專利名稱：一種利用嗜鞣管囊酵母發(fā)酵柑橘皮水解液制備乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用嗜鞣管囊酵母發(fā)酵柑橘皮水解液制備乙醇的方法。
背景技術(shù)：
在化工領(lǐng)域中，乙醇(俗稱酒精)是一種重要的工業(yè)原料，廣泛應(yīng)用于化工、食品、飲料工業(yè)、軍工、日用化工和醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域，并且乙醇作為一種優(yōu)良的燃料(其燃燒值達到26900 kj/kg)，可以提高燃油品質(zhì)口]。如今，在發(fā)酵行業(yè)中，主要采用釀酒酵母生物轉(zhuǎn)
化生產(chǎn)乙醇。柑橘為蕓香科柑橘屬植物，在我國種植廣泛。2006年，我國柑橘年產(chǎn)量已高達1900萬t。近年來，柑橘產(chǎn)量連年增加，出現(xiàn)了果農(nóng)“賣橘難”的現(xiàn)象。而將柑橘進行深加 工(如榨汁、加工成罐頭等)，是解決“賣橘難”問題的有效途徑。柑橘皮是柑橘深加工的主要副產(chǎn)物，來源豐富。目前，大部分柑橘皮未被利用而直接丟棄，既浪費了資源又污染了環(huán)境。如何有效利用柑橘皮資源，對于提高柑橘加工業(yè)的經(jīng)濟效益以及減少環(huán)境污染都具有重要意義。目前，人們已從柑橘皮中提取了果膠、香精油、天然色素、橙皮苷和膳食纖維等有效成分。柑橘皮也被用來加工陳皮、羅丹皮和橘皮粉等食品。在柑橘皮中纖維素和半纖維素約占50% 60%，目前除提取膳食纖維外，尚未見其它用途的報道。以柑橘皮中纖維質(zhì)原料生產(chǎn)生物燃料乙醇，是實現(xiàn)柑橘皮資源有效利用的一條重要途徑。纖維素是由D-葡萄糖通過β_1，4糖苷鍵連接而成的鏈狀高分子化合物，水解后的產(chǎn)物是葡萄糖，可被釀酒酵母cererisiae)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。與纖維素不同，半纖維素是由兩種或兩種以上的單糖組成的不均一高聚糖，主要組成單糖是木糖。半纖維素能被木聚糖酶(EC. 3.2. I. 8)水解，得到的木糖不能被釀酒酵母發(fā)酵，從而影響了乙醇的產(chǎn)量。有研究表明，如能以植物纖維質(zhì)原料中的木糖發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，可使纖維質(zhì)原料乙醇發(fā)酵的產(chǎn)量增加25%，從而降低乙醇生產(chǎn)的成本。可發(fā)酵木糖大量生產(chǎn)乙醇的酵母菌主要有嗜鞣管囊酵母{Pachysolen樹干畢赤酵母(/YcAia stipitis)等。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種利用嗜鞣管囊酵母發(fā)酵柑橘皮水解液制備乙醇的方法，本發(fā)明以嗜鞣管囊酵母為出發(fā)菌株，以柑橘皮水解液為原料，對乙醇的發(fā)酵條件進行了優(yōu)化。I. 一種利用嗜鞣管囊酵母發(fā)酵柑橘皮水解液制備乙醇的方法，包括種子培養(yǎng)和發(fā)酵培養(yǎng)兩步驟，其特征在于發(fā)酵時，將嗜鞣管囊酵母種子液接種柑橘皮水解液發(fā)酵培養(yǎng)基，考察接種量、搖床轉(zhuǎn)速、溫度、PH等工藝條件對嗜鞣管囊酵母發(fā)酵產(chǎn)乙醇的影響。2.步驟I所述的種子液的制備過程將嗜鞣管囊酵母斜面菌種接入液體種子培養(yǎng)基中，設(shè)定溫度28°C，搖床轉(zhuǎn)速150 r/min，自然pH，培養(yǎng)72 h。3.步驟I所述的發(fā)酵培養(yǎng)基取2. 5g酵母提取物，5g KH2PO4, 2 g (NH4) 2S04,0. 4g MgSO4 ·7Η20，加入柑橘皮水解液定容至I L，121°C滅菌20 min，制得柑橘皮水解液發(fā)酵培養(yǎng)基。4.步驟2所述的種子培養(yǎng)基5° Β 麥芽汁培養(yǎng)基。5.步驟3所述的柑橘皮水解液的制備方法為剝?nèi)∑そ?jīng)60°C烘干24 h，粉碎機粉碎。稱取70 g柑橘皮粉末，加水至I L，加入O. 7%木聚糖酶，60°C、pH 6.0，搖床轉(zhuǎn)速50 r/min,水解20 h, 4 000 r/min離心15 min,收集上清液。6.步驟I所述的最佳接種量為6%。7.步驟I所述的最佳轉(zhuǎn)速150 r/min。
8.步驟I所述的最佳溫度為28°C。9.步驟I所述的最佳pH值為5. O。本發(fā)明旨在研究嗜鞋管囊酵母及ia/woMHiAs)利用柑橘皮半纖維素水解液發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的可行性，并對發(fā)酵工藝條件進行研究。
圖I接種量對嗜鞣管囊酵母乙醇發(fā)酵的影響。圖2搖床轉(zhuǎn)速對嗜鞣管囊酵母乙醇發(fā)酵的影響。圖3溫度對嗜鞣管囊酵母乙醇發(fā)酵的影響。圖4 pH對嗜鞣管囊酵母乙醇發(fā)酵的影響。
具體實施例方式下面的實施例對本發(fā)明作詳細說明，但對本發(fā)明沒有限制。本發(fā)明所用的菌株為嗜鞣管囊酵母，購買于CICC，編號為CICC1770。實施例I
本實施案例說明接種量對嗜鞣管囊酵母乙醇發(fā)酵的影響，溫度28 °C，搖床轉(zhuǎn)速150 r/min, pH 4. 25，培養(yǎng)時間20 h，接種量分別為3%、6%、9%、12%、15%，對嗜鞣管囊酵母乙醇發(fā)酵的影響，如圖I所示。由圖I所知，當(dāng)接種量為6%時，細胞利用柑橘皮半纖維素水解液發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的轉(zhuǎn)化率最高，0.322 g乙醇/g木糖。當(dāng)接種量過低時，由于沒有足夠的酵母細胞進行發(fā)酵生產(chǎn)，所以培養(yǎng)基中的木糖未得到充分利用，影響乙醇得率；當(dāng)接種量過高時，培養(yǎng)基中的木糖既要滿足菌體生長需要，又要用于生產(chǎn)乙醇，導(dǎo)致乙醇得率下降。實施例2
本實施案例說明搖床轉(zhuǎn)速對嗜鞣管囊酵母乙醇發(fā)酵的影響，接種量6%，溫度28 V，pH4. 25，培養(yǎng)時間20 h，搖床轉(zhuǎn)速分別為50、100、150、200和250 r/min，對嗜鞣管囊酵母乙醇發(fā)酵的影響，如圖2所示。搖床轉(zhuǎn)速主要影響發(fā)酵過程中氧氣的供給量，進而影響到菌體的生長繁殖和產(chǎn)物生成。隨著搖床轉(zhuǎn)速的增加，發(fā)酵液中的菌體獲得的氧氣也增加。當(dāng)搖床轉(zhuǎn)速為150 r/min時，乙醇得率達到最大，O. 375 g乙醇/g木糖；當(dāng)搖床轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加時，乙醇得率卻開始降低。當(dāng)搖床轉(zhuǎn)速高于200 r/min時,氧氣的供應(yīng)充分,木糖主要用于菌體的生長,而導(dǎo)致乙醇的生成減少。當(dāng)搖床轉(zhuǎn)速為150 r/min時，菌體正好處于半好氧或限氧狀態(tài)，有利于乙醇的累。實施例3
本實施案例說明溫度對嗜鞣管囊酵母乙醇發(fā)酵的影響，接種量6%，搖床轉(zhuǎn)速150 r/min, pH 4. 25，培養(yǎng)時間20 h，溫度分別為24、28、32、36、40°C，對嗜鞣管囊酵母乙醇發(fā)酵的影響，如圖3所示。由圖3可以看出，隨著溫度的升高，乙醇得率逐漸提高，當(dāng)溫度28°C時，乙醇得率最高，O. 375 g乙醇/g木糖。乙醇是生長偶聯(lián)型產(chǎn)物，嗜鞣管囊酵母的最適生長溫度28°C，過低或過高的溫度都會影響細胞的生長，進而影響乙醇的得率。實施例4
本實施案例說明PH對嗜鞣管囊酵母乙醇發(fā)酵的影響，接種量6%，搖床轉(zhuǎn)速150 r/min,溫度28°C，培養(yǎng)時間20 h，初始pH分別為3. 5,4. 0,4. 5,5. O和5. 5，對嗜鞣管囊酵母乙醇發(fā)酵的影響，如圖4所示。由圖4可以看出，嗜鞣管囊酵母適于在pH 4. O 5. O的酸性環(huán)境中生長，并生產(chǎn)乙醇。經(jīng)測定，發(fā)酵結(jié)束時發(fā)酵液PH約下降O. 25。在pH 5. O時，乙醇得率最高，O. 391 g乙醇/g木糖，發(fā)酵液中乙醇的產(chǎn)量10. 2 mg/mL。酵母木糖代謝產(chǎn)生乙醇的理論得率為O. 46g乙醇/g木糖，本實驗結(jié)果是理論得率的84. 6%。
權(quán)利要求
1.一種利用嗜鞣管囊酵母發(fā)酵柑橘皮水解液制備乙醇的方法，包括種子培養(yǎng)和發(fā)酵培養(yǎng)兩步驟，其特征在于發(fā)酵時，將嗜鞣管囊酵母種子液接種柑橘皮水解液發(fā)酵培養(yǎng)基，考察接種量、搖床轉(zhuǎn)速、溫度、PH等工藝條件對嗜鞣管囊酵母發(fā)酵產(chǎn)乙醇的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，種子液的制備過程將嗜鞣管囊酵母斜面菌種接入液體種子培養(yǎng)基中，設(shè)定溫度28°C，搖床轉(zhuǎn)速150 r/min，自然pH，培養(yǎng)72 h。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，發(fā)酵培養(yǎng)基取2.5g酵母提取物，5gKH2PO4, 2 g (NH4) 2S04,0.4 g MgSO4 *7H20，加入柑橘皮水解液定容至 I L，121°C滅菌 20 min,制得柑橘皮水解液發(fā)酵培養(yǎng)基。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于,種子培養(yǎng)基5°B6麥芽汁培養(yǎng)基。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于柑橘皮水解液的制備方法為，剝?nèi)∑そ?jīng)60°C烘干24 h，粉碎機粉碎；稱取70 g柑橘皮粉末，加水至I L，加入0. 7%木聚糖酶，60°C、pH 6.0,搖床轉(zhuǎn)速50 r/min,水解20 h, 4 000 r/min離心15 min,收集上清液。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，接種量為6%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)速150r/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，溫度為28°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，pH值為5.O。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用嗜鞣管囊酵母發(fā)酵柑橘皮水解液制備乙醇的方法，本發(fā)明以嗜鞣管囊酵母為出發(fā)菌株，以柑橘皮水解液為原料，對乙醇的發(fā)酵條件進行了優(yōu)化。
文檔編號C12R1/645GK102808001SQ20121031181
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者石大勇 申請人:太倉同濟化工原料廠