[發明專利]一種利用菊芋原料糖化和發酵同步進行生產乙醇的方法

無效

• 申請號: 200810037117.1
• 申請日: 2008-05-08
• 公開（公告）號: CN101265485A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 劉建平;李育陽;俞靜;江佳稀
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C12P7/06
• 分類號: C12P7/06;C12R1/645
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于生物技術領域，具體涉及一種新的乙醇生產方法。

背景技術

由于化石類資源有限且呈枯竭之勢，能源短缺已是當今社會面臨的一個重大問題。發展可再生的生物質能源是解決日趨緊張的能源供應的有效途徑。生物質能源是利用能源植物或農林業有機廢棄物生產出來的一種清潔能源產品，其中燃料乙醇是發展生物質能源的首選產品。目前全球燃料乙醇年產規模近3000萬噸，而我國燃料乙醇生產能力僅150萬噸左右，主要以玉米、小麥等糧食作物為原料。鑒于我國人多地少、糧食生產壓力大，以玉米、小麥等糧食作物為原料的燃料乙醇發展空間受到極大限制，難以長久支撐我國燃料乙醇產業持續發展，因此必須走原料多元化道路。據統計原料成本占燃料乙醇生產成本的70％-80％。因此，開發價廉、產量高、綜合利用價值高的能源作物勢在必行。菊芋等經濟作物成為可供選擇的原料。

菊芋(Jerusalem?artichoke)系多年生草本植物，地下塊莖型如生姜，俗稱“洋姜”。菊芋的特點是適應性和抗病能力極強，耐干旱、貧瘠和嚴寒，在不適宜糧食作物生長的廢棄土地(如鹽堿、灘涂地)上也能良好生長，且種植簡便，管理粗放，產量高(地下塊莖3-4噸/畝，地上莖桿產量也可達3噸/畝)。菊芋含糖量高，其塊莖糖含量達到鮮重的11-20％。菊芋中的糖70-90％以菊粉(inulin)形式存在，菊粉是一種多聚果糖，每個菊粉分子含有30-35個果糖殘基，經β-2，1糖苷鍵脫水聚合而成，成線型排列，果糖鏈末端為一個葡萄糖分子。除菊芋外，菊苣(chicory)和大麗花(dahlia)中也富含菊粉糖。因此，菊芋作為一種果糖含量豐富的非糧型能源作物是理想的乙醇生產原料。

菊芋發酵生產乙醇的關鍵是菊粉中的多聚果糖水解成單糖(主要為果糖)，然后被酵母等微生物利用。水解菊粉成為單糖的酶為外切型菊粉酶(inulinase)，該酶能夠從菊粉分子的末端逐一水解單糖殘基。能夠分泌菊粉酶的微生物主要為真菌，包括黑曲霉(Aspergillus?niger)、脆壁克魯維酵母((Kluyveromyces?fragilis)、馬科斯克魯維酵母(Kluyveromyces?marxianus)等。日本Kazuyoshi?Ohta等(Applied?andEnvironmental?Microbiology，59(3)：729-733，1993)將黑曲霉(Aspergillus?niger817)與發酵性能優良的釀酒酵母(Saccharomyces?cerevisiae?1200)混合培養，利用來源于菊苣和大麗花的純菊粉發酵生產乙醇，乙醇濃度達到了20％(v/v)。Katarzyna?Szambelan等(Biotechnology?Letters?26：845-848，2004)利用分泌菊粉酶的脆壁克魯維酵母(Kluyveromyces?fragilis)分別與Zymomonas?mobilis、Saccharomyces?cerevisiae混合，發酵菊芋粉生產乙醇，乙醇濃度分別達到9.9％(v/v)、9.4％(v/v)。他們還試驗了先用菊粉酶水解菊芋粉，然后利用Zymomonas?mobilis或Saccharomyces?cerevisiae發酵生產乙醇，乙醇濃度分別達到9.7％(v/v)、9.1％(v/v)。呂躍鋼等(食品與發酵工業，29(5)：66-68，2003)曾將釀酒酵母與菊粉酶共固定，利用補加了蔗糖的菊芋抽提液發酵生產乙醇，當初始糖濃度為20％(w/v)時，發酵醪液乙醇含量可達11.98％(v/v)。