专利名称：一种利用粟酒裂殖酵母发酵菊芋制备乙醇的方法
技术领域：
本发明属于发酵技术领域，具体涉及一种利用粟酒裂殖酵母发酵菊芋制备乙醇的方法。
背景技术：
在化工领域中，乙醇(俗称酒精)是一种重要的工业原料，广泛应用于化工、食品、饮料工业、军工、日用化工和医药卫生等领域，并且乙醇作为一种优良的燃料(其燃烧值达到26900 kj/kg)，可以提高燃油品质口]。如今，在发酵行业中，主要采用酿酒酵母生物转
化生产乙醇。菊芋，俗名洋姜，原产北美，目前在中国广泛种植。菊芋块茎富含菊粉，占其干质量的68%-83 %。菊粉是果糖经β- 2，I-糖苷键聚合而成的一种果聚糖，呈直链结构，末端 常含有一个葡萄糖基，常用来生产高果糖浆，也可以用来生产乙醇。菊芋适应性强，耐贫瘠、耐寒、耐旱，特别适合在沙漠、滩涂、盐碱荒地等非农业耕地种植，且产量高，价格低廉。作为一种果糖基能源植物，菊芋与小麦、玉米等粮食类淀粉质原料相比，具有不占耕地、无需液化等优势，是我国非粮燃料乙醇生产及其产业规模化发展可选择的原料之一。以菊芋为原料生产乙醇很早就受到国内外的关注。20世纪50年代以来，国内外学者先后报道了各种以菊粉为原料生产乙醇的工艺技术，包括首先酸解或酶解菊粉生成单糖，再利用酿酒酵母发酵生成乙醇的分步糖化发酵工艺(SHF)和利用产菊粉酶的微生物与酿酒酵母进行混合培养的同步糖化发酵工艺(SSF)。
发明内容
本发明提供了一种利用粟酒裂殖酵母发酵菊芋制备乙醇的方法。I. 一种利用粟酒裂殖酵母发酵菊芋制备乙醇的方法，包括种子培养和发酵培养两步骤，其特征在于发酵时，每个三角瓶装入100 mL、一定浓度的菊粉发酵液，分别接入乙醇发酵菌种，接种量5%，在一定温度下静止培养。2.步骤I所述的种子液的制备过程酵母接入种子培养基中，30°C振荡培养48 h，使细胞浓度达到I X 10 8个/mL以上。3.步骤I所述的发酵培养基配制方法菊粉(按试验要求配制所需质量浓度，g/L)，酵母膏15 g/L，蛋白胨20 g/L，除特别指出外，初始pH值均用稀盐酸调节至不同值，115°C灭菌 35 min。4.步骤2所述的种子培养基配制方法菊粉20 g/L，酵母膏15 g/L，蛋白胨20 g/L, pH 值 4. 6 ;121°C灭菌 20 min。5.步骤I所述的最佳发酵温度为32°C。6.步骤2所述的最佳初始pH值为4. 5。7.步骤I所述的最佳菊芋粉浓度为200 g/L。本发明使用粟酒裂殖酵母进行单菌同步糖化发酵菊芋生产燃料乙醇的试验。本发明以粟酒裂殖酵母为出发菌株，以菊粉为原料，并考察了温度、初始pH值和菊粉质量浓度对乙醇发酵的影响。
图I培养温度对乙醇发酵的影响。图2不同初始pH对乙醇发酵的影响。
具体实施例方式下面的实施例对本发明作详细说明，但对本发明没有限制。本发明所用的菌株为粟酒裂殖酵母，购买于CICC，编号为CICC20249。实施例I
本实施案例说明温度对乙醇发酵的影响，温度分别为24°C、28°C、32°C、36°C和40°C，温度是微生物生长的重要环境条件之一，不但影响粟酒裂殖酵母生长和繁殖，同时也影响乙醇发酵酶系的分泌和活性，所以研究温度对粟酒裂殖酵母在乙醇发酵中的影响，对提高发酵生产的效率具有十分重要的意义。由图I可知，粟酒裂殖酵母最适发酵温度为32°C，乙醇质量浓度达74. 23 g/L,28°C和36°C也具有较高的乙醇质量浓度，分别为64. 34 g/L和68. 12 g/L，而在24°C和40°C进行发酵时，乙醇质量浓度只有42. 88 g/L和46. 46 g/L。实施例2
本实施案例说明不同初始PH值对乙醇发酵的影响，pH值是影响微生物生长的另一重要因素，通过影响酶的活性而影响发酵。初始PH分别设置为4. 0，4. 5，5.0，5. 5和6. O。结果如图2所示。由图2可知，粟酒裂殖酵母最适发酵初始pH值为4. 5左右，乙醇质量浓度达到74.48 g/L。发酵结束后，发酵液的pH值比初始时有不同幅度的下降。高的初始pH值导致发酵液褐变，同时溶液变粘稠，流动性变差，乙醇产量也随初始PH值的升高而下降，这可能是由于分解菊粉的酶和发酵糖产乙醇的酶系受PH值升高而导致酶活下降的缘故。实施例3
本实施案例说明菊芋粉浓度对乙醇发酵的影响，原料质量浓度对乙醇发酵有重要的影响，乙醇发酵是典型的产物抑制，在乙醇体积分数达到4 %左右时，就开始产生抑制，发酵速度逐渐降低直至停止，因此原料质量浓度过高会导致原料利用不完全。为尽量提高原料的利用率，常常采用较低质量浓度的原料进行乙醇发酵，但质量浓度的降低会造成发酵结束后发酵液乙醇含量低，增大了蒸馏的能耗。因此，对不同质量浓度菊粉溶液进行了发酵产乙醇的试验,对比不同质量浓度菊粉溶液的乙醇产量和理论转化率，以确定合适的发酵质量浓度。结果如表I所示。从表I可知，乙醇质量浓度随菊粉质量浓度的增加而增加，但理论转化率却降低，300 g/L和250 g/L菊粉溶液乙醇质量浓度达到92. 27 g/L和84. 86 g/L，而其理论转化率只有68. 29%和74. 89%, 200 g/L菊芋粉溶液发酵产乙醇其理论转化率达83. 64%，乙醇质量浓度达到74. 68 g/L，达到较高转化率；150 g/L菊芋粉溶液发酵产乙醇虽然理论转化率达到86. 91%，但乙醇质量浓度偏低，只有62. 46 g/L。
权利要求
1.一种利用粟酒裂殖酵母发酵菊芋制备乙醇的方法，包括种子培养和发酵培养两步骤，其特征在于发酵时，每个三角瓶装入100 mL、一定浓度的菊粉发酵液，分别接入乙醇发酵菌种，接种量5%，在一定温度下静止培养。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，种子液的制备过程酵母接入种子培养基中，30°C振荡培养48 h，使细胞浓度达到I X108f/mL以上。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，发酵培养基配制方法菊粉按试验要求配制所需质量浓度g/L，酵母膏15 g/L，蛋白胨20 g/L，除特别指出外，初始pH值均用稀盐酸调节至不同值，115°C灭菌35 min。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，种子培养基配制方法菊粉20g/L，酵母膏 15 g/L，蛋白胨 20 g/L，pH 值 4.6 ;121°C灭菌 20 min。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，发酵温度为32°C。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，初始pH值为4.5。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，菊芋粉浓度为200g/L。
全文摘要
本发明提供了一种利用粟酒裂殖酵母发酵菊芋制备乙醇的方法，本发明以粟酒裂殖酵母为出发菌株，以菊粉为原料，并考察了温度、初始pH值和菊粉质量浓度对乙醇发酵的影响。
文档编号C12R1/645GK102807996SQ20121031171
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者石大勇 申请人:太仓同济化工原料厂