本发明专利技术公开了一种载体发酵技术制备乙醇的方法，包括以下步骤：将酿酒酵母和黑曲霉分别进行培养；将酿酒酵母接种到黑曲霉的培养液中，培养形成混合菌丝球；将混合菌丝球倒入发酵培养基中，在30℃、40-60r/min的条件下同步糖化发酵制备乙醇。本发明专利技术将同步糖化发酵工艺和微生物固定化技术进行了巧妙的结合，降低了发酵液的黏度，有效防止了杂菌污染，降低了废糟液的COD值，提高了乙醇的收率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，具体涉及一种将固定化载体作为发酵菌种与同步糖化发酵技术有机结合在一起的一种发酵制备乙醇的方法。
技术介绍
燃料乙醇最早是采用玉米为原料发酵制成，但这一过程使用玉米量较大，对国家粮食安全构成了威胁。2006年以来我国出台了一系列政策，强调发展燃料乙醇应坚持“非粮”原则，控制玉米产品深加工产业的盲目发展。菊芋(俗称洋姜、姜不辣、鬼子姜)主要成分是菊粉，是最简单的一类果聚糖，含糖量为其干重的60%~70%。菊芋水解比淀粉质原料还容易，不需要高温液化，直接用菊粉酶水解即可获得可发酵性糖，工艺流程简单，能耗低，与目前人们普遍关注的以农作物秸杆为代表的木质纤维素类生物质相比，更易于实现产业化。菊芋与其他农作物相比有许多明显的优点，如适应性强、耐贫瘠、耐寒、耐旱、种植简易、产量高等。可在沙漠、盐碱地或滩涂地种植生长，可利用海水养殖废水非灌溉水资源灌溉。菊芋作为一种极具潜力的乙醇发酵原料，与淀粉质原料相比，菊芋低温条件下即可实现糊化，在节能方面具有优势。在2007年在国务院办公厅转发的国家发改委《生物产业发展“十?一五”规划》中明确提出“支持以甜高粱、木薯和菊芋等非粮原料生产燃料乙醇”，鼓励非粮原料燃料乙醇技术的开发和产业发展。 以菊芋为原料制备乙醇的生物发酵所用菌种一般为酵母菌，因为菊芋不能直接利用，需要先糖化，所以发酵方法有同步糖化发酵和先糖化后发酵，所谓同步糖化发酵是指糖化菌种和发酵菌种混合培养，边糖化边发酵，先糖化后发酵是指先利用糖化菌种将菊糖水解，再利用发酵菌种进行发酵。同步糖化发酵的优点为使发酵醪中水解下来的可发酵性糖被及时发酵为乙醇，在过程中不积累，防止糖积累而抑制菊粉酶分泌，避免底物抑制现象出现，可以有效防止杂菌污染，提高乙醇收率，但是目前国内以菊芋为原料酒精发酵技术工艺技术水平低，菊糖利用率不高，损失较大。另外，菌种游离存在菌种难以回收的问题，造成生产成本过高、环境污染，而固定化细胞技术能很好的解决这一问题，所谓固定化细胞技术是指将具有一定生理功能的生物细胞，用一定的方法将其固定，作为固体生物催化剂而加以利用的一门技术。在乙醇制备中，将酵母固定化会大大提高了酶促反应效率，因此具有很好的应用前景。但是目前公开的酵母固定化技术成本高、固定技术单一。大连理工大学的常宝磊的硕士生论文中对菊芋生产乙醇的方法进行了研究，其用絮凝酵母作为发酵菌种制备乙醇，该方法缺点是对菌种要求较高，既要有絮凝活性、糖化能力，又要有发酵能力，这样菌种对底物的利用效率和发酵能力都受到一定的影响，影响乙醇的收率。葛向阳等(葛向阳、张伟国，同步糖化发酵菊芋生产酒精中黑曲霉菌株的选育，食品与生物技术学报，第25卷第2期，2006年3月)利用黑曲霉和酿酒酵母采用同步糖化法制备乙醇。该方法的缺点是菌种没有固定化，无法进行高密度发酵，影响设备的利用率；没有进行发酵菌种的回收，造成发酵菌种的浪费，而且容易造成环境污染。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种，该方法将载体固定的菌种作为发酵菌种和同步糖化发酵技术进行结合和改进，简化了工艺路线，提高了乙醇收率，减轻了环境污染。所述载体发酵技术是指将发酵菌种用微生物载体进行固定，并用载体固定的菌种进行发酵制备乙醇的方法，目前，没有将载体发酵技术与同步糖化发酵技术结合进行乙醇制备的技术公开，一般这两种技术都是单独使用；也没有任何固定化载体作为发酵菌种使用技术的相关报道，本专利技术首次提出将载体固定的菌种作为发酵菌种这一概念和技术操作方法。本专利技术在采用产菊粉酶的黑曲霉和酿酒酵母作为菌种采用同步糖化发酵技术制备乙醇的基础上，经过创造性的研究，根据菊芋需要先糖化再发酵的特性，将黑曲霉和酿酒酵母进行了混合培养，形成了黑曲霉包裹酿酒酵母的菌种混合体，该菌种混合体将酿酒酵母包裹在黑曲霉中，即实现了酿酒酵母的固定，又实现了同步糖化，节约了细胞固定化成本，简化了工艺，提高了酵母细胞对于乙醇的耐受性，降低发酵液黏度，降低了废糟液的C0D，提高了乙醇产率。本专利技术具体技术方案如下: 一种，其特征是包括以下步骤: (1)将酿酒酵母按照5-8%的接种量接种到种子培养基中，在30°C、100r/min的条件下培养30 h，所得发酵液离心后收集酿酒酵母细胞； (2)将黑曲霉的孢子悬浮液按照2-5%的接种量接种到产酶培养基中，在30°C、40r/min的条件下培养至OD6tltl为0.3-0.5，得到黑曲霉培养液； (3)将步骤(1)收集到的酵母细胞接入到步骤(2)的黑曲霉培养液中，使黑曲霉和酿酒酵母的菌种个数比为1:3~10，补充菊芋粉、蛋白胨和(NH4)2SO4使它们的浓度分别为25g/L、10g/L和5g/L，然后在30°C，100~200r/min的条件下混合培养至OD6tltl为0.6_1，实现黑曲霉对酿酒酵母的包裹，得到混合菌丝球； (4)将步骤(3)制得的混合菌丝球过滤后按照10%的接种量倒入发酵培养基中，在30°C、40-60r/min的条件下同步糖化发酵制备乙醇。在上述使用黑曲霉包裹酿酒酵母的混合菌丝球同步糖化发酵乙醇的方法基础上，本专利技术又进一步的进行了大量的实验，对各工艺条件进行了优选，从而保证了发酵结果的进一步提升。具体如下: 步骤(4)中，发酵结束后，将混合菌丝球过滤出来，蒸馏水清洗后，重新加入新的发酵培养基中进行发酵制备乙醇，菌种混合体能够重复循环使用25-30次。菌种可循环使用，大大降低了生产成本。步骤(1)中，种子培养基组成优选为:酵母膏10 g/L，蛋白胨20 g/L，葡萄糖20 g/L，水余量，自然pH。步骤(2)中，产酶培养基组成优选为:菊芋粉25g/L，(NH4)2SO4 5g/L，蛋白胨10g/L，KH2PO4 6 g/L, NaCl 5 g/L，MgSO4 ? 7H20 0.5g/L, FeSO4 ? 7H20 0.001 g/L, pH 5,0.1Mpa灭菌15min。步骤(2)中，黑曲霉的孢子悬浮液中，黑曲霉的个数是1(T107个/ml。步骤(3)中，黑曲霉和酿酒酵母的菌种个数比优选为1:6~10。步骤(3)中，在补充菊芋粉、蛋白胨和(NH4)2SO4的同时，优选向培养液中还加入甘露醇、亚硒酸钠和硼酸成分，使它们的浓度分别为8g/L、0.3g/L和0.lg/L。这样形成的菌丝球发酵性能更好。步骤(4)中，发酵培养基组成优选为:菊芋粉30-40g/L，(NH4)2SO4 4_6g/L，玉米浆4-6g/L, KH2PO4 5-10g/L, MgSO4 ? 7H20 0.3-0.6g/L, FeSO4 ? 7H20 0.001-0.003 g/L, pH 4.5，0.1Mpa灭菌15min。进一步的，发酵培养基组成最优选为:菊芋粉35g/L，(NH4)2SO4 5g/L，玉米浆 5g/L, KH2P O4 6 g/L, MgSO4 ? 7H20 0.5g/L, FeSO4 ? 7H20 0.001 g/L, pH 4.5,0.1Mpa灭菌15min。采用本专利技术工艺后，发酵时间可缩短为48h。 本专利技术将同步糖化发酵工艺和微生物固定化技术进行了巧妙的结合，根据菌种自身的特性，不需引进额外的载体对菌种进行固定，这一工艺思路在国内外未见相本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种载体发酵技术制备乙醇的方法，其特征是包括以下步骤：（1）将酿酒酵母按照5?8%的接种量接种到种子培养基中，?在30℃、100r/min的条件下培养30?h，所得发酵液离心后收集酿酒酵母细胞；（2）将黑曲霉的孢子悬浮液按照2?5%的接种量接种到产酶培养基中，在30℃、40r/min的条件下培养至OD600为0.3?0.5，得到黑曲霉培养液?；（3）将步骤（1）收集到的酵母细胞接入到步骤（2）的黑曲霉培养液中，使黑曲霉和酿酒酵母的菌种个数比为1：3～10，补充菊芋粉、蛋白胨和(NH4)2SO4使它们的浓度分别为25g/L、10g/L和5g/L，然后在30℃，100～200r/min的条件下混合培养至OD600为0.6?1，实现黑曲霉对酿酒酵母的包裹，得到混合菌丝球；（4）将步骤（3）制得的混合菌丝球过滤后按照10%的接种量倒入发酵培养基中，在30℃、40?60r/min的条件下同步糖化发酵制备乙醇。
【技术特征摘要】
1.一种载体发酵技术制备乙醇的方法，其特征是包括以下步骤: (1)将酿酒酵母按照5-8%的接种量接种到种子培养基中，在30°C、100r/min的条件下培养30 h，所得发酵液离心后收集酿酒酵母细胞； (2)将黑曲霉的孢子悬浮液按照2-5%的接种量接种到产酶培养基中，在30°C、40r/min的条件下培养至OD6tltl为0.3-0.5，得到黑曲霉培养液； (3)将步骤(1)收集到的酵母细胞接入到步骤(2)的黑曲霉培养液中，使黑曲霉和酿酒酵母的菌种个数比为1:3~10，补充菊芋粉、蛋白胨和(NH4)2SO4使它们的浓度分别为25g/L、10g/L和5g/L，然后在30°C，100~200r/min的条件下混合培养至OD6tltl为0.6_1，实现黑曲霉对酿酒酵母的包裹，得到混合菌丝球； (4)将步骤(3)制得的混合菌丝球过滤后按照10%的接种量倒入发酵培养基中，在30°C、40-60r/min的条件下同步糖化发酵制备乙醇。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是:步骤(4)中，发酵结束后，将混合菌丝球过滤出来，蒸馏水清洗后，重新加入新的发酵培养基中进行发酵制备乙醇，菌种混合体能够重复循环使用25-30次。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是:步骤(1)中，种子培养基组成为:酵母膏10g/L，蛋白胨20 g/L，葡萄糖20 g/L，水余量，自然pH。4.根据权利要求1所述的方法，其特征是:步骤(2)中，产酶培养基组成为:菊芋粉25g/L，(NH4)2SO4 5g/L，蛋白胨 10g/L，KH2PO...
【专利技术属性】
技术研发人员：张超，陈文兵，武道吉，张贵芹，祁锋，马永山，赵海涛，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：
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