[發明專利]一種表面活性劑提高酵母細胞耐毒發酵性能的方法

有效

• 申請號: 201410454864.0
• 申請日: 2014-09-09
• 公開（公告）號: CN105420288B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 張宗超;劉秀梅
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12R1/865
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發明公開了一種表面活性劑提高酵母細胞耐毒發酵性能的方法，涉及生物質原料降解通過發酵工藝生產燃料乙醇領域。通過在發酵液中直接添加表面活性劑作為細胞保護劑，在發酵過程中對發酵液進行原位脫毒，在減少發酵體系中苯酚、愈創木酚、香蘭素、醛類化合物、脂肪酸等毒性物質對發酵的抑制作用的同時改善乙醇生產效率。本發明具有如下優點：(1)工藝簡單、操作方便。(2)操作時間短、設備投資低、節約能源；(3)有效提高乙醇發酵效率、降低工業生產成本，對降低木質纖維素生產乙醇的成本具有重要意義。

技術領域

本發明涉及生物質原料降解通過發酵工藝生產燃料乙醇領域，具體涉及一種表面活性劑提高酵母細胞耐毒發酵性能的方法。

背景技術

隨著化石能源的日益枯竭和環境污染的日益加劇，可再生清潔能源生物乙醇的開發和利用受到了人們的廣泛關注。木質纖維素是自然界最為豐富且廉價的可再生資源，其主要成分纖維素半纖維素是潛在的燃料乙醇的生產原料，利用木質纖維素生產燃料乙醇具有重大的經濟價值和社會意義。但是木質纖維素材料中纖維素、半纖維素和木質素三者鏈接緊密，對木質纖維素原料進行預處理，打破三者之間的緊密結構、去掉木質素是生物乙醇生產過程中必不可少的步驟。稀酸和蒸汽爆破預處理是目前研究較多的預處理方法，在稀酸和蒸汽爆破預處理后的水解液不只包含可發酵糖，還存在弱酸、糠醛和5-羥甲基糠醛(HMF)以及酚類化合物等，這些物質對釀酒酵母發酵產生強烈抑制作用，從而影響酵母菌的正常生長和隨后的發酵過程。

因此，對預處理的木質纖維素水解液進行脫毒處理顯得尤其重要。目前文獻報道的脫毒方法主要包括水洗脫毒、物理脫毒(真空濃縮氣提法、膜分離法)、化學脫毒(是石灰中和、活性炭吸附、離子交換、溶劑萃取)、生物脫毒。例如文獻Bioprocess Biosyst Eng(2013)36:659–666采用活性炭吸附法討論了糠醛、HMF、乙酰丙酸等發酵抑制劑對酵母細胞生長速度的影響；專利CA102226204B公開了一種木質纖維素乙醇發酵液的脫毒方法，通過在待處理糖液中添加可溶性電解質鹽后加熱得到恒溫原料液通過膜組件進行膜蒸餾去除糖液中對后續發酵產生抑制作用的物質。可是，水洗、物理、化學脫毒等方式消耗大量水資源、設備投資成本高且工藝復雜，而且脫毒效果差、糖分損失嚴重；Yanling Yu報道了一種生物脫毒法(Bioresource Technology,2011,102(8):5123-5128),通過利用構巢曲霉(FLZ10)對玉米秸稈蒸汽爆破液進行生物脫毒處理，然后利用釀酒酵母進行同步糖化發酵，乙醇濃度達到34g/L,乙醇濃度未達工業生產的基準濃度(5％體積比)。該方法需要增加構巢曲霉的設備投資、培養基化學試劑及能量消耗。因此，開發一種工藝簡單、成本低廉、效果好的脫毒的方法是木質纖維素乙醇工業的必經之路。

發明內容

本發明的目的是針對現有的生物質預處理過程中產生的毒性物質對后續發酵過程的抑制作用，提供了一種表面活性劑提高酵母細胞耐毒發酵性能的方法。

一種表面活性劑提高酵母細胞耐毒發酵性能的方法，通過在發酵液中直接添加表面活性劑作為細胞保護劑，在發酵過程中對發酵液進行原位脫毒，以降低直至消除毒性物質對細胞生長的影響，提高發酵效率；具體按照以下步驟進行：

稱取釀酒酵母置于容器中，在33℃條件下用超純水復水活化15～30min后即可做酒母使用；然后加入可發酵碳水化合物、表面活性劑、pH緩沖溶液、發酵抑制劑；封口，放入搖床中進行震蕩培養，搖床轉速為160轉/min；進行超高濃度乙醇發酵，發酵溫度為25～39℃，發酵時間1～130小時；

在整個反應體系中，所述釀酒酵母0.025-0.25g，所述發酵碳水化合物的濃度為60～400g/L、表面活性劑與緩沖液的質量比為0-50％、發酵抑制劑的濃度為0～6g/L，溶液的pH為3.3～5.5。

所述的發酵介質是包含木質纖維素原料的預水解糖液或可發酵碳水化合物、釀酒酵母、PH緩沖液。

所述發酵抑制劑包括苯酚、愈創木酚、香蘭素中的一種或幾種的混合物，發酵抑制劑濃度為0-6.0g/L。