，发酵温度为30℃，pH值为4.6；发酵24小时时，根据发酵醪酒精浓度，再补入上述康醛渣总干重比例50％的康醛渣；以使在发酵时间至65-72小时时的发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上，发酵完成；
(5)酒精纯化对步骤(4)制得的发酵后的酒精醪液以常规方法进行蒸馏，即得酒精。
实施例7利用木糖渣与木糖醇渣、康醛渣等量混合渣发酵生产纤维素酒精的方法，由如下步骤组成(1)菌种选择选用纤维素酶产生菌拟康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液体发酵菌种制备用步骤(1)所述的菌株，在无菌，30℃条件下，经试管斜面、摇瓶、一级种子罐、二级种子罐逐级放大培养，制得菌数达OD值1.1×10/ml的液体发酵菌种；其中所述斜面培养基成分以重量百分比计为10％的麸皮水加2％的琼脂粉；所述摇瓶、一级种子罐、二级种子罐使用的培养基是菌体增殖培养基，其成分及制备方法是将木糖渣与木糖醇渣、康醛渣等量混合渣、麸皮、蛋白胨、硫酸铵、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，pH自然；所述摇瓶、培养温度30℃，摇床转速160-170r/min，振荡培养时间30小时；一级种子罐、二级种子罐培养温度是30℃；罐压0.5Kg/cm2，通气量发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计，1∶0.9，搅拌转速120-130r/min，培养时间，一级种子罐35小时，二级种子罐45小时。
(3)纤维素粗酶液制备所使用的培养基是产酶培养基，其成分及制备方法是以木糖渣和木糖醇渣、康醛渣等量混合渣、麸皮、水按重量比3∶3∶100的比例配合；再以重量百分比计，补加微晶纤维0.6％，硫酸铵0.4％，KH2PO40.3％，MgSO40.05％，pH 5.6；以装料系数75％的量装入发酵罐内，再以装料量的重量百分比计，加入10％步骤(2)所述的液体发酵菌种，以培养温度30℃，罐压0.8kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.9，搅拌转速120r/min的条件，好氧发酵108小时，制得高活性纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；(4)厌氧同步糖化发酵生产酒精取步骤(3)制得的粗酶液与木糖渣与木糖醇渣、康醛渣等量混合渣以酶量10FPU/g干渣的比例在酒精发酵罐中混合(酶液∶料＝重量比1.5∶1)，再加入总液重量10％的酒精酵母(酵母细胞数达1亿/ml、出芽率15-30％的酒母醪液)，厌氧同步糖化发酵，发酵温度为30℃，pH值为4.6；发酵24小时时，根据发酵醪酒精浓度，再补入上述木糖渣与木糖醇渣、康醛渣等量混合渣总干重比例50％的木糖渣与木糖醇渣、康醛渣等量混合渣；以使在发酵时间至65-72小时时的发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上，发酵完成；(5)酒精纯化对步骤(4)制得的发酵后的酒精醪液以常规方法进行蒸馏，即得酒精。
权利要求
1.一种利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法，由下述步骤组成(1)菌种选择选用纤维素酶产生菌拟康氏木酶(Trichoderma Pseudokoningii)CGMCC No3.3002；(2)液体发酵菌种制备用步骤(1)所述的菌株，在无菌条件下，经试管斜面、摇瓶、一级种子罐、二级种子罐逐级放大培养，制得菌数达OD值1.0～1.2×10/ml的液体发酵菌种；其中所述斜面培养基成分以重量百分比计为10％的麸皮水加2％的琼脂粉；所述摇瓶、一级种子罐、二级种子罐使用的培养基是菌种增殖培养基，其成分及制备是将木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣、麸皮、蛋白胨、硫酸铵、水按重量比1∶2∶0.3∶0.2∶100的比例配合，pH自然；所述摇瓶培养条件是温度28℃-33℃，摇床转速150-180r/min，培养时间30-60小时；一级种子罐，二级种子罐培养条件是温度28℃-33℃，罐压0.5Kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.8-1.0，搅拌转速100-150r/min，好氧培养30-60小时；(3)纤维素粗酶液制备使用产酶培养基，以装料系数70-80％的量装入发酵罐内，再以装料量的重量百分比计，加入10％步骤(2)所述的液体发酵菌种，以培养温度28℃-33℃，罐压0.6～1kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.8～1.0，搅拌转速100～150r/min的条件，好氧发酵80-136小时，制得高活性纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的粗酶液；其中所述产酶培养基，其成分及制备方法是将木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣∶麸皮∶水以2-5∶2-5∶100的比例配合；再以重量百分比计，补加微晶纤维0.4-0.8％，硫酸铵0.2-0.5％，KH2PO40.2-0.4％，MgSO40.04-0.06％，pH 5.0-6.0；(4)厌氧同步糖化发酵生产酒精取步骤(3)制得的粗酶液与玉米芯加工残渣-木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣以酶量10FPU/g干渣的比例在酒精发酵罐中混合，再加入总液重量10％的酒精酵母，厌氧同步糖化发酵，发酵温度为28℃-35℃，pH值为4-5；发酵12-48小时时，根据发酵醪酒精浓度，再补入或分批补入上述木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣总干重比例40％～60％的木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣；以使在发酵时间至60-72小时时的发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上，发酵完成；其中所述酒精酵母是细胞数达1亿/ml的、出芽率15-30％的酵母醪液；(5)酒精纯化对步骤(4)制得的发酵后的酒精醪液进行蒸馏，即得酒精。
2.如权利要求1所述的利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法，其特征是步骤(3)所述的木糖渣或木糖醇渣或康醛渣或其混合渣∶麸皮∶水的重量比是3∶3∶100。
3.如权利要求1所述的利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法，其特征是步骤(3)所述的微晶纤维是0.5-0.7％，硫酸铵是0.3-0.4％，KH2PO4是0.3-0.4％，MgSO4是0.05-0.06％，自然pH 5.4-5.8。
4.如权利要求1所述的利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法，其特征是步骤(2)或步骤(3)所述的培养温度是30℃-33℃。
5.如权利要求1所述的利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法，其特征是步骤(2)或(3)所述的通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计为1∶0.9。
6.如权利要求1所述的利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法，其特征是步骤(3)所述的好氧发酵时间是100-136小时。
7.如权利要求1所述的利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法，其特征是步骤(4)所述的发酵温度为30℃-33℃，pH值为4.3～4.8。
8.如权利要求7所述的利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法，其特征是步骤(2)、(3)或(4)所述的混合渣是指木糖渣与木糖醇渣或康醛渣或其三者间以任意重量比例配合的混合物。
9.如权利要求1所述的利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法，其特征是步骤(4)所述的根据发酵醪酒精浓度是指酒精浓度在体积百分比8％以下时；所述补料量依据发酵醪酒精浓度确定，所述发酵醪酒精浓度越低，补料次数和补料量越多。
10.如权利要求1所述的利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法，其特征是步骤(4)所述的发酵完成的指标是发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上。
全文摘要
本发明公开了一种利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素酒精的方法，由(1)菌种选择，(2)液体发酵菌种制备，(3)纤维素粗酶液制备，(4)厌氧同步糖化发酵生产酒精，(5)酒精纯化等步骤组成。本发明的方法中制酶及酒精发酵原料来源于工业废弃物，特别是玉米芯加工残渣——木糖渣、木糖醇渣、康醛渣，生产成本低，稳定性好，便于大规模工业化生产，制得酒精原料出酒率达20％以上，生产成本低于粮食酒精，发酵后的废渣可作燃料。本发明实现了将工业废渣变废为宝，同时还解决了环境污染问题，具有极大的推广应用价值。
文档编号C12P7/10GK1944658SQ20061013196
公开日2007年4月11日 申请日期2006年10月13日 优先权日2006年6月9日
发明者曲音波, 朱明田, 程少波, 肖林, 鲍晓明, 林建强 申请人:山东大学, 山东龙力生物科技有限公司