专利名称：一种木质纤维素水解液发酵产酒精联产核酸的方法
技术领域：
本发明属于木质纤维素类物质发酵生产燃料乙醇技术领域，特别涉及一种木质纤维素水解液中的木糖高效发酵生产乙醇联产核酸的新方法。
背景技术：
现代社会面临着严重的能源危机，发展燃料乙醇作为化石燃料的替代品已经成为国际上的广泛共识。就燃料乙醇的生产原料而言，现阶段世界上大多数国家都是以玉米等粮食作物为主，但从长远来看，包括农作物秸秆在内的木质纤维素类物质，是最具前景的燃料乙醇生产原料。地球上每年光合作用的产物高达1500多亿吨，其中绝大部分为木质纤维素类物质，仅我国每年的农林废弃物就有近10亿吨。
利用木质纤维素类物质为原料发酵生产燃料乙醇尽管是大势所趋，但是还有许多技术难题亟待解决，其中木糖有效发酵问题就是一个关键问题。木糖是半纤维素中含量最多的、也是整个木质纤维素类物质中含量仅次于葡萄糖的第二大糖分，其能否有效发酵，是决定木质纤维素类物质发酵生产燃料乙醇经济可行性的关键因素之一。
菌种问题是木糖发酵问题的根本所在。传统的酒精发酵菌种——酿酒酵母尽管在葡萄糖发酵方面性能优良，却不能利用木糖。因此，选育高效的木糖发酵菌种一直是国际上的研究热点。
发明内容本发明的目的是为了解决木质纤维素发酵生产燃料乙醇过程中的木糖发酵难题和高成本问题，提供一种木质纤维素水解液发酵生产燃料乙醇联产核酸的方法，在水解液中的木糖有效转化为燃料乙醇的同时，联产附加值较高的核酸，有效地降低燃料乙醇的生产成本。
本发明采用的技术方案如下在木质纤维素水解过程中通过先酸、碱并行水解，后合并中和的水解工艺，省去单独酸/碱水解工艺所需的加碱/酸中和步骤，水解糖液中的糖得率较单独酸水解无显著差别，可降低生产成本。制备的水解糖液用本发明选育的一株高效发酵木糖并能有效积累核酸的假丝酵母(Candida shehatae，可从中国工业微生物菌种保藏中心购得，编号为CICC1766(＝ATCC 34887))进行燃料乙醇发酵，在保证较高酒精产率的同时，酵母细胞中可积累较高水平的核酸，提取核酸可有效增加企业收益，降低燃料乙醇生产成本。
本发明提供的酸、碱并行水解、后合并中和的水解工艺的具体步骤如下第一、浓缩水解糖液的制备(1)木质纤维素原料经除杂，粉碎，过20目筛备用；
(2)将上述(1)中原料按料水比1∶8～1∶10混合，在硫酸浓度为1.0％的稀酸条件下，110℃水解3小时；(3)同时，将上述(1)中原料按料水比1∶8～1∶10混合，在氢氧化钙浓度为10％的碱性条件下，150℃水解3小时；(4)将上述(2)和(3)的水解液按50∶7的体积比混合，73～76℃中和30～40min，过滤除硫酸钙沉淀和不溶性固形物；(5)将上述(4)所的滤液蒸发浓缩脱毒，浓缩至1/2体积，得浓缩水解糖液供发酵用；第二、浓缩水解糖液酒精发酵联产核酸工艺(6)向上述浓缩水解糖液中添加一定浓度的营养因子，接入酵母菌种后，进行分阶段控氧发酵，制得乙醇；(7)酒精发酵结束后，酵母细胞中可积累较高水平的核酸(12％)，提取核酸。
上述(6)步中的营养因子及其添加量为蛋白胨2.0～4.0g/L，酵母膏2.0～3.0g/L，尿素0.20～0.30g/L，CaCl20.2～0.3g/L，MgSO40.2～0.3g/L，KH2PO42.0～3.0g/L；接入的酵母菌种为假丝酵母(Candida spp.)种子。
分阶段控氧发酵的具体条件为28℃发酵，发酵前期控制溶氧10％-15％氧饱和度，16h后控制微氧，1％-5％氧饱和度。
所述的木质纤维素原料是指半纤维素组分含量高，木质素含量低的木质纤维素类物质，如为玉米芯等。
本发明的优点和积极效果提供了一种木质纤维素水解液发酵生产燃料乙醇联产核酸的方法，通过特定的菌种，可以实现水解糖液中的木糖的高效转化，并联产核酸，提高了副产物的附加值，可有效降低生产成本。提供的酸、碱并行水解，后合并中和的木质纤维素类物质水解工艺，省去单独酸/碱水解工艺所需的加碱/酸中和步骤，水解糖液中的糖得率较单独酸水解无显著差别，降低了生产成本。
具体实施方式实施例1先酸、碱并行水解、后合并中和的木质纤维素水解工艺(1)木质纤维素原料，除杂，粉碎过20目筛备用；
(2)将上诉(1)中的原料，按料水比1∶8混合，在硫酸浓度为1.0％的稀酸条件下，110℃水解3小时；(3)同时，将上诉(1)中的原料，按料水比1∶9混合，在氢氧化钙浓度为10％的碱性条件下，150℃水解3小时；(4)将上述(2)和上述(3)的水解液按50∶7的体积，75℃中和30min，过滤除硫酸钙沉淀和不溶性固形物；(5)蒸发浓缩脱毒，浓缩至1/2体积，得浓缩水解液供发酵用。
所得糖液指标见下表
实施例25L发酵罐水解液乙醇发酵联产核酸实验(1)种子培养从保藏的菌种斜面接一环于5ml麦芽汁试管中，培养24h，转接于50ml YEPX培养基中，160r/min、28℃培养24h，再以10％的接种量接于500ml二级种子培养基YEPX中160r/min、28℃培养20h，到达对数中期。其中，假丝酵母(Candida shehatae，可从中国工业微生物菌种保藏中心购得，编号为CICC1766(＝ATCC 34887))。
(2)发酵5L发酵罐装发酵培养基3L，按10％接种量接人二级种子，28℃发酵，发酵前期控制溶氧10％-15％(氧饱和度)，16h后控制微氧，1％-5％(氧饱和度)，96h发酵结束。
(3)收集菌体，提取核酸。
发酵指标为
权利要求
1.一种木质纤维素水解液高效发酵生产乙醇联产核酸的方法，其特征在于，该方法是将提供的木质纤维素类物质先酸、碱并行水解，后合并中和的水解工艺，具体步骤如下第一、浓缩水解糖液的制备(1)木质纤维素原料经除杂，粉碎，过20目筛备用；(2)将上述(1)中原料按料水比1∶8～1∶10混合，在硫酸浓度为1.0％的稀酸条件下，110℃水解3小时；(3)同时，将上述(1)中原料按料水比1∶8～1∶10混合，在氢氧化钙浓度为10％的碱性条件下，150℃水解3小时；(4)将上述(2)和(3)的水解液按50∶7的体积比混合，73～76℃中和30～40min，过滤除硫酸钙沉淀和不溶性固形物；(5)将上述(4)所的滤液蒸发浓缩脱毒，浓缩至1/2体积，得浓缩水解糖液供发酵用；第二、浓缩水解糖液酒精发酵联产核酸工艺(6)向上述浓缩水解糖液中添加一定浓度的营养因子，接入酵母菌种液后，进行分阶段控氧发酵，制得乙醇；(7)酒精发酵结束后，酵母细胞中可积累较高水平的核酸，提取核酸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(6)步中的营养因子及其添加量为蛋白胨2.0～4.0g/L，酵母膏2.0～3.0g/L，尿素0.20～0.30g/L，CaCl20.2～0.3g/L，MgSO40.2～0.3g/L，KH2PO42.0～3.0g/L；接入的酵母菌种为假丝酵母(Candida sp.)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(6)步中分阶段控氧发酵的具体条件为28℃发酵，发酵前期控制溶氧10％-15％氧饱和度，16h后控制微氧，1％-5％氧饱和度。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，上述(1)中的木质纤维素原料是指半纤维素组分含量高，木质素含量低的木质纤维素类物质。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，木质纤维素原料为玉米芯。
全文摘要
本发明提供了一种木质纤维素水解液发酵生产燃料乙醇联产核酸的方法。在木质纤维素水解过程中，通过先酸、碱并行水解，后合并中和的水解工艺，在保证糖得率的前提下，省去了单独酸/碱水解工艺所需的加碱/酸中和步骤，可降低生产成本。制备的水解糖液用一株高效发酵木糖并能有效积累核酸的假丝酵母(Candida sp.)进行分阶段控温发酵，在保证较高酒精产率(0.31g/g糖)的同时，酵母细胞中可积累较高水平的核酸(12％)，提取核酸可有效增加企业收益，降低燃料乙醇生产成本。
文档编号C10L1/02GK101041836SQ20071005728
公开日2007年9月26日 申请日期2007年4月30日 优先权日2007年4月30日
发明者陈叶福, 肖冬光, 杜丽平, 郭学武, 岳瑞雪 申请人:天津科技大学