一种利用酿酒酵母发酵生产乙醇的方法技术

本申请提供一种利用酿酒酵母发酵生产乙醇的方法，其包括如下步骤：提供具有初始葡萄糖浓度的发酵培养基；将酿酒酵母接种至发酵培养基中进行发酵以产生乙醇，并在发酵过程中监控发酵培养基中的葡萄糖浓度；在葡萄糖浓度降低至初始葡萄糖浓度的10％至50％的情况下，向发酵培养基补加浓度相当于初始葡萄糖浓度8.5％至8.9％的葡萄糖，在进行至少10次补加后结束发酵。本申请通过多次间歇式补加葡萄糖，使葡萄糖维持在设定浓度下进行发酵，降低副产物甘油产量，进行提高了目标产物乙醇的生产水平。平。平。

【技术实现步骤摘要】
一种利用酿酒酵母发酵生产乙醇的方法


[0001]本申请涉及生物工程领域，具体涉及一种利用酿酒酵母发酵生产乙醇的方法。

技术介绍

[0002]化石燃料的使用过程会向大气中释放温室气体如一氧化碳、二氧化碳等，对全球气候变化产生了巨大的影响。在过去的20年里，世界各国一直致力于开发与利用新的可持续能源来替代化石燃料，每个国家都在寻找更环保、更高效的替代燃料。燃料乙醇的应用和开发引起了全球的关注。燃料乙醇是当今世界上使用最多的液体生物燃料，与化石燃料相比，它可以将温室气体的排放量减少30％到85％，并有助于减少大气中颗粒物的产生，最高可减少50％。燃料乙醇与其他标准燃料混合，如汽油，可以减轻石油进口的压力。与标准化石燃料相比，燃料乙醇含有更高的氧，其燃烧过程更加清洁。因此，燃料乙醇的产量在过去20年中不断增加。但是，目前燃料乙醇在生产经济性上相较于化石燃料仍存在一定劣势。因此，开发高效的乙醇发酵过程优化与放大技术是实现低成本生产的重要举措。
[0003]目前已经有许多不同类型的乙醇发酵工艺，常用的发酵方式有分批发酵、连续发酵、补料分批发酵。其中，补料分批发酵可用于防止由于高初始底物浓度而引起的抑制。为此，在整个培养过程中，营养物质间歇地或连续地供应给生物反应器，以优化细胞生长，并在发酵过程中最大限度地提高产品产量，提高细胞生物量、提高生产率、减少底物或终产物抑制、降低培养液粘度和提高溶解氧速率。在酿酒酵母酒精发酵过程中，葡萄糖转化为乙醇和二氧化碳。发酵过程中的副产物如甘油、有机酸和羰基化合物的形成取决于酵母菌株、发酵培养基的成分和不同的发酵条件。
[0004]在酿酒酵母发酵过程中，底物控制在合适的浓度对发酵过程具有重要意义。底物浓度不足，会使酵母细胞生长较早达到平衡期，使得发酵提前结束，产物达不到理想浓度。反之，底物浓度过高将造成较高的渗透压不利于细胞生长，同时会产生更多副产物甘油。甘油是酿酒酵母生产乙醇的主要副产物，其作用主要在于调节渗透压以及维持细胞内的还原力平衡。在厌氧生长条件下，氧不能用于从NADH(还原型辅酶Ⅰ)再生NAD
+
(辅酶Ⅰ)；因此，在厌氧条件下，部分NAD
+
再生是通过将磷酸二羟丙酮还原为甘油
‑3‑
磷酸来实现的。酵母中甘油的这些重要作用给减少甘油产量带来了挑战。糖酵解过程中得到的磷酸二羟丙酮经过GPD和GPP两步的催化最终生成甘油，而GPD和GPP各有两个同工酶，其中GPD1和GPP2在高渗透压的时候被诱导表达，从而导致甘油产量上升。研究者通过构建缺失GPD1或GPD2，以及同时缺失两个基因的工程菌株以来阻断甘油形成路径中的关键步骤，但是这种工程菌株的生长速度会严重受阻。
[0005]因此，在不利用代谢工程手段敲除甘油合成途径条件下，如何使酿酒酵母尽可能避免产生副产物甘油，而尽可能产生乙醇是当前迫切要解决的问题。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，本申请提供一种利用酿酒酵母发酵生产乙醇的方法，在不敲除
酿酒酵母的甘油发酵途径的前提下，降低副产物甘油的含量，进而提高乙醇产率。
[0007]本申请提供一种利用酿酒酵母发酵生产乙醇的方法，其包括如下步骤：
[0008]提供具有初始葡萄糖浓度的发酵培养基；
[0009]将酿酒酵母接种至所述发酵培养基中进行发酵以产生乙醇，并在发酵过程中监控所述发酵培养基中的葡萄糖浓度；在所述葡萄糖浓度降低至所述初始葡萄糖浓度的10％至50％的情况下，向所述发酵培养基补加浓度相当于所述初始葡萄糖浓度8.5％至8.9％的葡萄糖，在进行至少10次所述补加后结束所述发酵。
[0010]可选的，在本申请一些实施例中，所述初始葡萄糖浓度为80g/L
‑
100g/L。
[0011]可选的，在本申请一些实施例中，在所述葡萄糖浓度降低至10g/L、30g/L或50g/L时进行所述补加。
[0012]可选的，在本申请一些实施例中，所述酿酒酵母的接种量为30％；和/或，所述酿酒酵母在进行所述接种时的OD
600
为8
‑
9；和/或，所述发酵的温度为30℃
‑
32℃；和/或，所述发酵培养基在所述发酵过程中持续旋转，旋转的转速为150rpm
‑
160rpm；和/或，所述发酵的总时间为27h
‑
33h。
[0013]可选的，在本申请一些实施例中，所述补加的次数为20次
‑
30次；和/或，所述监控的频率为每5至10分钟一次。
[0014]可选的，在本申请一些实施例中，所述监控的频率为每5至10分钟一次；和/或，所述监控包括如下步骤：
[0015]从所述发酵培养基中取发酵液样品，对所述发酵液样品进行离心处理，取上清经过滤膜过滤后，稀释成待测样品；
[0016]利用检测柱测定所述待测样品，获得当前所述发酵培养基中的葡萄糖浓度以及目标产物乙醇浓度和副产物甘油浓度。
[0017]可选的，在本申请一些实施例中，利用检测柱测定所述待测样品，其中，
[0018]流动相流速为0.6mL/min；检测温度为50℃，进样量为15μL；和/或，流动相为5mM的稀硫酸。
[0019]可选的，在本申请一些实施例中，每次进行所述补加的葡萄糖的浓度相当于所述初始葡萄糖浓度8.81％至8.85％。
[0020]可选的，在本申请一些实施例中，在将所述酿酒酵母接种于发酵培养基之前，还包括：培养得到所述酿酒酵母，所述培养的过程包括：
[0021]取活化后的酿酒酵母菌种的单菌落，接种于种子培养基上，在转速为210rpm
‑
230rpm，温度为28℃
‑
32℃的培养条件下进行培养，培养的时间13h
‑
15h，得到所述酿酒酵母；和/或，
[0022]所述种子培养基的成分包括：KH2PO
4 8g/L
‑
12g/L，MgSO4·
7H2O 0.8g/L
‑
1.2g/L，酵母提取物3g/L
‑
7g/L，CaCl
2 0.08g/L
‑
0.12g/L，(NH4)2SO
4 4.5g/L
‑
5.5g/L，葡萄糖38g/L
‑
42g/L。
[0023]可选的，在本申请一些实施例中，所述发酵培养基的成分包括：蛋白胨3g/L
‑
7g/L，酵母提取物15.5g/L
‑
17g/L，KH2PO
4 0.8g/L
‑
1.2g/L，尿素0.3g/L
‑
0.65g/L，葡萄糖80g/L
‑
100g/L。
[0024]本申请具有以下一种或多种有益效果：
[0025]本申请，利用酿酒酵母发酵生成乙醇，发酵过程中通过间歇式多次补充葡萄糖，监测并调控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用酿酒酵母发酵生产乙醇的方法，其特征在于，包括如下步骤：提供具有初始葡萄糖浓度的发酵培养基；将酿酒酵母接种至所述发酵培养基中进行发酵以产生乙醇，并在发酵过程中监控所述发酵培养基中的葡萄糖浓度；在所述葡萄糖浓度降低至所述初始葡萄糖浓度的10％至50％的情况下，向所述发酵培养基补加浓度相当于所述初始葡萄糖浓度8.5％至8.9％的葡萄糖，在进行至少10次所述补加后结束所述发酵。2.根据权利要求1所述的利用酿酒酵母发酵生产乙醇的方法，其特征在于，所述初始葡萄糖浓度为80g/L
‑
100g/L。3.根据权利要求2所述的利用酿酒酵母发酵生产乙醇的方法，其特征在于，在所述葡萄糖浓度降低至10g/L、30g/L或50g/L时进行所述补加。4.根据权利要求1所述的利用酿酒酵母发酵生产乙醇的方法，其特征在于，所述酿酒酵母的接种量为30％；和/或，所述酿酒酵母在进行所述接种时的OD
600
为8
‑
9；和/或，所述发酵的温度为30℃
‑
32℃；和/或，转速为150rpm
‑
160rpm；和/或，所述发酵的总时间为27h
‑
33h。5.根据权利要求1所述的利用酿酒酵母发酵生产乙醇的方法，其特征在于，所述补加的次数为20次
‑
30次；和/或，所述监控的频率为每5至10分钟一次。6.根据权利要求1所述的利用酿酒酵母发酵生产乙醇的方法，其特征在于，所述监控包括如下步骤：从所述发酵培养基中取发酵液样品，对所述发酵液样品进行离心处理，取上清经过滤膜过滤后，稀释成待测样品；利用检测柱测定所述待测样品，获得当前所述发酵培养基中的葡萄糖浓度以及目标产物乙醇浓度和副产物甘油浓度。7.根据权利要求6所述的利用酿酒酵母发酵生产乙醇的方法，其特征在于，利用检测柱测定所述待...

【专利技术属性】
技术研发人员：田锡炜，常璐，王冠，陈力凡，庄英萍，张志凌，刘晓峰，刘劲松，邓立康，林海龙，刘新颖，邵玉彬，田晓俊，
申请(专利权)人：国投生物能源铁岭有限公司国投生物科技投资有限公司，
类型：发明
国别省市：