一种固定化酵母连续发酵技术制造技术

本发明专利技术公开了一种固定化酵母连续发酵技术，它将纤维材料固定于球状的网格中作为固定化介质，同时将固定化介质填装于1‑5个串联的发酵罐中,使酵母通过吸附的作用固定于纤维载体上并进行发酵,为了维持终端发酵罐中固定化酵母活性,通过切换发酵罐顺序实现固定化酵母持久稳定连续化发酵。该固定化方法不仅投入成本低、操作方便、工艺稳定、吸附效果好，而且可以使固定化酵母具有持久、较高的活性。

A continuous fermentation technology of immobilized yeast

The invention discloses an immobilized yeast continuous fermentation technology, in which the fiber material is fixed in a spherical grid as an immobilized medium, and the immobilized medium is packed in 1_5 series fermentation tanks, so that the yeast is fixed on the fiber carrier through adsorption and fermented, in order to maintain the immobilization in the terminal fermentation tank. The immobilized yeast can be immobilized continuously and steadily for continuous fermentation by changing the activity of yeast. The immobilization method not only has the advantages of low cost, convenient operation, stable process and good adsorption effect, but also can make the immobilized yeast have a long-term and high activity.

【技术实现步骤摘要】
一种固定化酵母连续发酵技术
本专利技术属于工业生物
，具体涉及一种固定化酵母连续发酵技术。
技术介绍
由于化石能源和其他不可再生能源的过度开发，能源危机已经成为当今世界发展首要解决的问题。寻找新的替代能源已成为这些年来能源战略的重点。乙醇不仅是一种可再生燃料,而且可以与汽油混合使用以任何比例混合,以缓解石油需求的压力，是一直良好的能源替代品。目前乙醇生产主要依赖于生物发酵，因原料来源广泛(如玉米、木薯、秸秆等)，故发展潜力较大。传统乙醇发酵采用的大接种量连续流加(补料式)方式进行游离发酵，发酵周期长，酒度不高，发酵死亡率较高，且易发生染菌现象。固定化酵母研究历史较为悠久，其优点也很明显，比如发酵速度快，转化率高，且能反复利用，便于连续化发酵。然而投入生产的案列少之甚少，主要存在的问题有：固定化介质成本高、机械强度低、吸附效果和传质效果差以及连续化发酵酵母活性易退化等问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种固定化酵母连续发酵技术，以解决现有技术存在的效果不佳等问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种固定化酵母连续发酵技术，它包括如下步骤：(1)将装有吸附介质的球形网格填充于2～5个串联式发酵罐中；(2)向步骤(1)中所述的串联式发酵罐中泵入种子液，培养并循环固定；(3)种子固定结束后，排出种子醪，泵入发酵液，发酵结束后更换新的发酵液；重复发酵至发酵稳定；(4)发酵稳定后，连续泵入新的发酵液，实现连续发酵；(5)当末端发酵罐中酵母死亡率达到25～35％时，改变末端发酵罐的位置，恢复末端发酵罐中酵母的活性，并继续连续泵入新的发酵液。步骤(1)中，所述的吸附介质为植物纤维、动物纤维和化学合成纤维中的任意一种或几种的组合。其中，所述的吸附介质可预先经如下方式进行处理：将吸附介质先后置于浓度为1～100g/L的表面改性剂(如聚乙烯亚胺和丁二酰亚胺)水溶液中和1～100g/L的交联剂(戊二醛、2-甲基-1,3-丙二醛和(2S,3R)-2,3-二羟基丁二醛)水溶液中均浸泡1～40小时(温度均为常温)，再将纤维材料置于去离子水中充分漂洗后烘干。步骤(1)中，所述的球型网格由耐高温耐腐蚀耐酸碱的材质制成，优选聚四氟乙烯或聚乙烯。步骤(1)中，所述的吸附介质为正方形片状，其边长与球形网格直径的比值为0.5～0.8：1；其中，一个球型网格中装有2～4个吸附介质。步骤(1)中，所述的发酵罐的高径比为1.2～2.2：1；每个发酵罐中，吸附介质绝干的量为3～15g/L。步骤(2)中，所述的种子液为人工配置培养基，玉米、木薯或陈化粮的糖化液，纤维素水解液和糖蜜中的任意一种或几种的组合，酵母数量为1.5～3.5亿个/ml；其中，所述的人工配置培养基的配方为葡萄糖30～100g/L，蛋白胨10～20g/L，酵母膏10～20g/L，硫酸镁0.1～1g/L，Ph4.0～5.0；所述的玉米、木薯或陈化粮的糖化液中，料水质量比为2.5～3：1；所述的纤维素的水解液中，料液质量比为1：2～3，pH为4.5～5.2；水解条件为转速100～250r/min，温度45～60℃，酶解1～2.5小时；所述的糖蜜的初始总糖为20～180g/L；其中，所述的培养并循环固定是指30～35℃下循环培养(罐底部出来，罐上端入料)，循环量为0.5～4BV(1BV指的是1小时循环1遍，即1v/v/h)。步骤(3)中，所述的种子固定结束是指酵母菌体吸附量达到1.0～3.0亿个/ml。步骤(3)中，所述的发酵液为人工配置培养基，玉米、木薯或陈化粮的糖化液，纤维素水解液和糖蜜中的任意一种或几种的组合；其中，所述的人工配置培养基的配方为葡萄糖200～270g/L，蛋白胨3～10g/L，酵母膏3～10g/L，硫酸镁0.1～1g/L，Ph4.0～4.5；所述的玉米、木薯或陈化粮的糖化液中，料水质量比比为2.5～3：1；所述的纤维素的水解液中，料液质量比为1：2～3，pH为4.5～5.2；水解条件为转速100～250r/min，温度45～60℃，酶解1～2.5小时；所述的糖蜜的初始总糖为20～180g/L。步骤(3)中，单批发酵结束以外观糖降至0.5°Bx以下，还原糖降至0.2～0.4g/100mL为准。步骤(4)中，发酵稳定是指连续3批的发酵周期相差不超过6小时，糖醇转化率误差不超过5％。步骤(4)中，连续泵入新的发酵液时，进料流速为单批发酵时间倒数的1～8倍，单位为h-1。步骤(5)中，所述的改变末端发酵罐的位置是指改变发酵液的流向，使得发酵液不再从末端发酵罐最终流出；优选是指终端发酵罐与起始发酵罐互换(即发酵液从终端发酵罐开始进料，再从原起始罐流出)，或者从第2个发酵罐开始进料，依次从第3个、第4个等流进，并从原第一个发酵罐流出。步骤(5)中，所述的酵母死亡率指的是游离酵母死亡浓度与游离酵母总浓度的比值。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优势：1、本专利技术采用的固定化技术所用材料成本低、无毒性；吸附介质表面积大，吸附效果好；2、本专利技术采用的固定化方式装填密度低，载体间空隙大，相比其他吸附或交联法传质效果较好，发酵速度快，底物转化率高；3、固定化介质装填简单,便于取出和检修，适用于工业化应用；4、连续化发酵中，通过切换发酵罐顺序(或发酵液流向)，恢复末端发酵罐固定化酵母活性，使固定化酵母始终保持较高的发酵能力。附图说明图1为球状网格的结构示意图；图2为本专利技术的流程示意图；附图标记：1酸罐，2泵，3补料罐，4糖化酶罐，5发酵罐，6电机，7恒温水。具体实施方式实施例1以合成培养基为发酵原料采用竹纤维固定化酵母连续发酵产燃料乙醇首先，将剪成边长8cm的棉纤维(厚度0.2cm)固定于聚氯乙烯制成的如图1所示直径8cm球形网格中轴上(球孔边长1cm)，制备成固定化介质；然后将固定化介质以80cm2/L的填充量放入高径比2:1的20L反应器中。然后将培养好的菌种加到发酵罐中，以流速为15L/h循环固定42h。直至菌体吸附浓度2.0亿个/ml。然后排出废液。再流加发酵培养基(葡萄糖浓度为200g/L)，装液量72％，进行循环发酵，其中温度为34℃，发酵液pH4.2，流速为15L/h。5批平均发酵周期为12h，反应浓度达到94.2g/L，糖醇转化率和产率分别为92.2％和7.85g/L/h，发酵稳定后，排出发酵液，将4个20L罐串联在一起，以稀释率0.135h-1连续进料(葡萄糖浓度220.5g/L)并出料,发酵稳定后乙醇达105.2g/L，糖醇转化率93.4％，产率14.20g/L/h，发酵6天细胞死亡率超过30％，改变料液流向(反方向)，以相同稀释率进行流加，发酵20小时后，末端罐出料糖浓降至2以下，乙醇浓度达104.8g/L，转化率为93％。通过切换方式，发酵可稳定运行2个月之久。实施例2以木薯液化醪培养基为发酵原料采用竹纤维固定化酵母连续发酵产燃料乙醇首先，将剪成边长4cm的柱纤维(厚度0.2cm)固定于聚四氟乙烯制成的如图1所示直径3cm球形网格中轴上(球孔边长1cm)，制备成固定化介质；然后将固定化介质以90cm2/L的填充量放入高径比2.5:1的10L反应器中。然后将培养好的菌种加到发酵罐中，以流速为10L/h循环固定48h。直至菌体吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固定化酵母连续发酵技术，其特征在于，它包括如下步骤：(1)将装有吸附介质的球形网格填充于2～5个串联式发酵罐中；(2)向步骤(1)中所述的串联式发酵罐中泵入种子液，培养并循环固定；(3)种子固定结束后，排出种子醪，泵入发酵液，发酵结束后更换新的发酵液；重复发酵至发酵稳定；(4)发酵稳定后，连续泵入新的发酵液，实现连续发酵；(5)当末端发酵罐中酵母死亡率达到25～35％时，改变末端发酵罐的位置，恢复末端发酵罐中酵母的活性，并继续连续泵入新的发酵液。

【技术特征摘要】
1.一种固定化酵母连续发酵技术，其特征在于，它包括如下步骤：(1)将装有吸附介质的球形网格填充于2～5个串联式发酵罐中；(2)向步骤(1)中所述的串联式发酵罐中泵入种子液，培养并循环固定；(3)种子固定结束后，排出种子醪，泵入发酵液，发酵结束后更换新的发酵液；重复发酵至发酵稳定；(4)发酵稳定后，连续泵入新的发酵液，实现连续发酵；(5)当末端发酵罐中酵母死亡率达到25～35％时，改变末端发酵罐的位置，恢复末端发酵罐中酵母的活性，并继续连续泵入新的发酵液。2.根据权利要求1所述的固定化酵母连续发酵技术，其特征在于，步骤(1)中，所述的吸附介质为植物纤维、动物纤维和化学合成纤维中的任意一种或几种的组合。3.根据权利要求1所述的固定化酵母连续发酵技术，其特征在于，步骤(1)中，所述的球型网格由聚四氟乙烯或聚乙烯制成。4.根据权利要求1所述的固定化酵母连续发酵技术，其特征在于，步骤(1)中，所述的吸附介质为正方形片状，其边长与球形网格直径的比值为0.5～0.8：1；其中，一个球型网格中装有2～4个吸附介质。5.根据权利要求1所述的固定化酵母连续发酵技术，其特征在于，步骤(1)中，所述的发酵罐的高径比为1.2～2.2：1；每个发酵罐中，吸附介质绝干的量为3～15g/L。6.根据权利要求1所述的固定化酵母连续发酵技术，其特征在于，步骤(2)中，所述的种子液为人工配置培养基，玉米、木薯或陈化粮的糖化液，纤维素水解液和糖蜜中的任意一种或几种的组合，酵母数量为1.5～3.5亿个/ml；其中，所述的人工配置培养基的配方为葡萄糖30～100g/L，蛋白胨10～20g/L，酵母膏10～20g/L，硫酸镁0.1～1g/L，Ph4.0～5.0；所述的玉米、木薯或陈化粮的糖化液中，料...

【专利技术属性】
技术研发人员：应汉杰，刘庆国，陈勇，邹亚男，赵南，刘桂文，
申请(专利权)人：南京高新工大生物技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32