一种酵母固定化载体和制造方法技术

本发明专利技术涉及一种发酵过程的酵母载体及制法。 现有技术中，发酵的酵母载体，是用包埋法和吸附法，存在制作复杂，载体寿命不长等缺点，本发明专利技术把包埋法和吸附法有机联合起来，其特征在于是将吸附了含酵母的海绵状或纤维状结构的材料，在氯化钙溶液中浸泡，使海藻酸钠凝胶交换成为海藻酸钙凝胶，酵母细胞通过两种材料即酵母细胞是被海藻酸钙凝胶和海绵状或纤维状结构材料联合固定而形成的。本发明专利技术所述的载体与现有技术相比具有机械强度高，寿命长，活性高和制作简单的优点。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种涉及发酵工艺的酵母载体和制造方法。在酒精和啤酒生产发酵过程中，使用固定化酵母是本世纪七十年代由固定化酶技术发展起来的一项新兴的生物技术。由于固定化酵母可使发酵系统的细胞密度成倍甚至数十倍地增加，而且适于高稀释率下操作，因而可以大幅度提高发酵速度，缩短发酵周期，提高设备生产能力和生产效率，简化生产工序减轻劳动强度，使生产过程更稳定和易于控制，由于上述优点，固定化酵母技术已经成为酒精和啤酒行业发酵技术的重要发展方向，是目前国内外十分活跃的研究领域。固定化酵母技术大致可以分为吸附法和包埋法两大类，吸附法方法简单，对反应器要求不高，载体材料机械强度较高，寿命较长，因而成本较低，但缺点是吸附的细胞量很低，当醪液的环境变化时(如高流速，CO2释放激烈，翻滚剧烈，醪液PH改变时)被吸附的细胞容易脱落，造成活性下降，且易吸附杂菌难以清除，包埋法的优点在于细胞受载体保护不易流失，对恶劣环境抗御能力较强，可进行专业化生产，但其缺点是制作过程较复杂，载体寿命不长，价格较高，且载体易丧失机械强度，堵塞管路，且使成本提高。近十几年来，海藻酸钙包埋法由于具有制作方便固化条件温和，对反应器适应性较强，适于增殖培养等优点，而被重视使用，研究者们又根据它存在的弱点，专利技术了增殖细胞法和添加某种材料改善凝胶理化性质的方法，增殖细胞法是通过降低包埋细胞的初始浓度使CO2释放变得缓和，因而延缓凝胶崩裂现象，但由于包埋细胞的初始浓度受到限制，而且对凝胶的磷酸盐的稳定，没有明显改善，对于添加辅助材料改善凝胶理化性质的方法，可以使原有的海藻酸钙包埋法得到很大进步，但是，所有这些方法，无法从根本上解决海藻酸钙存在的主要问题。本专利技术正是为了解决上述问题而提出来的，它并不是从凝胶本身理化性质方面出发，直接克服海藻酸钙的弱点，而是通过把吸附和包埋两种方法联合起来的办法进行解决，这种在同一过程使用两种方法形成统一的载体，联合固定醇母细胞的技术，给固定化细胞领域引入新的概念，解决长期以来的难题，使固定化细胞的工程得以广泛应用。本专利技术提供的发酵过程(主要用于酒精和啤酒发酵过程)酵母固定化载体，是一种吸附了均匀分布的含酵母凝胶的海绵状或纤维状结构材料，其中的酵母细胞是由两种材料同时限制固定。即酵母细胞是被海藻酸钙凝胶和海绵状或纤维状结构材料联合固定而形成的，在发酵过程中这种联合固定化酵母既作为发酵活性主体，同时可用作游离酵母的种源。载体的固定材料之中海绵状或纤维状结构材料可以是开孔海绵橡胶和开孔胶乳海绵或化学纤维材料，如聚乙烯纤维，聚氯乙烯纤维，聚丙烯纤维，聚丙烯睛系纤维，乙烯醇系纤维，聚脂纤维，聚酰胺纤维，弹性纤维，含氟纤维，三乙烯基纤维，变性聚丙烯睛纤维等，上述固定化载体的制造方法是用海绵状或纤维状材料吸取含酵母的海藻酸钙溶液，将该材料浸泡在氯化钙溶液中至少24小时，海藻酸钠交换成为海藻酸钙凝胶，酵母细胞随着凝胶化过程被均匀地固定在氯化钙溶液中，即完成联合固定化过程。海藻酸钠溶液的浓度为1--3％(W/V)，最佳值为2％(W/V)酵母细胞含量为106-108个/毫升，最佳值为108个/毫升，氯化钙溶液的浓度为2-10％(W/V)，该载体用于发酵过程中的用量为酒精发酵为0.5-5％(V/V)，最高用量为30％(V/V)。啤酒发酵用量为5--15％(V/V)，最高为30％(V/V)。固化过程的具体操作步骤是用经灭菌处理的海绵状或纤维状载体材料先吸取含酵母的海藻酸钠溶液，将载体材料一块块地不粘连地投入氯化钙溶液中，使海藻酸钠在载体内交换成海藻酸钙凝胶，酵母细胞随凝胶化过程被均匀地固定在统一的载体中，在氯化钙溶液中，载体材料至少浸泡24小时即可完成凝胶化过程浸泡完毕用无菌清水清洗3次，即可投入发酵罐内进行增殖培养，也可以直接投入发酵阶段运转，发酵过程的条件控制与常用的固定化酵母发酵技术基本一致。本专利技术与现有技术相比的特点有三个方面首先在固定化方法操作过程中，现有技术是海藻酸钠溶解后与酵母细胞悬液混合均匀，然后投入某种辅助材料(如砂粒、聚氯乙烯碎片、硅粒等)使其均匀后一起滴入或注入氯化钙溶液中。换凝胶化，这些方法是以海藻酸钠溶液为操作主体，即操作以液相处理为主，其它材料是辅助性的混合进去，以改善凝胶理化性质，本专利技术操作过程与上述相反，是以海绵状或纤维状载体块为操作主体，即以固相操作为主，海藻酸钠溶液是被动的被吸取的，主要不是将海藻酸钠和载体一起倾入氯化钙溶液中，而是将吸有海藻酸钠溶液的载体一块块地投入氯化钙溶液中进行交换凝胶化，凝胶被限制在海绵状或纤维状载体结构中，酵母细胞则随凝胶化而被固定，凝胶固定细胞使之不能自由运动，而海绵状或纤维状载体结构把凝胶限制在其内不能散逸，酵母细胞实际上被一种包埋材料和一种吸附材料两种材料同时限制即为联合这两种材料组成为统一载体，即为联合载体固定化。其次，本专利技术固定化酵母使用形式和使用寿命的维持方式只与作为吸附材料的纤维状或海绵状材料质地性能有关，而与作为包埋材料的海藻酸钙关系不大，一般可以连续使用四年以上，效果不降，而现有技术中的单纯的海藻酸钙凝胶包埋，其载体使用寿命很难超过三个月。本专利技术的第三个特点是现有的其它酵母固定化方法是单纯吸附形式或单纯的包埋形式，而本专利技术是采用联合载体的形式集合了吸附和包埋二者之长，有机结合，海藻酸钙凝胶作包埋材料的优点是固定条件温和，无毒，外部细胞难以进入凝胶内。在联合载体形式中，海藻酸钙凝胶只起菌体包埋固定作用而海绵状和纤维状物体承担外形支持，机械强度，和使用寿命的维持，在使用过程中，可以避免海藻酸钙凝胶的致命弱点，即因CO2释放激烈而崩解，和因磷酸盐不稳定性而丧失机械强度，海藻酸钙凝胶受到海绵块或纤维状材料的保护和支持，即使崩裂和丧失机械强度仍可有效地被吸附载留在海绵状或纤维状物体中继续发挥效用，可以避免单纯吸附法的吸附率不高抗杂菌能力弱的缺点，又可以避免单纯的凝胶包埋法载体寿命短的缺点，而表现出独有的优势。另外，本专利技术涉及的载体在发酵中迁到杂菌污染，机械故障，或水电受阻对载体清洗除杂菌及活化等工作比现有技术更方便。本专利技术与现有技术相比的突出效果，在4×7.5M3规模的试验车间试验和日产24吨酒精的大生产车间试产，结果可以体现对比表示如下4×7.5M3试验车间试验结果 结果表明，单纯凝胶包埋使用15天后活性已开始下降，而联合固化使用120天后仍能保持活性不降。日产24吨酒精大生产车间试产结果如下表 结果表明，虽然联合固定化酵母投放量仅为的0.4％但却能提高生产能力，16％缩短时间30％，同时降低了原料单耗据统计全期成熟醪酒份平均提高0.48％(V/V)，设备利用率提高30--35％，增加产值150万元，增加税利54万元，而联合固化酵母的成本投入仅为7万元，效益十分显著。实施例1联合固定化酵母发酵甘蔗稀糖密快速生产酒精。一、材料1)菌种AS2.1190酵母菌株，由中科院微生物所供应。海藻酸钠，福建厦门冷冻厂生产食用级。2)海绵30×30×30正方体3)氯化钙化学纯4)油酸化学纯5)吐温80化学纯6)培养基1)试管斜面固体培养基，常用米曲汁培养基2)三角瓶液体培养基酵母浸出汁0.3％，尿素0.3％蔗糖10％，磷酸二氢钾0.2％，碳酸镁0.051％，PE4.5--5.0用硫酸调节，灭菌1公本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于发酵过程的酵母固定化载体，该载体是一种有弹性的固体材料，其特征在于吸附了均匀分布的含酵母海藻酸钠凝胶的海绵状或纤维状结构的材料，其中所含的酵母细胞是由两种材料同时限制固定，即酵母细胞是被海藻酸钙凝胶和海绵状或纤维状结构材料联合固定而形式的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯杰雄，黄晓维，
申请(专利权)人：广东省微生物研究所，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]