卵磷脂在提高植物秸秆发酵生产乙醇产量中的应用的制作方法
【专利摘要】本发明提供了卵磷脂在提高植物秸秆发酵生产乙醇产量中的应用。本发明通过在酵母发酵培养基中添加30～100mg/L的卵磷脂，其它工艺控制条件一样，使以植物秸秆水解糖为底物发酵生产乙醇的得率达到0.47，乙醇含量达到14.56％(v/v)，而未添加卵磷脂的生产工艺中，乙醇的得率为0.40，乙醇含量为12.42％(v/v)，卵磷脂可显著提高乙醇发酵产量。该方法提高了植物秸秆发酵乙醇得率，为植物秸秆的充分开发利用提供了新思路，对于降低环境污染，保证粮食安全具有重要意义。
【专利说明】卵磷脂在提高植物秸秆发酵生产乙醇产量中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微生物发酵领域，具体地说，涉及卵磷脂在发酵生产乙醇产量中的应 用以及一种通过向培养基中添加卵磷脂提高植物秸杆发酵生产乙醇产量的方法。
【背景技术】
[0002] 世界石油资源的日益枯竭以及不断增长的温室气体效应，使人们对非石油能源产 生了极大的兴趣。利用生物质原料生产燃料乙醇部分替代化石燃料己经引起人们极大关 注。燃料乙醇作为一种可再生能源，可以通过广泛的糖类物质发酵生产，其中利用成本低 廉、数量巨大的纤维质类物质，例如植物秸杆生产燃料乙醇尤为引人关注。
[0003] 植物秸杆是丰富的农业废弃物，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。植物秸杆 在我国产量巨大，利用植物秸杆发酵生产乙醇不但缓解人类所面临的资源危机，食物短缺， 环境污染等一系列问题，也为人类持续发展提供了保证。
[0004] 植物秸杆发酵生产乙醇一般采用两步发酵法，即先将预处理后的植物纤维素原料 水解为还原糖，然后再利用还原糖发酵得到乙醇。植物秸杆水解糖中主要含有葡萄糖和木 糖，不同水解糖中两者比例有很大差异。植物秸杆发酵生产乙醇关键是提高菌体对木糖的 利用率，进而提商乙醇得率。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种提高植物秸杆发酵生产乙醇产量的方法，该方法以植物秸杆水解 糖为发酵底物，在发酵培养基中添加卵磷脂，通过酵母发酵生产乙醇。
[0006] 本发明方法中，发酵培养基中卵磷脂终浓度为30-100mg/L。
[0007] 优选地，发酵培养基中卵磷脂终浓度为50-80mg/L。
[0008] 更优选地，发酵培养基中卵磷脂终浓度为60mg/L。
[0009] 所述植物秸杆为玉米秸杆、油菜秸杆、高粱秸杆、小麦秸杆、稻草秸杆、甘蔗中的一 种或几种。
[0010] 所述酵母为酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae)、假丝酵母（Candida albicans)、树干毕赤酵母（Pichia stipitis)或其基因工程改造菌。
[0011] 本发明提供了卵磷脂在提高植物秸杆发酵生产乙醇产量中的应用。
[0012] 上述应用中，具体地，是在发酵培养基中添加终浓度为30-100mg/L的卵磷脂。
[0013] 优选地，是在发酵培养基中添加终浓度为50_80mg/L的卵磷脂。
[0014] 更优选地，是在发酵培养基中添加终浓度为60mg/L的卵磷脂。
[0015] 本发明还发现，若在发酵培养基中同时添加 Mn2+和卵磷脂，则能进一步提高 发酵生产乙醇的产量。进一步地，本发明还提供了在发酵培养基中同时添加终浓度为 0. 4-0. 8mmol/L的Mn2+和终浓度为50-80mg/L的卵磷脂在提高发酵生产乙醇的产量中的应 用。
[0016] 优选地，上述Mn2+终浓度为0· 6mmol/L。
[0017] 在本发明的一个实施例中，在发酵培养基中同时添加终浓度为0.6mmol/L Mn2+和 60mg/L卵磷脂后，发酵终点测乙醇含量为15. 46% (v/v)，残糖0. 10% (w/v)，乙醇得率为 0· 49。
[0018] 本发明所述的发酵培养基，含有以下组分：
[0019] 植物結杆水解糖以还原糖计为16%-30% (w/v)，酵母膏0· 4%-0· 7% (w/v)，蛋 白胨0.2%-0.5%^八），尿素0.01%-0.1%^八），卵磷脂 30-10011^/1，？!13.5-6.5，温度 30-32。。。
[0020] 进一步地，所述的发酵培养基，含有以下组分：
[0021] 植物結杆水解糖以还原糖计为25% (w/v)，酵母膏0. 5% (w/v)，蛋白胨0. 4% (w/ v)，尿素 0· 05 % (w/v)，卵磷脂 50-80mg/L，ρΗ3· 5-6. 5,温度 30-32°C。
[0022] 优选地，所述的发酵培养基，含有以下组分：
[0023] 植物結杆水解糖以还原糖计为25% (w/v)，酵母膏0. 5% (w/v)，蛋白胨0. 4% (w/ v)，尿素 〇· 05% (w/v)，Μη2+0· 4-0. 8mmol/L，卵磷脂 50-80mg/L，ρΗ3· 5-6. 5,温度 30-32°C。
[0024] 更优选地，本发明的发酵培养基含有以下组分：
[0025] 植物結杆水解糖以还原糖计为25% (w/v)，酵母膏0. 5% (w/v)，蛋白胨0. 4% (w/ v)，尿素 〇· 05% (w/v)，Μη2+0· 6mmol/L，卵憐脂 60mg/L，ρΗ3· 5-6. 5,温度 30_32°C。
[0026] 本发明提供了上述发酵培养基在发酵生产乙醇中的应用。
[0027] 本发明的优点在于：通过在发酵培养基中添加卵磷脂提高了乙醇得率和产量，与 传统工艺中未添加的发酵试验结果相比，使得乙醇含量达到14.56% (v/v)，乙醇得率达到 0. 47,而未添加卵磷脂的发酵方法中，乙醇含量为12. 42% (v/v)，乙醇的得率为0. 40。本发 明提供的方法简单易行，提高了植物秸杆发酵乙醇的得率，能耗少，降低了发酵生产乙醇的 成本，为植物秸杆的充分开发利用提供了新思路，对于降低环境污染，保证粮食安全具有重 要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1为不同浓度卵磷脂对植物秸杆发酵生产乙醇产量的影响图。
【具体实施方式】
[0029] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中所用酵母为 酿酒酵母，其来源：购于浙江大学，基因重组酿酒酵母S. cerevisiae ZU-10 ;卵磷脂购自安 庆市中创工程技术有限责任公司。购买厂家只是说明原料的可行性，不用来限制本发明的 范围。
[0030] 乙醇得率（g ethanol/g glucose)=终点乙醇浓度/(起始葡萄糖浓度-残糖浓 度）。乙醇密度以〇. 789g/cm3计。
[0031] 实施例1卵磷脂对植物秸杆发酵生产乙醇产量的影响
[0032] 酿酒酵母种子的培养：取一环新鲜的斜面酿酒酵母S. cerevisiae ZU-10菌体接 入含有l〇〇mL生长培养基（葡萄糖3% (w/v)，酵母浸出膏0. 4% (w/v)，蛋白胨0. 3% (w/ v)。）的250mL摇瓶中，八层纱布封口，然后，在旋转式摇床上（转速：150r/min)于30°C培 养15h后可用于接种发酵培养基。
[0033] 摇瓶发酵实验：按5% (v/v)的接种量将培养好的种子接入发酵培养基，发酵培养 基配方为玉米結杆水解糖以还原糖计25% (w/v)，酵母膏0.5 % (w/v)，蛋白胨0.4% (w/ v)，尿素 0· 05% (w/v)，卵磷脂分别为 0、30、60、80、100mg/L，pH 为 4. 5。摇瓶为 500mL (配 置水封厌氧塞），装液量为200mL。接种后在旋转式摇床上（转速：150r/min)于30°C进行 培养。发酵周期为48h。发酵终点测乙醇含量，实验结果如图1所示。图1显示，随着卵磷 脂浓度的逐渐增加，乙醇产量逐渐提高，当为卵磷脂浓度为60mg/L时，乙醇含量达顶峰，最 高值14.56% (v/v)，计算乙醇得率为0.47。之后，随着卵磷脂浓度增加，乙醇含量逐渐下 降。考虑到生产成本，本发明认为当培养基中卵磷脂添加终浓度30-100mg/L可以提高乙醇 发酵产量。
[0034] 乙醇浓度的测定方法：由气相色谱定量（美国Agilent6890系列气相色谱仪，配氢 焰离子化检测器，进样口和检测器温度分别为160°C和230°C，柱温恒温控制为90°C，采用 氮气为载气，正丁醇为内标）
[0035] 实施例2培养基中同时添加 Mn2+和卵磷脂对植物秸杆发酵生产乙醇产量的影响
[0036] 按具体实施例1中的方法培养种子后，按相同的接种摇瓶接种发酵培养基，试验 组发酵培养基配方为玉米秸杆水解糖以还原糖计25% (w/v)，酵母膏0.5% (w/v)，蛋白胨 0.4(%(界八），尿素0.05(%(￥八），]\&12+0.6_31/1^，卵憐脂6〇11^凡，卩!1为4.5。同时以不添加 Mn2+和卵磷脂，其余配方相同的作为对照组。摇瓶为500mL (配置水封厌氧塞），装液量为 200mL。接种后在旋转式摇床上（转速：150r/min)于30°C进行培养。发酵周期为48h。对 照组发酵终点测乙醇含量为12. 42 % (v/v)，残糖0. 5 % (w/v)，乙醇得率为0. 40 ;试验组发 酵终点测乙醇含量为15.46% (v/v)，残糖0. 10% (w/v)，乙醇得率为0.49。结果显示，添加 了 Mn2+和卵磷脂的试验组的乙醇含量和得率显著高于没有添加 Mn2+和卵磷脂的对照组。 [0037] 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在 本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因 此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
【权利要求】
1. 一种提高植物秸杆发酵生产乙醇产量的方法，其特征在于，以植物秸杆水解糖为发 酵底物，在发酵培养基中添加卵磷脂，通过酵母发酵生产乙醇。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，发酵培养基中卵磷脂终浓度为30-100mg/L。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，发酵培养基中卵磷脂终浓度为50-80mg/L。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，发酵培养基中卵磷脂终浓度为60mg/L。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，发酵培养基中还添加终浓度为 0. 4-〇. 8mmol/L 的 Mn2+。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述植物秸杆为玉米秸杆、油菜秸杆、高粱 結杆、小麦結杆、稻草結杆、甘鹿中的一种或几种。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酵母为酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae)、假丝酵母（Candida albicans)、树干毕赤酵母（Pichia stipitis)或其基因 工程改造菌。
8. -种发酵生产乙醇的培养基，其特征在于，含有以下组分： 植物結杆水解糖以还原糖计为16%-30% (w/v)，酵母膏0.4%-0.7% (w/v)，蛋白 胨0.2%-0.5%^八），尿素0.01%-0.1%^八），卵磷脂 30-10011^/1，？!13.5-6.5，温度 30-32。。。
9. 如权利要求8所述的培养基，其特征在于，含有以下组分： 植物結杆水解糖以还原糖计为25% (w/v)，酵母膏0.5% (w/v)，蛋白胨0.4% (w/v)， 尿素 0· 05% (w/v)，Μη2+0· 4-0. 8mmol/L，卵磷脂 50-80mg/L，ρΗ3· 5-6. 5,温度 30-32°C。
10. 权利要求8或9所述的培养基在发酵生产乙醇中的应用。
【文档编号】C12P7/10GK104120153SQ201410300598
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】李荣杰, 杨为华, 邓远德, 徐斌, 秦晴, 张雪锋 申请人:安徽丰原发酵技术工程研究有限公司