[發明專利]一種快速發酵生產乙醇的方法

有效

• 申請號: 200710049077.8
• 申請日: 2007-05-11
• 公開（公告）號: CN101302541A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 趙海;劉艷;戚天勝;沈昭萍;呂發康
• 申請（專利權）人: 中國科學院成都生物研究所
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10
• 代理公司: 成都賽恩斯專利代理事務所
• 代理人: 彭曉波

技術領域

本發明屬于生物工程技術領域，涉及一種快速發酵生產乙醇的方法。

背景技術

隨著化石能源的不斷消耗，出現能源供應危機；同時因化石能源消耗而排放出大量二氧化碳等有害氣體帶來的溫室效應和大氣污染，已影響人類社會的生存與發展。發展燃料乙醇等生物質液體燃料是人類對應上述危機的主要對策之一。目前，世界范圍內，乙醇產量的60％用作車用燃料。在巴西、美國等國家主要以甘蔗、玉米等作為燃料乙醇生產原料。我國是一個人口大國，燃料乙醇生產原料的選擇應以“不與人爭糧、不與糧爭地”為原則。根據我國國情，發展木薯、甘薯、芭蕉芋、甜高粱等非糧作物生產燃料乙醇是最有前途的方向。

甘薯、芭蕉芋等非糧作物成本非常低廉，且易栽種，我國占世界產量的絕大部分。但是，這些原料季節性強，含水量大，收獲時間比較集中，利用的附加值低，保藏很困難。原料腐爛后黏度大、輸送困難，還會產生許多抑制發酵的成分，淀粉損耗更是驚人。因此，在收獲季節，大量利用這些鮮原料發酵生產乙醇，對于降低生產成本有重要價值。

目前，對于快速發酵乙醇的研究尚欠缺。現有的乙醇發酵研究水平，生產11％～15％(體積)的乙醇，發酵時間通常在40～72h之間，發酵效率也不高。若應用于工業生產，則因發酵周期長而產生的費用很高。甘薯、芭蕉芋等具有中國特色的淀粉質原料，國外的研究很少，國內已有的乙醇生產技術水平較低。酒精廠以鮮甘薯為原料，發酵得到的乙醇濃度僅有5％～7％，發酵時間高達50h以上，平均乙醇生產速度僅有1.0g?L^-1h^-1左右，使得乙醇生產缺乏競爭力。因此，研究開發更優的發酵工藝，提高發酵液乙醇濃度，縮短發酵時間，將會極大提高乙醇生產效能，增強乙醇生產的競爭力。

酵母發酵糖類生產乙醇一般可以分為兩個階段：酵母生長繁殖、少量產乙醇；酵母發酵乙醇階段，大量產乙醇。要實現釀酒酵母快速發酵糖類生產乙醇就必須縮短酵母生長時間，快速積累菌體達到高峰值，并且使酵母菌代謝活動旺盛，其生產乙醇的一系列關鍵酶高效表達從而處于適合生產乙醇的最佳狀態并保持較長時間。但是較高濃度的糖(一般認為大于150g/L)抑制酵母生長和乙醇發酵作用，初始糖濃度越大，這種抑制作用越明顯，甚至酵母菌完全停止生長。同時，隨著發酵液中乙醇濃度的增加，乙醇對細胞膜滲透性，酶活性等影響很大，菌體也很難大量積累。另外，酵母若過度繁殖，則消耗過多糖，會導致發酵效率的降低。因此，通過發酵調控，創造適宜酵母快速生長和快速產乙醇的環境因子，并控制最佳的生物量，延長酵母保持最佳發酵狀態的時間，是酵母實現快速、高效轉化糖類生產乙醇的必要途徑。

發明內容

本發明的目的是針對現有工藝利用甘薯、芭蕉芋等薯類原料在收獲季節乙醇發酵技術水平低，乙醇含量低，發酵時間長，能耗高的不足，開發一種快速發酵生產乙醇的新方法。該方法基本思路是通過微生物代謝控制技術人為干預碳源等底物在細胞生物量積累和產物乙醇之間的合理分配，實現生物量的高效快速積累和生物量積累到乙醇發酵的快速轉換從而實現快速高效乙醇發酵。該方法以常規釀酒酵母為菌種，采用添加發酵控制調節劑、適量供氧和使發酵液中抑制劑CO₂有效排出，從而提供了一種縮短發酵時間和提高發酵效率的乙醇生產方法。

本發明快速發酵生產乙醇的技術包括：發酵培養基中添加發酵調節劑；發酵前期供應適量氧氣，使發酵液的溶解氧為50％～100％；攪動體系，使發酵液CO₂排出。本發明所涉及的調節劑為V_B1、肌醇、泛酸和生物素的混合物，其每升發酵液的添加量為：V_B110～200mg，肌醇50～200mg，泛酸100～200mg，生物素5～50μg。

本發明的工藝步驟為：

1.培養基制備

保存培養基為普通麥芽汁斜面培養基或YEPD斜面培養基。

種子培養基成分為(gL^-1)：葡萄糖60～100，酵母粉5～10，(NH₄)₂SO₄1.5，MgSO₄·7H₂O0.1，CaCl₂0.05～0.1，pH6.0～6.5。