专利名称：一种利用甘薯淀粉同步糖化发酵生产燃料乙醇的方法
技术领域：
本发明属于发酵技术领域，具体涉及一种利用甘薯淀粉同步糖化发酵生产燃料乙醇的方法。
背景技术：
乙醇是一种高效、清洁的可再生能源，在汽油中添加10%_15%乙醇所形成的乙醇汽油已在我国东北、北京、上海等地试用。燃料乙醇在我国主要利用粮食作物玉米、小麦进行生产，原料紧缺，并且容易引起粮食价格上涨，因此利用非粮食的淀粉生物质或非淀粉的纤维素生物质如甘薯、木薯、甜高粱、甘蔗作为原料，进行大规模生产生物质燃料乙醇的意 义重大。其中甘薯是一种非粮食作物，在我国各地均有种植，其淀粉含量在30%左右，甘薯来源广泛，种植成本低，价格不会大幅度提高，因此作为生产燃料乙醇的原料有较大优势。但用甘薯淀粉浓醪发酵乙醇存在固形物浓度增大、流动性差的缺点，且容易发生沉淀，因此不利于大罐连续发酵；而甜高粱汁的含糖量较低，直接发酵生产所得乙醇浓度较低，且蒸馏时耗能大，因此也不适合直接用于乙醇发酵。目前国内有关混合原料发酵的研究较少。易弋等对木薯粉与糖蜜混合发酵生产柠檬酸进行了研究；申乃坤等对木薯粉甘蔗汁混合原料同步糖化发酵乙醇工艺进行了研究；目前对甘薯淀粉和甜高粱汁混合原料同步糖化发酵乙醇的研究还未见报道。
发明内容
本发明提供了一种利用甘薯淀粉同步糖化发酵生产燃料乙醇的方法，通过对菌株培养条件的研究，确定了菌株最适的发酵培养条件料液比为I :5，发酵初始pH值4. 5，发酵温度30°C，接种量3%，对用甘薯淀粉同步糖化发酵生产燃料乙醇有利。I.采用同步糖化发酵方法，先将甘薯淀粉和甜高粱汁以一定的料液比进行混合，pH值调至5. 5左右；再加入10 U/g耐高温淀粉酶，迅速加热到85-90°C，液化60 min后降温到37°C，冷却后调节pH值至4. 5;再加入160 U/g糖化酶和硫酸铵I g/L进行接种发酵。2.步骤I所述的种子培养基配方葡萄糖20 g/L,酵母粉10 g/L,蛋白胨20 g/L,琼脂 20 8/1，？!1值6.0。3.步骤I所述的最佳料液比为I :5。4.步骤I所述的最佳发酵初始pH值4. 5。5.步骤I所述的最佳发酵温度30°C。6.步骤I所述的最佳接种量3%。本发明选用甘薯淀粉为原料，采用甜高粱汁代替水作为拌料液发酵来制备乙醇，探讨了料液比、初始PH值、接种量及发酵温度等因素对发酵过程的影响，为下一步发酵工艺的改进和放大试验提供参考。
图I不同料液比对乙醇发酵的影响。图2不同pH值对乙醇发酵的影响。图3不同温度对乙醇发酵的影响。图4不同接种量对乙醇发酵的影响。
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酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) CICC 1027,保藏于中国工业微生物菌种保藏管理中心。 实施例I
本实施案例说明不同料液比对发酵的影响，为探讨不同料液比对乙醇产量的影响，选择不同料液比进行乙醇发酵，结果如图I所示。从图I可以看出，甜高粱汁和清水作为拌料液，乙醇产量和发酵醪的糖浓度存在着明显差别，在料液比I :3时，甜高粱汁和甘薯淀粉混合后发酵醪的黏度和还原糖浓度都很高，从而使发酵醪的残糖浓度较高，发酵效率低；而当甘薯淀粉与甜高粱汁的混合比例大于I : 5时，初始发酵醪的黏度和还原糖浓度下降，发酵效率明显提高，表明乙醇产量提高的同时发酵醪的残糖浓度降低。总的看来，甘薯淀粉与甜高粱汁的料液混合比例为I : 5时，发酵乙醇产量较高，此时发酵醪液的乙醇浓度为10. 2%，发酵效率为76. 4% ;此外，在发酵过程中还发现，加液量越大发酵液沉淀越严重，从而影响发酵效率；从浓醪液发酵节省能源和提高设备的利用率的角度考虑，选用料液比I : 5。实施例2
本实施案例说明不同PH值对乙醇发酵的影响，为探讨不同pH值对乙醇产量的影响，选择不同PH值进行乙醇发酵，结果如图2所示。结果见图2，发酵醪液的pH值会影响营养物质进入细胞的速度，也影响酵母胞内酶活性。为了明确甘薯淀粉和甜高粱汁混合原料发酵的最适初始PH值，将甘薯淀粉与甜高粱汁按料液比I : 5调成匀浆，液化降温至37°C后，用硫酸分别调节pH值至3. 5、4. 5，以自然条件PH值(5. 6)作对照，添加糖化酶，接种后振荡培养，测定发酵醪的还原糖含量及乙醇浓度。从图2可以看出，在pH值为4. 5时，发酵乙醇产量最高，故选用在pH值4. 5为发酵pH值。实施例3
本实施案例说明不同温度对乙醇产量的影响，为探讨不同温度对乙醇产量的影响，使用不同温度进行乙醇发酵，结果如图3所示。从图3中可以得出，一般酵母菌的正常生活和繁殖温度为28 34°C，温度对乙醇发酵的影响主要表现在发酵前期影响菌体的生长。将甘薯淀粉与甜高粱汁按I : 5的料液比调成匀浆，液化降温至37°C后，用硫酸调节pH值至4. 5，再添加糖化酶，接种后振荡培养，发酵温度分别为25、30、35°C，测定发酵醪的还原糖及乙醇浓度。从图3可以看出，在培养温度为25°C时，发酵液中还原糖含量较少，但是发酵效率很低；当温度为35°C时，不仅发酵效率低，同时发酵醪的还原糖浓度较高；而当温度为30°C时，乙醇产量最高。
实施例4
本实施案例说明不同接种量对乙醇产量的影响，为探讨不同接种量对乙醇产量的影响，使用不同接种量进行乙醇发酵，结果如图4所示。接种量分别为1%、3%、5%、7%、10%,发酵温度为30°C。由于酵母接种量少，发酵醪初始的酵母浓度低，因此菌体都处于生长繁殖期，发酵能力低，导致发酵时间延长，且由于酵母较长时间不能在醪液中占绝对优势，容易引起杂菌污染；当酵母接种量大时，则使前发酵期短，总发酵时间减短；当酵母初始浓度太大时，随接种而移入的代谢废物过多，且由于采用的是同步糖化发酵，菌数增殖过快可能会造成糖化速度跟不上需求，酵母因缺乏营养而过早退化，造成产酒能力下降。适宜的接种量既能保证合理缩短发酵周期，又能得到较高的 发酵产酒精水平，因此以3%的酵母接种量为宜。
权利要求
1.一种利用甘薯淀粉同步糖化发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于采用同步糖化发酵方法，先将甘薯淀粉和甜高粱汁以一定的料液比进行混合，PH值调至5. 5左右；再加入10 U/g耐高温淀粉酶，迅速加热到85-90°C，液化60 min后降温到37°C，冷却后调节pH值至4. 5 ;再加入160 U/g糖化酶和硫酸铵I g/L进行接种发酵。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，种子培养基配方葡萄糖20g/L，酵母粉10 g/L，蛋白胨 20 g/L，琼脂 20 8/1，？!1值6.0。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，料液比为I:5。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，发酵初始pH值4.5。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，发酵温度30°C。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，接种量3%。
全文摘要
本发明提供了一种利用甘薯淀粉同步糖化发酵生产燃料乙醇的方法，通过对菌株培养条件的研究，确定了菌株最适的发酵培养条件料液比为15，发酵初始pH值4.5，发酵温度30℃，接种量3%，对用甘薯淀粉同步糖化发酵生产燃料乙醇有利。
文档编号C12R1/865GK102807999SQ20121031191
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