一种酵母细胞超高浓度连续乙醇发酵生产的方法技术

本发明专利技术公开了一种酵母细胞超高浓度连续乙醇发酵生产的方法，包括：培养乙醇生产菌的步骤；小麦、玉米糖化液制备的步骤；利用乙醇生产菌进行超高浓度连续乙醇发酵的步骤；利用产物原位分离(气提法或膜分离法)弱化连续乙醇发酵过程中乙醇生产菌发酵参数振荡，进行稳定超高浓度乙醇连续生产的步骤。本发明专利技术的方法，在不增加设备投资的前提下，有效地实现了单级罐超高浓度连续乙醇发酵并且控制残余糖浓度低于1g/L，达到工业生产要求，为超高浓度连续乙醇发酵工业化生产提供了新的技术支持。乙醇发酵工业化生产提供了新的技术支持。乙醇发酵工业化生产提供了新的技术支持。

A method of ultra-high concentration continuous ethanol fermentation by yeast cells

【技术实现步骤摘要】
一种酵母细胞超高浓度连续乙醇发酵生产的方法


[0001]本专利技术属于生物
，涉及一种酵母细胞超高浓度连续乙醇发酵生产的方法，具体涉及一种发酵偶联产物原位分离(气提或膜分离)进行稳定的酵母细胞超高浓度连续乙醇发酵生产的方法。

技术介绍

[0002]燃料乙醇是最主要的生物能源产品之一，目前主要以糖质、淀粉质和木质纤维素原料生产。淀粉质原料生产燃料乙醇，扣除副产品冲减后，原料成本仍然占总生产成本的60％左右，居首位，能耗成本占30％左右，次之。开发廉价原料资源，特别是以各类农作物秸杆为代表的木质纤维素类生物质，是解决燃料乙醇生产原料成本高的根本途径，但由于这类生物质对纤维素酶解的强抗性，从中获得糖的成本远远高于淀粉质原料，而且水解糖中含有20％
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30％的五碳糖，难以被乙醇发酵性能优良的菌株有效利用，致使其燃料乙醇的生产成本远远高于糖质和淀粉质原料，无法工业化大规模生产。因此，开发燃料乙醇生产的节能技术，降低生产过程能耗，具有十分重要的意义。
[0003]以提高发酵终点乙醇浓度为目标的高浓度发酵，不仅可以降低发酵醪精馏操作的能耗，而且还可以减少燃料乙醇生产废糟液总量，节省废糟液处理的能耗。目前，国内外淀粉质原料乙醇发酵，连续发酵乙醇体积比浓度一般为11
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12％，间歇发酵略高，可以达到13
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15％。发酵终点乙醇浓度超过15％的高浓度发酵，甚至达到20％的超高浓度发酵，一直是学术界和工业界共同关注的研究方向，人们试图从发酵工艺的改进、培养基营养组分添加、发酵装置优化等方面着手，不断提高发酵终点乙醇浓度。然而，达到这样高乙醇浓度而导致发酵终点残余糖浓度升高，影响糖醇收率(工业生产中以进入发酵系统总糖来计算糖醇收率，发酵终点残余糖浓度升高会导致糖醇收率的显著降低)，不显著延长发酵时间，增加杂菌污染的机会，造成糖和发酵生成乙醇的损耗，是基础研究和应用技术开发面临的最大挑战，也是VHG技术迄今为止未能在工业化生产中得到实际应用的根本原因。
[0004]因此，开发超高浓度连续乙醇发酵是燃料乙醇工业化发展的一个重要方向。加拿大的DPBayrock博士利用多级串联反应器进行了短时间的超高浓度连续乙醇发酵并得到不错效果，详见：Bayrock DP,Ingledew WM.2001.Application of multistage continuous fermentation for production of fuel alcohol by very
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high
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gravity fermentation technology.Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology 27,87
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93。
[0005]然而，研究发现进行长时间超高浓度连续乙醇发酵过程中酿酒酵母呈现长周期、大振幅的振荡行为，并发现其对其乙醇发酵性能产生明显影响，详见：Bai FW,Chen LJ,Anderson WA,Moo
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Young M.2004.Parameter oscillations in very high gravity medium continuous ethanol fermentation and their attenuation on multi
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stage packed column bioreactor system.Biotechnology and Bioengineering 88:558
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566。
[0006]另外，巴西学者Walter Borzani教授也在利用酿酒酵母在含底物糖浓度20％的糖蜜(Blackstrap molasses，含有大量灰分和其它杂质)的连续乙醇发酵的研究工作中发现
长周期，大振幅的振荡行为，详见：Borzani W.2001.Variation of the ethanol yield during oscillatory concentration changes in undisturbed continuous ethanol fermentation of sugar
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cane blackstrap molasses.World Journal of Microbiology and Biotechnology 17:253
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258；遗憾的是Walter Borzani只报道了实验现象，分析了对乙醇发酵收率的影响，而没有开发这一振荡现象的弱化策略。目前，针对这种超高浓度连续乙醇发酵条件下振荡行为而开发相应的振荡弱化策略，在多级串联反应器条件下利用固定化方法较好地弱化了这种振荡，但这种多级罐串联操作的缺点在于增加了设备的投资和操作维护的难度。除此之外，而未见关于能够使高浓度乙醇发酵稳定策略的报道或专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种发酵偶联产物原位分离(气提或膜分离)技术进行稳定的酵母细胞超高浓度连续乙醇发酵生产的方法。
[0008]为了实现本专利技术的目的，本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种酵母细胞超高浓度连续乙醇发酵生产的方法，即一种在连续乙醇发酵过程中偶联气提或膜分离装置来弱化乙醇生产菌在超高浓度连续乙醇发酵过程中参数振荡的方法，包括如下步骤：
[0010](1)培养乙醇生产菌的步骤；
[0011](2)利用乙醇生产菌进行超高浓度连续乙醇发酵的步骤；和
[0012](3)利用气提法或膜分离步骤实现(2)的过程中超高浓度乙醇发酵稳定连续生产的步骤。
[0013]所述的乙醇生产菌优选为工业酿酒酵母或基因工程絮凝酵母菌BHL01。
[0014]其中，步骤(2)使用超高浓度连续乙醇发酵装置，步骤(3)的气提法使用气提装置，膜分离法使用膜分离装置；气提装置或膜分离装置偶联于超高浓度连续乙醇发酵装置，当发酵装置的发酵液中的发酵参数出现1
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10个完整的振荡周期后，启动气提或膜分离装置，向乙醇发酵液中通入气体，利用气提法弱化连续乙醇发酵过程中乙醇生产菌的振荡行为。
[0015]在步骤(2)所述超高浓度连续乙醇发酵中使用的连续发酵培养基中初始糖浓度为250g/L
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350g/L，最佳浓度为280g/L；连续发酵培养基的稀释速率为0.012
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0.036h
‑1，最佳为0.027h
‑1。
[0016]培养基中的糖为葡萄糖，或小麦、玉米的糖化液。在连续的超高浓度乙醇发酵过程中，酵母细胞的发酵参数呈现周期性大幅振荡，所述发酵参数包括发酵液中的残余糖(包括葡萄糖、木糖、阿拉伯糖)，乙醇，生物量。
[0017]在步骤(3)的气提过程中所用的气体为氮气、空气或发酵自产气体如二氧化碳，气提的原料液为乙醇生产菌的发酵液，气体通过发酵系统中在搅拌桨的剪切作用下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种酵母细胞超高浓度连续乙醇发酵生产的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)培养乙醇生产菌的步骤；(2)采用超高浓度连续乙醇发酵装置利用乙醇生产菌进行超高浓度连续乙醇发酵；(3)利用气提法或膜分离步骤实现(2)的过程中超高浓度乙醇发酵稳定连续生产的步骤。气提法使用气提装置，膜分离法使用膜分离装置；气提装置或及膜分离装置偶联于超高浓度连续乙醇发酵装置，当发酵装置的发酵液中的发酵参数出现1
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10个完整的振荡周期后，启动气提或膜分离装置，向乙醇发酵液中通入气体，利用气提法弱化连续乙醇发酵过程中乙醇生产菌的振荡行为。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中,所述的乙醇生产菌优选为工业酿酒酵母或基因工程絮凝酵母菌BHL01。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述超高浓度连续乙醇发酵中使用的连续发酵培养基中初始糖浓度为250g/L
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350g/L。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述超高浓度连续乙醇发酵中使用的连续发酵培养基的初始糖浓度为280g/L。5.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：戴相承，程驰，薛闯，潘树新，佟欣怡，李欣启，王欢，霍玉亮，崔淇，周文婧，金延铭，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：