本发明专利技术是一种基于氧化还原电位自动控制重复批次乙醇发酵过程方法，该方法包括：培养乙醇生产菌的步骤、重复批次发酵生产乙醇的步骤和利用氧化还原电位监测自动控制步骤。通过本发明专利技术的方法，充分发挥了自絮凝酵母沉降特性，在每一次批次过程中累积细胞，实现了高效乙醇生产过程。特别采用了氧化还原电位监控的方式，提高了该过程的自动化水平，避免了人工值守，极大地降低了人力成本，为目前以降低成本为目的燃料乙醇生产提供了有力的技术支持。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种自动控制絮凝酵母重复批次乙醇发酵的方法，属于生物工程领域。
技术介绍
燃料乙醇是现今利用最为广泛的生物能源产品。目前国内外燃料乙醇都以糖质或淀粉质原料生产，生产成本高的问题十分突出，致使这一可再生能源产业在相当大的程度上依赖政府的直接补贴和优惠的税收政策（非专利文献1）。使用木质纤维素原料是未来的发展方向，但是在实际工业化应用中，还面临着原料收集困难，预处理能耗高，纤维素酶成本高，可用发酵菌性能差等技术难题，大规模应用仍需较长的时间（非专利文献2）。通过改善现有乙醇发酵工艺，既可以直接降低现有乙醇生产成本，也可以为今后以木质纤维素为原料的燃料乙醇生产做好技术储备。使用自絮凝酵母的重复批次发酵技术，充分利用了细胞絮凝沉降自动实现与发酵液分离的特性，在发酵结束后停止搅拌，待细胞沉降后排出上清，继而加入新鲜的培养基进行发酵。与传统批次发酵过程相比较，菌体得到了重复利用，而且由于菌体分离没有使用过滤和离心等对细胞活性有影响的分离方式，细胞活性保持良好。此外，生物量在重复批次过程中得到了累积，使得乙醇的生产强度显著增高。再次，重复批次过程是一种近似的连续过程，不存在批次间的清洗设备和准备时间，进一步增强了乙醇发酵的强度，提高了设备的利用效率。（非专利文献3）在重复批次过程，每批次结束时刻的判断十分重要，如果批次结束时残糖未耗尽，那么发酵液中的残糖将增加后期蒸馏和废水处理的难度。但若残糖耗完后没有及时更换新鲜培养基，一方面酵母会利用乙醇作为底物，降低终点乙醇浓度；另一方面，饥饿条件下细胞的整体活性会降低，对后续发酵不利。因此，最理想的状态是残糖刚好利用完的时刻更换培养基。不幸的是，现今并没有简单廉价的实时葡萄糖浓度检测方法，一般的做法是由操作员每隔一定时间采样分析判断，这样极大的增加了人工负担，并不利于实现过程的自动化。而且现有文献及专利未有针对该问题的解决策略。使用氧化还原电位（ORP）为表征，检测发酵过程中的细胞状态，能够通过ORP变化曲线找出残糖消耗完毕的时刻（非专利文献4）。因此，本文基于这一原理，开发出能够自动控制的使用自絮凝酵母的重复批次发酵新技术。非专利文献1：Solange IM, Dragone G, Guimaraes PMR, Silva JPA, Carneiro LM, Roberto IC, et al. 2010. Technological trends, global market, and challenges of bio-ethanol production. Biotechnology Advances 28:817-30.非专利文献2：Bai FW, Liu CG, Huang H, Tsao GT. 2012. Biotechnology in China III: Biofuels and Bioenergy. Springer, New York.非专利文献3：Li F, Zhao XQ, Ge XM, Bai FW. 2009. An innovative consecutive batch fermentation process for very high gravity ethanol fermentation with self-flocculating yeast. Applied Microbiology and Biotechnology 84:1079-86.非专利文献4：Liu CG, Lin YH, Bai FW. 2011. Development of redox potential-controlled schemes for very-high-gravity ethanol fermentation. Journal of Biotechnology 153:42-7.
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种自动的重复批次乙醇发酵过程从而提高乙醇产率并降低劳动成本的方法。一种基于氧化还原电位监测通过程序控制发酵过程方法，该方法包括：（1）培养乙醇生产菌的步骤； （2）重复批次发酵生产乙醇的步骤；和（3）利用氧化还原电位监测自动控制步骤（2）。在本专利技术的方法中，乙醇生产菌为具有自絮凝特征的酿酒酵母。在内容（2）中，当残糖耗尽时，停止该批次的发酵。完全停止搅拌和通气，以便让絮凝颗粒快速完全的沉降。待细胞完全沉降分离后，排出上清液，加入新鲜培养基，开始下一次批次过程。在内容（3）中，控制ORP在设定点，如发酵后期氧化还原电位在1 h内持续回升速度大于2 mV/h时，则认为是底物耗尽的指示，控制系统识别底物消耗完毕的信息，通过程序完成细胞沉降、排出发酵液和补充培养基的操作，开始下一批次过程。通过本专利技术的方法，充分发挥了自絮凝酵母沉降特性，在每一次批次过程中累积细胞，实现了高效乙醇生产过程。特别采用了氧化还原电位监控的方式，提高了该过程的自动化水平，避免了人工值守，极大地降低了人力成本。为目前以降低成本为目的燃料乙醇生产提供了有力的技术支持。附图说明图1 为本专利技术中用于发酵及控制装置结构示意图。图2 为本专利技术中进行自动控制的流程图。图3 为示范例中发酵过程中ORP曲线变化图。具体实施方式<培养絮凝酵母细胞> 首先，如图1所示，在种子培养罐（T4）中，使用YPD种子培养基来培养自絮凝酵母。该设计需要有自絮凝能力的酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）。所述种子培养基使用较低糖浓度（<100 g/L）， 加入足量的酵母粉（>10 g/L）和蛋白胨(>5 g/L)。在121℃灭菌10分钟，冷却到室温后，接入斜面保存的酵母菌株。为保证种子量满足要求并且处于生长最活跃的对数生长期。培养时间优选为15-20 h，更优选为18 h；培养温度优选为28-32℃，更优选为30℃。大量通气0.2 vvm加速生物量积累。<采用连续批次发酵生产乙醇> 将上述步骤中得到的含有自絮凝酿酒酵母的种子液从种子培养罐（T4）经泵（P3）接入到搅拌式生物反应器（T2）中，开始发酵。发酵培养基中以葡萄糖为碳源，也可以以淀粉、糖蜜、木薯或者纤维素水解液（例如秸秆水解液）等为发酵培养基中的碳源。所述发酵培养基在接入絮凝酵母种子之前，优本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于氧化还原电位监测通过程序控制重复批次乙醇发酵过程方法，其特征在于，该方法包括：（1）培养乙醇生产菌的步骤；（2）重复批次发酵生产乙醇的步骤；和（3）利用氧化还原电位监测自动控制步骤（2）。
【技术特征摘要】
1.一种基于氧化还原电位监测通过程序控制重复批次乙醇发酵过程方法
，其特征在于，该方法包括：
（1）培养乙醇生产菌的步骤；
（2）重复批次发酵生产乙醇的步骤；和
（3）利用氧化还原电位监测自动控制步骤（2）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（1）所述乙醇生产
菌为具有自絮凝特性的酿酒酵母。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤（2）中使用停止
搅拌细胞形成大颗粒后自由沉降的分离方式。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，<...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晨光，白凤武，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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