一种酿酒酵母发酵菊芋生产乙醇的方法技术

本发明专利技术属于生物技术领域，提供一种酿酒酵母发酵菊芋生产乙醇的方法，该方法具体包括鲜菊芋块茎的清洗、切片、晒干或烘干、磨粉，制备成菊芋粉，用酸将菊芋粉水解，制得菊芋粉水解液；以菊芋粉水解液为培养基，接入酿酒酵母，厌氧发酵生产乙醇的步骤。在36h内，乙醇发酵浓度即可达到9％以上。本发明专利技术所述原料和发酵方法，具有设备要求简单、能耗低、乙醇发酵速率快、残糖低、糖醇转化率高等特点。可以替代我国现有乙醇工业生产中所采用的玉米粉、小麦粉等粮食类原料，为非粮乙醇生产奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物
，涉及一种新的乙醇生产方法，具体为。
技术介绍
资源、能源和环境是制约国民经济和社会可持续发展的重大瓶颈问题，积极探索并创立新技术，建立资源和能源可持续利用的环境友好型社会是“十二五”期间科技创新的重要内容之一。利用非耕地大规模种植高产能源植物，发展以生物燃料、生物基产品及生物材料为主体的新兴产业，是实现这一目标的主要出路。我国“十五”和“十一五”期间试点发展以燃料乙醇为代表的生物能源产业，先后在黑龙江、吉林、河南、安徽和广西四省建设了总量为152万吨的燃料乙醇装置，以玉米、小麦和木薯等淀粉质原料生产燃料乙醇，但我国人口多耕地少的基本国情，严重制约了这一产业的规模化发展。不与人争粮，不与粮争地，不破坏生态环境，是我国生物乙醇产业发展的基本方针！菊芋(Helianthus tuberous L，俗称洋姜、鬼子姜)是一种可利用边际性土地生长，生态适宜性强。鲜菊芋块茎中含水70 80%，碳水化合物 15 20%，以菊粉的形式存在。菊粉(Inulin)，又称菊糖，是由D-果糖经β-2，1糖苷键连接的聚合度不高的聚果糖，末端为一个葡萄糖残基。与目前国内外普遍关注的以农作物秸秆为代表的木质纤维素类生物质原料相比，菊芋易被酸或菊粉酶水解而生成果糖和葡萄糖的混合物，是生产乙醇的良好原料。以菊芋块茎为原料生产乙醇的研究工作在国内外均有报道，利用能产生菊粉酶的微生物菌种(例如克鲁维酵母、黑曲霉等)和乙醇发酵菌株运动发酵单胞杆菌或酿酒酵母进行混菌培养的共发酵；或利用同时具有产菊粉酶和乙醇发酵能力的克鲁维酵母进行乙醇发酵等。但由于菊粉酶的分泌受还原糖的抑制，因此在同步糖化发酵过程中的菊粉酶活力较低，使得发酵过程中的还原糖浓度一直较低，从而发酵时间较长(80-144h)，乙醇生产强度较低。由于菊芋中的果聚糖聚合度不高，很容易被稀硫酸水解为果糖和葡萄糖。赵宗保等研究了菊芋粉在高温高压下的酸水解(中国专利， CN101724654A)，但由于高温高压对设备的要求较高且耗能较高，不适于大规模的工业化生产。本专利技术是在70 90°C条件下水解菊芋粉，以普通酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae 为乙醇发酵菌种，具有设备要求简单、能耗低、乙醇发酵速率快、残糖低、糖醇转化率高等特点，是我国发展非粮燃料乙醇的良好选择。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种设备要求低、能耗低的酿酒酵母发酵菊芋生产乙醇的方法。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现，包括如下步骤①提供菊芋原料鲜菊芋原料清洗、捣碎或切片、晾干或烘干后研磨成粉；②用无机酸将该菊芋粉调节至pH为1 2，70 90°C条件下保温60 80min，然后加入碱调节菊芋粉水解液的pH为4. 5 5. 0 ；可使用各种无机酸，包括但不限于盐酸和硫酸，对酸的浓度无特别限制，只要其可使加入后所得溶液的PH在1 2之间即可；通常使用0. lmol/L硫酸或盐酸，菊芋粉与 0. lmol/L硫酸或盐酸的质量比为1 3 1 4; 所用的碱可以是各种碱，例如KOH和NaOH等，其浓度并无特殊限制，只要可将水解液的PH调节到4. 5 5. 0之间即可，通常使用lmol/L NaOH ；③将酿酒酵母在种子培养基(葡萄糖30，酵母粉4，蛋白胨4，g/L)中，32°C培养至 OD620为10，得到种子液；取IOml种子液接种到步骤②所得的菊芋水解液中进行厌氧发酵， 产生乙醇；所述步骤③还包括在接种种子前，向菊芋粉水解液中添加无机盐营养成分，所述无机盐营养成分为尿素、(NH4)2SCV KH2PO4或MgSO4 ；酉良胃―力 Saccharomyces cerevisiae 6525。本专利技术的其它方面由于本文的公开，对本领域的技术人员而言是显而易见的。本专利技术的有益效果是1.与酶水解法相比，经济成本低；2.与高温高压水解法相比，对设备要求低，简便易行、能耗小；3.水解液单糖浓度高，用于微生物发酵菌体生长快，目标产物产量高；4.通过菊芋粉水解液中少量营养盐的添加，提高发酵终点乙醇浓度，缩短发酵时间。附图说明本专利技术有附图1张图1为摇瓶中酿酒酵母发酵过程残糖浓度的变化和乙醇浓度的变化。具体实施例方式实例1 鲜菊芋原料清洗、切片、烘干后研磨成粉，过40目筛。在80ml 0. lmol/L硫酸中加入20g菊芋粉，pH为1. 15 ；80°C条件下保温80min，然后加入Imol/LNaOH，将菊芋粉水解液的PH调节为4. 5 5. 0之间，100°C灭菌15min。酿酒酵母在种子培养基中(葡萄糖30，酵4母粉4，蛋白胨4，g/L) 32°C培养至OD62tl为10，得到种子液。取IOml种子液至菊芋粉水解液中，32°C，摇床转速150rpm，厌氧发酵16h，乙醇浓度可达59g/L，剩余残糖浓度5g/L，糖醇转化率可达90%。实例2 鲜菊芋原料清洗、切片、烘干后研磨成粉，过40目筛。在600ml 0. lmol/L盐酸中加入210g菊芋粉，pH为1 ；80°C条件下保温80min，然后加入Imol/LNaOH，将菊芋粉水解液的PH调节为4. 5 5. 0之间，100°C灭菌15min。酿酒酵母在种子培养基中(葡萄糖30，酵母粉4，蛋白胨4，g/L) 32°C培养OD62tl为10，得到种子液。取IOOml至菊芋粉水解液中，发酵在1. 5L全自动发酵罐中进行，温度32°C，转速150rpm，厌氧发酵36h，乙醇浓度可达70g/L， 剩余残糖浓度10g/L，糖醇转化率86%。实例3 菊芋干片研磨成粉，过40目筛。在1200ml 0. lmol/L硫酸中加入400g菊芋粉， PH为1. 15 ；80°C条件下保温70min，然后加入lmol/L NaOH,将菊芋粉水解液的pH调节为 5.0。分装90ml/250ml三角瓶。酿酒酵母在种子培养基中(葡萄糖30，酵母粉4，蛋白胨4， g/L) 32°C培养OD62tl为10，得到种子液。取IOml种子液至上述菊芋粉水解液中，摇床转速 150rpm，温度32°C，厌氧发酵36h，乙醇浓度可达65g/L，剩余糖浓度为7g/L。实例4 菊芋干片研磨成粉，过40目筛。在1200ml 0. lmol/L硫酸中加入400g菊芋粉，pH 为1. 15 ；80°C条件下保温70min，然后加入lmol/L NaOH，将菊芋粉水解液的pH调节为5. 0。 分装90ml/250ml三角瓶，添加3g/L MgSO4或lg/LKH2P04。酿酒酵母在种子培养基中(葡萄糖30，酵母粉4，蛋白胨4，g/L) 32°C培养OD62tl为10，得到种子液。取IOml种子液至上述菊芋粉水解液中，摇床转速150rpm，温度32°C，厌氧发酵36h，乙醇浓度可达72g/L，剩余糖浓度为5g/L左右。权利要求1.，包括如下步骤①提供菊芋原料鲜菊芋原料清洗、捣碎或切片、晾干或烘干后研磨成粉；②用无机酸将该菊芋粉调节至PH为1 2，70 90°C条件下保温60 80min，然后加入碱调节菊芋粉水解液的pH为4. 5 5. 0 ；③将酿酒酵母在种子培养基中，32°C培养至OD62tl为10，得到种子液；取IOml种子液接种到步骤②所得的菊芋水解液中进行厌氧发酵，产生乙醇；所述种子培本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种酿酒酵母发酵菊芋生产乙醇的方法，包括如下步骤：①提供菊芋原料：鲜菊芋原料清洗、捣碎或切片、晾干或烘干后研磨成粉；②用无机酸将该菊芋粉调节至ｐＨ为１～２，７０～９０℃条件下保温６０～８０ｍｉｎ，然后加入碱调节菊芋粉水解液的ｐＨ为４．５～５．０；③将酿酒酵母在种子培养基中，３２℃培养至ＯＤ６２０为１０，得到种子液；取１０ｍｌ种子液接种到步骤②所得的菊芋水解液中进行厌氧发酵，产生乙醇；所述种子培养基的配方包括如下组分：葡萄糖３０ｇ／Ｌ，酵母粉４ｇ／Ｌ，蛋白胨４ｇ／Ｌ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁文杰，尹思静，任剑刚，辛程勋，白凤武，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91