卵磷脂在提高植物秸稈發(fā)酵生產(chǎn)乙醇產(chǎn)量中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了卵磷脂在提高植物秸稈發(fā)酵生產(chǎn)乙醇產(chǎn)量中的應(yīng)用。本發(fā)明通過在酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中添加30～100mg/L的卵磷脂，其它工藝控制條件一樣，使以植物秸稈水解糖為底物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的得率達(dá)到0.47，乙醇含量達(dá)到14.56％(v/v)，而未添加卵磷脂的生產(chǎn)工藝中，乙醇的得率為0.40，乙醇含量為12.42％(v/v)，卵磷脂可顯著提高乙醇發(fā)酵產(chǎn)量。該方法提高了植物秸稈發(fā)酵乙醇得率，為植物秸稈的充分開發(fā)利用提供了新思路，對(duì)于降低環(huán)境污染，保證糧食安全具有重要意義。
【專利說明】卵磷脂在提高植物秸稈發(fā)酵生產(chǎn)乙醇產(chǎn)量中的應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微生物發(fā)酵領(lǐng)域，具體地說，涉及卵磷脂在發(fā)酵生產(chǎn)乙醇產(chǎn)量中的應(yīng) 用以及一種通過向培養(yǎng)基中添加卵磷脂提高植物秸桿發(fā)酵生產(chǎn)乙醇產(chǎn)量的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 世界石油資源的日益枯竭以及不斷增長(zhǎng)的溫室氣體效應(yīng)，使人們對(duì)非石油能源產(chǎn) 生了極大的興趣。利用生物質(zhì)原料生產(chǎn)燃料乙醇部分替代化石燃料己經(jīng)引起人們極大關(guān) 注。燃料乙醇作為一種可再生能源，可以通過廣泛的糖類物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)，其中利用成本低 廉、數(shù)量巨大的纖維質(zhì)類物質(zhì)，例如植物秸桿生產(chǎn)燃料乙醇尤為引人關(guān)注。
[0003] 植物秸桿是豐富的農(nóng)業(yè)廢棄物，主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成。植物秸桿 在我國(guó)產(chǎn)量巨大，利用植物秸桿發(fā)酵生產(chǎn)乙醇不但緩解人類所面臨的資源危機(jī)，食物短缺， 環(huán)境污染等一系列問題，也為人類持續(xù)發(fā)展提供了保證。
[0004] 植物秸桿發(fā)酵生產(chǎn)乙醇一般采用兩步發(fā)酵法，即先將預(yù)處理后的植物纖維素原料 水解為還原糖，然后再利用還原糖發(fā)酵得到乙醇。植物秸桿水解糖中主要含有葡萄糖和木 糖，不同水解糖中兩者比例有很大差異。植物秸桿發(fā)酵生產(chǎn)乙醇關(guān)鍵是提高菌體對(duì)木糖的 利用率，進(jìn)而提商乙醇得率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種提高植物秸桿發(fā)酵生產(chǎn)乙醇產(chǎn)量的方法，該方法以植物秸桿水解 糖為發(fā)酵底物，在發(fā)酵培養(yǎng)基中添加卵磷脂，通過酵母發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。
[0006] 本發(fā)明方法中，發(fā)酵培養(yǎng)基中卵磷脂終濃度為30-100mg/L。
[0007] 優(yōu)選地，發(fā)酵培養(yǎng)基中卵磷脂終濃度為50-80mg/L。
[0008] 更優(yōu)選地，發(fā)酵培養(yǎng)基中卵磷脂終濃度為60mg/L。
[0009] 所述植物秸桿為玉米秸桿、油菜秸桿、高粱秸桿、小麥秸桿、稻草秸桿、甘蔗中的一 種或幾種。
[0010] 所述酵母為釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae)、假絲酵母（Candida albicans)、樹干畢赤酵母（Pichia stipitis)或其基因工程改造菌。
[0011] 本發(fā)明提供了卵磷脂在提高植物秸桿發(fā)酵生產(chǎn)乙醇產(chǎn)量中的應(yīng)用。
[0012] 上述應(yīng)用中，具體地，是在發(fā)酵培養(yǎng)基中添加終濃度為30-100mg/L的卵磷脂。
[0013] 優(yōu)選地，是在發(fā)酵培養(yǎng)基中添加終濃度為50_80mg/L的卵磷脂。
[0014] 更優(yōu)選地，是在發(fā)酵培養(yǎng)基中添加終濃度為60mg/L的卵磷脂。
[0015] 本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)，若在發(fā)酵培養(yǎng)基中同時(shí)添加 Mn2+和卵磷脂，則能進(jìn)一步提高 發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的產(chǎn)量。進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了在發(fā)酵培養(yǎng)基中同時(shí)添加終濃度為 0. 4-0. 8mmol/L的Mn2+和終濃度為50-80mg/L的卵磷脂在提高發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的產(chǎn)量中的應(yīng) 用。
[0016] 優(yōu)選地，上述Mn2+終濃度為0· 6mmol/L。
[0017] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在發(fā)酵培養(yǎng)基中同時(shí)添加終濃度為0.6mmol/L Mn2+和 60mg/L卵磷脂后，發(fā)酵終點(diǎn)測(cè)乙醇含量為15. 46% (v/v)，殘?zhí)?. 10% (w/v)，乙醇得率為 0· 49。
[0018] 本發(fā)明所述的發(fā)酵培養(yǎng)基，含有以下組分：
[0019] 植物結(jié)桿水解糖以還原糖計(jì)為16%-30% (w/v)，酵母膏0· 4%-0· 7% (w/v)，蛋 白胨0.2%-0.5%^八），尿素0.01%-0.1%^八），卵磷脂 30-10011^/1，？!13.5-6.5，溫度 30-32。。。
[0020] 進(jìn)一步地，所述的發(fā)酵培養(yǎng)基，含有以下組分：
[0021] 植物結(jié)桿水解糖以還原糖計(jì)為25% (w/v)，酵母膏0. 5% (w/v)，蛋白胨0. 4% (w/ v)，尿素 0· 05 % (w/v)，卵磷脂 50-80mg/L，ρΗ3· 5-6. 5,溫度 30-32°C。
[0022] 優(yōu)選地，所述的發(fā)酵培養(yǎng)基，含有以下組分：
[0023] 植物結(jié)桿水解糖以還原糖計(jì)為25% (w/v)，酵母膏0. 5% (w/v)，蛋白胨0. 4% (w/ v)，尿素 〇· 05% (w/v)，Μη2+0· 4-0. 8mmol/L，卵磷脂 50-80mg/L，ρΗ3· 5-6. 5,溫度 30-32°C。
[0024] 更優(yōu)選地，本發(fā)明的發(fā)酵培養(yǎng)基含有以下組分：
[0025] 植物結(jié)桿水解糖以還原糖計(jì)為25% (w/v)，酵母膏0. 5% (w/v)，蛋白胨0. 4% (w/ v)，尿素 〇· 05% (w/v)，Μη2+0· 6mmol/L，卵憐脂 60mg/L，ρΗ3· 5-6. 5,溫度 30_32°C。
[0026] 本發(fā)明提供了上述發(fā)酵培養(yǎng)基在發(fā)酵生產(chǎn)乙醇中的應(yīng)用。
[0027] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：通過在發(fā)酵培養(yǎng)基中添加卵磷脂提高了乙醇得率和產(chǎn)量，與 傳統(tǒng)工藝中未添加的發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果相比，使得乙醇含量達(dá)到14.56% (v/v)，乙醇得率達(dá)到 0. 47,而未添加卵磷脂的發(fā)酵方法中，乙醇含量為12. 42% (v/v)，乙醇的得率為0. 40。本發(fā) 明提供的方法簡(jiǎn)單易行，提高了植物秸桿發(fā)酵乙醇的得率，能耗少，降低了發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的 成本，為植物秸桿的充分開發(fā)利用提供了新思路，對(duì)于降低環(huán)境污染，保證糧食安全具有重 要意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1為不同濃度卵磷脂對(duì)植物秸桿發(fā)酵生產(chǎn)乙醇產(chǎn)量的影響圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中所用酵母為 釀酒酵母，其來源：購于浙江大學(xué)，基因重組釀酒酵母S. cerevisiae ZU-10 ;卵磷脂購自安 慶市中創(chuàng)工程技術(shù)有限責(zé)任公司。購買廠家只是說明原料的可行性，不用來限制本發(fā)明的 范圍。
[0030] 乙醇得率（g ethanol/g glucose)=終點(diǎn)乙醇濃度/(起始葡萄糖濃度-殘?zhí)菨?度）。乙醇密度以〇. 789g/cm3計(jì)。
[0031] 實(shí)施例1卵磷脂對(duì)植物秸桿發(fā)酵生產(chǎn)乙醇產(chǎn)量的影響
[0032] 釀酒酵母種子的培養(yǎng)：取一環(huán)新鮮的斜面釀酒酵母S. cerevisiae ZU-10菌體接 入含有l(wèi)〇〇mL生長(zhǎng)培養(yǎng)基（葡萄糖3% (w/v)，酵母浸出膏0. 4% (w/v)，蛋白胨0. 3% (w/ v)。）的250mL搖瓶中，八層紗布封口，然后，在旋轉(zhuǎn)式搖床上（轉(zhuǎn)速：150r/min)于30°C培 養(yǎng)15h后可用于接種發(fā)酵培養(yǎng)基。
[0033] 搖瓶發(fā)酵實(shí)驗(yàn)：按5% (v/v)的接種量將培養(yǎng)好的種子接入發(fā)酵培養(yǎng)基，發(fā)酵培養(yǎng) 基配方為玉米結(jié)桿水解糖以還原糖計(jì)25% (w/v)，酵母膏0.5 % (w/v)，蛋白胨0.4% (w/ v)，尿素 0· 05% (w/v)，卵磷脂分別為 0、30、60、80、100mg/L，pH 為 4. 5。搖瓶為 500mL (配 置水封厭氧塞），裝液量為200mL。接種后在旋轉(zhuǎn)式搖床上（轉(zhuǎn)速：150r/min)于30°C進(jìn)行 培養(yǎng)。發(fā)酵周期為48h。發(fā)酵終點(diǎn)測(cè)乙醇含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。圖1顯示，隨著卵磷 脂濃度的逐漸增加，乙醇產(chǎn)量逐漸提高，當(dāng)為卵磷脂濃度為60mg/L時(shí)，乙醇含量達(dá)頂峰，最 高值14.56% (v/v)，計(jì)算乙醇得率為0.47。之后，隨著卵磷脂濃度增加，乙醇含量逐漸下 降。考慮到生產(chǎn)成本，本發(fā)明認(rèn)為當(dāng)培養(yǎng)基中卵磷脂添加終濃度30-100mg/L可以提高乙醇 發(fā)酵產(chǎn)量。
[0034] 乙醇濃度的測(cè)定方法：由氣相色譜定量（美國(guó)Agilent6890系列氣相色譜儀，配氫 焰離子化檢測(cè)器，進(jìn)樣口和檢測(cè)器溫度分別為160°C和230°C，柱溫恒溫控制為90°C，采用 氮?dú)鉃檩d氣，正丁醇為內(nèi)標(biāo)）
[0035] 實(shí)施例2培養(yǎng)基中同時(shí)添加 Mn2+和卵磷脂對(duì)植物秸桿發(fā)酵生產(chǎn)乙醇產(chǎn)量的影響
[0036] 按具體實(shí)施例1中的方法培養(yǎng)種子后，按相同的接種搖瓶接種發(fā)酵培養(yǎng)基，試驗(yàn) 組發(fā)酵培養(yǎng)基配方為玉米秸桿水解糖以還原糖計(jì)25% (w/v)，酵母膏0.5% (w/v)，蛋白胨 0.4(%(界八），尿素0.05(%(￥八），]\&12+0.6_31/1^，卵憐脂6〇11^凡，卩!1為4.5。同時(shí)以不添加 Mn2+和卵磷脂，其余配方相同的作為對(duì)照組。搖瓶為500mL (配置水封厭氧塞），裝液量為 200mL。接種后在旋轉(zhuǎn)式搖床上（轉(zhuǎn)速：150r/min)于30°C進(jìn)行培養(yǎng)。發(fā)酵周期為48h。對(duì) 照組發(fā)酵終點(diǎn)測(cè)乙醇含量為12. 42 % (v/v)，殘?zhí)?. 5 % (w/v)，乙醇得率為0. 40 ;試驗(yàn)組發(fā) 酵終點(diǎn)測(cè)乙醇含量為15.46% (v/v)，殘?zhí)?. 10% (w/v)，乙醇得率為0.49。結(jié)果顯示，添加 了 Mn2+和卵磷脂的試驗(yàn)組的乙醇含量和得率顯著高于沒有添加 Mn2+和卵磷脂的對(duì)照組。 [0037] 雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在 本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因 此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種提高植物秸桿發(fā)酵生產(chǎn)乙醇產(chǎn)量的方法，其特征在于，以植物秸桿水解糖為發(fā) 酵底物，在發(fā)酵培養(yǎng)基中添加卵磷脂，通過酵母發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，發(fā)酵培養(yǎng)基中卵磷脂終濃度為30-100mg/L。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，發(fā)酵培養(yǎng)基中卵磷脂終濃度為50-80mg/L。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，發(fā)酵培養(yǎng)基中卵磷脂終濃度為60mg/L。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，發(fā)酵培養(yǎng)基中還添加終濃度為 0. 4-〇. 8mmol/L 的 Mn2+。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述植物秸桿為玉米秸桿、油菜秸桿、高粱 結(jié)桿、小麥結(jié)桿、稻草結(jié)桿、甘鹿中的一種或幾種。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述酵母為釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae)、假絲酵母（Candida albicans)、樹干畢赤酵母（Pichia stipitis)或其基因 工程改造菌。
8. -種發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的培養(yǎng)基，其特征在于，含有以下組分： 植物結(jié)桿水解糖以還原糖計(jì)為16%-30% (w/v)，酵母膏0.4%-0.7% (w/v)，蛋白 胨0.2%-0.5%^八），尿素0.01%-0.1%^八），卵磷脂 30-10011^/1，？!13.5-6.5，溫度 30-32。。。
9. 如權(quán)利要求8所述的培養(yǎng)基，其特征在于，含有以下組分： 植物結(jié)桿水解糖以還原糖計(jì)為25% (w/v)，酵母膏0.5% (w/v)，蛋白胨0.4% (w/v)， 尿素 0· 05% (w/v)，Μη2+0· 4-0. 8mmol/L，卵磷脂 50-80mg/L，ρΗ3· 5-6. 5,溫度 30-32°C。
10. 權(quán)利要求8或9所述的培養(yǎng)基在發(fā)酵生產(chǎn)乙醇中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C12P7/10GK104120153SQ201410300598
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】李榮杰, 楊為華, 鄧遠(yuǎn)德, 徐斌, 秦晴, 張雪鋒 申請(qǐng)人:安徽豐原發(fā)酵技術(shù)工程研究有限公司