[發明專利]一種基于在線電容值監測的葡萄糖補料發酵生產乙醇的方法

在審

• 申請號: 202011605264.1
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112831528A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 田錫煒;莊英萍;馮瑤;林海龍;陳陽;王澤宇;王冠;王海藝
• 申請（專利權）人: 華東理工大學;國投生物科技投資有限公司
• 主分類號: C12P7/06
• 分類號: C12P7/06;C12M1/34;C12M1/36;C12R1/865
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽

本發明公開了一種基于在線電容值監測的葡萄糖補料發酵生產乙醇的方法，所述方法包括：種子培養的步驟；發酵培養生產乙醇的步驟；在所述發酵培養生產乙醇的步驟中，在線監測發酵液電容值，當所述發酵液電容值呈下降趨勢時，開始進行葡萄糖補料，繼續發酵。本發明的方法中，將活細胞傳感儀引入到乙醇發酵過程中，通過建立電容值與活細胞之間的數學模型，證明了活細胞傳感儀在發酵過程中能夠實現關鍵指標參數生物量的在線監測，進而在線指導乙醇發酵過程中的分階段添加葡萄糖，緩解發酵過程中對細胞生長和乙醇合成的抑制作用，從而有效提高乙醇生產效率及糖醇轉化率。

技術領域

本發明涉及微生物發酵技術領域，尤其涉及一種基于在線電容值監測的葡萄糖補料發酵生產乙醇的方法。

背景技術

隨著化石燃料的消耗以及使用化石燃料造成的環境污染和全球變暖等問題的不斷升級，生物燃料被認為是最有潛力的可再生生物質能源，以期應對全球氣候變化和能源安全等帶來的風險。通過生物燃料乙醇替代化石燃料可以減少汽車90％二氧化碳排放，從而表現出更好的環境友好性，但是在經濟性上仍存在一定劣勢。因此，開發高效的燃料乙醇發酵技術是實現低成本生產的關鍵。

過程檢測對于發酵過程特性的認識和調控具有重要的作用，特別是關鍵參數的實時獲取更是能夠為在線動態調控提供基礎。雖然對于釀酒酵母發酵生產乙醇的研究已經有較多報道，并且開發了多種過程調控策略來實現高效發酵，包括高濃度底物與產物抑制緩解、高性能菌種改造、最優環境控制等。但是目前工業乙醇發酵過程控制仍以人工經驗為主，其過程在線檢測參數僅局限于溫度、pH等，因此無法實現關鍵指標參數的在線監測，尤其是生物量的在線監測。生物量是微生物生長、代謝、生產過程中的一個重要指標，是發酵過程中極為重要的控制因素，有許多常見的離線檢測方法，諸如平板計數法、細胞干重法、分光光度法、離心體積法等。但是這些方法存在離線、耗時耗力，無法區分活死細胞等缺點，因此，難以準確實時反映發酵過程中真實的活細胞狀態。

因此，亟需提供一種葡萄糖補料發酵生產乙醇的方法，通過發酵液電容值的在線監測，進而實現活細胞數量這一關鍵指標參數的在線監測，以指導乙醇發酵過程中底物的調控，提高乙醇產量和效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于在線電容值監測的葡萄糖補料發酵生產乙醇的方法，將活細胞傳感儀引入到乙醇發酵過程中，通過電容值的在線監測，進而指導乙醇發酵過程中葡萄糖的分階段添加，能夠有效緩解高濃度底物抑制作用，有效提高乙醇生產效率及糖醇轉化率。

為了實現上述目的，本發明采取了以下技術方案。

本發明提供了一種基于在線電容值監測的葡萄糖補料發酵生產乙醇的方法，所述方法包括：種子培養的步驟；發酵培養生產乙醇的步驟；

在所述發酵培養生產乙醇的步驟中，在線監測發酵液電容值，當發酵液電容值呈下降趨勢時，開始進行葡萄糖補料，使得補入葡萄糖后的發酵液中的葡萄糖濃度為90～110g/L，繼續發酵；

其中，所述發酵培養生產乙醇的步驟中，初始葡萄糖濃度為90～110g/L。

進一步，補入葡萄糖后使得發酵液中的葡萄糖濃度恢復為初始葡萄糖濃度。

進一步，所述初始葡萄糖濃度為100g/L。

進一步，采用活細胞傳感儀檢測所述發酵液電容值，所述發酵液電容值用以表征發酵液中活細胞的數量。所述發酵液電容值與菌落形成單位數(CFU) 之間為線性關系，相關系數R²達到0.996，在線監測發酵液電容值能夠快速、高效地反映過程中活細胞數量的變化。

進一步，采用活細胞傳感儀在線監測所述發酵液電容值，監測間隔時間為20～40min。