甜高粱汁發(fā)酵乙醇的培養基優(yōu)化

安徽農業(yè)科學(xué), Joumal of Anhui Agri.Sci.2010,38(24):12973-12974,12990責任編輯李占東貴任校對盧甜高粱汁發(fā)酵乙醇的培養基優(yōu)化張先舟,馬玉青,張偉”(河北農業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院河北保定010∞0摘要[目的]優(yōu)化甜高粱汁發(fā)酵乙醇的培養蓁。[方法]以Co-158酵母繭為試驗菌株,通過(guò)單因素試驗和正交試驗研究不同氮源和無(wú)機鹽對酒精發(fā)酵的彩響。[結果]適宜的發(fā)酵墻養基為:硫酸銨6g/L,硫酸鎂6g/L,氯化鈣10gL,磷酸二氫鉀0.3gL;在此條件下,酒精體積分數可達9.0%。[結論]為采用甜高粱汁為原料發(fā)酵法生產(chǎn)酒精提供參考。關(guān)鍵詞甜高梁汁;發(fā)酵;酒精;培養基中圖分類(lèi)號S514文獻標識碼A文章編號0517-6611(2010)24-12973-0The Medium Optimization of Sweet Sorghu Juice Fermentation AcoholZHANG Xian-zhou et al( College of Food Science and Technology, Agricultural University of Hebei, Baoding, Hebei 071000Abstract [Objective] The aim was to study the mediunof sweet sorghum juice fermentation alcohol. [Method ] The fermentationmedia of Co-158 yeas were optimized for better alcohol production by sweet sorghu. The effects of different nitrogen source and inorganic salton alcohol fermentation were studied by single factor test and orthogonal test. Result] The optimal fermentation medium was: (NH )2S0 6g/L, MgS0, 6 g/L, CaCI, 10 g/L, KH, P0, 0. 3 g/L Under the optimal conditions the alcohol volume percentage could reach 9. 0%.[Conclusion]The study provided reference for alcohol production with sweet sorghum as materiKey words Sweet sorghum juice; Fermentation; Alcohol; Medium目前,全球環(huán)境惡化和能源危機日益嚴峻酒精作為一7.8%上升到8.6%,所以硫酸銨濃度與酒精濃度之間呈正相種可利用的綠色能源正逐漸成為各國能源發(fā)展的戰略方關(guān)關(guān)系;當硫酸銨濃度從6.0~10.0g/L時(shí),酒精濃度從向。隨著(zhù)乙醇汽油的推廣,我國對燃料酒精的需求迅速增86%下降到85%。在硫酸銨濃度小于6g/L時(shí),所提供氮加。傳統的以玉米小麥等為原料的發(fā)酵方法對糧食的需求源不能完全滿(mǎn)足酵母菌生長(cháng)及發(fā)酵的需求,發(fā)酵到一定階段量很大,導致成本高的缺點(diǎn)日益凸現已不能滿(mǎn)足市場(chǎng)的需后,由于氮源耗盡導致發(fā)酵速度緩慢和酒精終濃度較低;而要。尤其我國是個(gè)人口大國糧食安全是關(guān)系到人民生活和當硫酸銨濃度達到6g/L時(shí),硫酸銨濃度能夠滿(mǎn)足酵母菌的社會(huì )穩定的重大問(wèn)題。因此,在“十一五”計劃中大力提倡用生長(cháng)和發(fā)酵從而在縮短發(fā)酵時(shí)間的同時(shí)使酒精終濃度達到非糧原料生產(chǎn)燃料酒精。采用甜高粱汁為原料發(fā)酵法生產(chǎn)最高值;當硫酸銨濃度大于6gL時(shí),過(guò)量的氮源使酵母菌生酒精具有節約能源、生產(chǎn)成本低、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),具有廣闊的長(cháng)過(guò)快消耗了過(guò)多的還原糖導致酒精產(chǎn)量下降。培養基優(yōu)化為甜高梁發(fā)酵生產(chǎn)酒精提供理論依據市場(chǎng)潛力和經(jīng)濟價(jià)值。為此筆者研究了甜高粱發(fā)酵乙醇的衰1正交試驗因囊與水平Table 1 Factors and levels of the orthogonal test g/L1材料與方法因素 Factor1.1材料供試菌種為河北農業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院生物工水平“硫酸做(A)硫酸(B)氯化鈣(C)磷酸三氫鉀(D)程實(shí)驗室保藏的Co-158酵母菌。甜高粱由河北農業(yè)大學(xué)生(NH), SO命學(xué)院提供,莖稈汁液總糖含量為18%(以葡萄糖計)。12方法1.21氮源的選擇。選取硫酸銨和尿素作為氮源,其添加量分別為03、1,53.0、6.0、10.0g/L,在30℃下靜置發(fā)酵,衰2硫酸銨對酒精發(fā)酵的影響至發(fā)酵終點(diǎn)測定其酒精含量Table 2 The efects of(NH,), SO, on alcohol fermentation硫酸銨濃度∥/L酒精濃度∥%發(fā)酵時(shí)間/h1.22無(wú)機鹽的選擇。在甜髙粱汁中分別添加硫酸鎂、氯oncentration of (NH,)2 s0, Alcohol concentration Fermentation time化鈣磷酸二氫鉀0.3、1.53.06.0、10.0g/L,在30℃下靜0t發(fā)酵,至發(fā)酵終點(diǎn)測定其酒精含量123正交試驗設計。根據以上試驗結果,選擇各因素下1.5較合適的3個(gè)水平,并以酒精含量(%,u/)為指標,設計43.08.4666622因素3水平(L(3)正交試驗對氮源和無(wú)機鹽進(jìn)行優(yōu)化10.0(表1)2結果與分析2.12尿素對酒精發(fā)酵的影響。由表3可知,尿素濃度從02.1氮源的選擇~6.0gL時(shí),隨著(zhù)尿素濃度的增加酒精濃度也逐漸上升21I硫酸銨對酒精發(fā)酵的影響。由表2可知,當硫酸銨從78中國煤化工濃度之間呈正相關(guān)濃度從0-6.0璣L時(shí),發(fā)酵酒精終濃度也逐漸上升,從關(guān)系CNMHG足酵母菌生長(cháng)的需要,從∝A,了發(fā)酵時(shí)間。由此可基金項目河北省科技廳項目(03220165D4)。知硫酸銨和尿素濃度在小于6.0g/L時(shí),發(fā)酵酒精終濃度都作者簡(jiǎn)介張先舟(1981-),男,河北正定人,碩士,助教,從事微生物學(xué)方面的研究。通訊作者。與硫酸銨和尿素濃度呈正相關(guān)關(guān)系。當硫酸銨和尿素濃度收稿日期20100702達到60g/L時(shí),酒精終濃度都達到最高,且發(fā)酵時(shí)間均為12974安徽農業(yè)科學(xué)010年32h,但硫酸銨的最高酒精終濃度86%大于尿素的85%氫鉀濃度的增加酒精濃度也逐漸上升磷酸二氫鉀濃度與衰3尿寰對酒精發(fā)酵的影響酒精濃度之間呈正相關(guān)關(guān)系,而當磷酸二氫鉀濃度大于15Table 3 The elects of urea on alcohol fermentationg/L時(shí),酒精濃度不變發(fā)酵時(shí)間也不變,為32h,這說(shuō)明過(guò)量酒精濃度∥%發(fā)酵時(shí)間∥h的磷酸二氫鉀對酵母無(wú)毒害作用。衰6磷酸二氫鉀對酒精發(fā)酵的影響Table 6 The effects of KH, PO, on alcohol ferment磷酸二氫鉀濃度/g/L酒精濃度∥%發(fā)酵時(shí)間∥hConcentration of KhAlcohol concentration Fermentation time2.2無(wú)機鹽的選擇3.08.52.2.1硫酸鎂對酒精發(fā)酵的影響。由表4可知,硫酸鎂濃622228.5度小于6.0gL時(shí)隨著(zhù)硫酸鎂濃度的增加酒精濃度也逐漸上升,從78%上升到8.6%,硫酸鎂濃度與酒精濃度之間呈23正交試驗結果由表7可知各影響因素主次順序為A正相關(guān)關(guān)系。當硫酸鎂濃度小于6.0g幾L時(shí),由于鎂離子缺>B>C=D,即硫酸銨對試驗的影響最大硫酸鎂次之氯化乏,最終酒精濃度較低;而當硫酸鎂濃度從6.0-10.0g/L鈣和磷酸二氫鉀最小;最佳培養基配方為A2B2C3D2,即硫酸時(shí)酒精濃度反而有所下降,從8.6%下降到8.3%。當硫酸銨60g/L,硫酸鎂6.0gL,氯化鈣10.0g/L,磷酸二氫鉀鎂濃度低于60g/L時(shí),發(fā)酵時(shí)間為36h;當硫酸鎂濃度達到1.5gLo或高于6.0g/L時(shí),發(fā)酵時(shí)間縮短到32h。衰7正交試驗結果褒4硫酸鎂對酒精發(fā)酵的影響Table 7 The results of the orthogonal experimentTable 4 The effects試驗號因素 Factor酒精含量硫酸鎂濃度∥g/L酒精濃度∥%發(fā)酵時(shí)間∥hConcentration of Mgo, Alcohol concentration Fermentation time0666626222氯化鈣對酒精發(fā)酵的影響。由表5可知,當氯化鈣8.4濃度小于6.0g/時(shí),隨著(zhù)氯化鈣濃度的增加酒精濃度也逐漸上升,從7,8%上升到84%,氯化鈣濃度與酒精濃度之間48.7678.7008.4678.73星正相關(guān)系。當氯化鈣濃度小于6081L時(shí)由于鈣離子803027026026為6.0e/L時(shí)酒精濃度最高,為8.4%,發(fā)酵時(shí)間也縮短到方差分析可知硫酸銨對酒精產(chǎn)量的影響極顯著(zhù)(P<32h。而當氯化鈣濃度從60-10.0g/L時(shí),酒精濃度反而001);而硫酸鎂氯化鈣、磷酸二氫鉀3種因素對酒精產(chǎn)量有所下降,從8.4%下降到8.2%。的影響顯著(zhù)(P<0.05)表5氯化鈣對酒精發(fā)酵的影響2.4適宜培養基配方的驗證將理論適宜培養基配方Table 5 The effects of CaCl, on alcohol fermentationA2B2C3D2和正交試驗中產(chǎn)酒精最高的養基配方A2B2C3氯化鈣濃度/gL酒精濃度∥%發(fā)酵時(shí)間∥h進(jìn)行比較。結果表明理論適宜培養基配方AB2C3D2的酒Concentration of caCl2 Alooholconcentration Fermentation time精產(chǎn)量為8.8%,而正交試驗中產(chǎn)酒精最高的培養基配方A2B2C3D1的酒精產(chǎn)量為9.0%。由此可知,該試驗的適宜培7.936養基配方為A2B2CD1,即硫酸銨60g/L硫酸鎂60gL,氯化鈣10.0g/L,磷酸二氫鉀0.3g/L。中國煤化工的正交優(yōu)化試驗確定了采CNMHG和無(wú)機鹽的適宜添加2.2.3磷酸二氫鉀對酒精發(fā)酵的影響。由表6可知,只要量為硫酸銨6.0g/L硫酸鎂60g/L氯化鈣10.0gL,磷酸二維持較低濃度的磷酸二氫鉀就基本可以滿(mǎn)足酵母生長(cháng)和發(fā)氫鉀03g/L。酵的需要。當磷酸二氫鉀濃度小于1.5g/L時(shí),隨著(zhù)磷酸二下轉第12990頁(yè)12990安徽農業(yè)科學(xué)2010年>L20W300>CK;16:00,CK>I2W300>L20W300>120W600不同秸稈覆蓋處理對畦灌水流的推進(jìn)均產(chǎn)生明顯阻滯灌水>LW600?？梢?jiàn),秸稈越短、覆蓋量越大,早晨低溫時(shí)對表時(shí)間尤其是第1次灌水用時(shí)延長(cháng),灌水量增加,使土壤中尤層土壤的保溫效果越好;不論秸稈長(cháng)短,覆蓋量越大,下午高其是作物耕作層中的水分含量增加,可以較長(cháng)時(shí)間保持土壤圍藥思的為越(用3m分6①、第圖次.甲水的用期理小第℃)>L2W300(7.43℃)>20W600(6.98℃)>LW600次灌水用時(shí)明顯縮短。因此,從理論上講,若在土壤含水率(625℃),不同秸稈覆蓋畦灌處理均能降低表層土壤溫差,降到某一值時(shí)再進(jìn)行第2次灌水,與CK相比,則總的灌溉量使土溫相對穩定,有利于小麥根系的生長(cháng)。不一定增加。2.4秸稈覆燕畦灌對冬小麥生長(cháng)發(fā)育的影響根據田間目(2)筆者試驗表明第1次灌水用時(shí)為L(cháng)2W300>I20W300測,與CK相比各秸稈覆蓋處理下的冬小麥出苗提早1-2>L2W600>20W60>CK,而此次灌水較長(cháng)時(shí)間后表層土壤d,而且出苗整齊。秸稈覆蓋使表層土壤溫度相對穩定,更適的含水率為L(cháng)0W600>12W600>L20W300>12W00>CK,合小麥種子的發(fā)芽出土這種向上的頂土力量遠大于秸稈對說(shuō)明灌水用時(shí)過(guò)長(cháng),造成水分的深層滲漏損失增多而對提其的壓力表現為出苗早、出苗齊。小麥進(jìn)入返青期后,開(kāi)始高表層土壤水分含量的作用不大;從對灌水與土壤濕度的影產(chǎn)生新的分蘗,植株高度增加。由表1可知,各秸稈覆蓋畦響看秸稈覆蓋量的作用大于秸稈長(cháng)度。冬小麥進(jìn)入返青期灌處理下的小麥分蘗數與CK間無(wú)顯著(zhù)性差異,但從數值上后的表層土壤土溫變化幅度表現為cK>I20w3o0>L2W300看均高于CK,說(shuō)明秸稈覆蓋畦灌處理在一定程度上能促進(jìn)>L20W600>L2W600,在保墑?wù){溫效果方面,20cm的秸稈小麥分蘗但不顯著(zhù)。不同處理間對返青后小麥的株高亦無(wú)長(cháng)度優(yōu)于2cm的秸稈長(cháng)度。顯著(zhù)性差異。秸稈覆蓋畦灌處理可使冬小麥的產(chǎn)量明顯增(3)秸稈覆蓋畦藩處理對土壤的保墑、調溫效果明顯,能加,其中L20W600、D20W300和12W6003者達極顯著(zhù)水平使土壤維持一個(gè)相對較高的溫度,在一定程度上促進(jìn)作物根(P<0.01),L2W300達顯著(zhù)水平(P<0.05)。4種秸稈覆蓋系的生長(cháng)與分蘗,顯著(zhù)提高作物的產(chǎn)量,這些與他人的研究畦灌處理的產(chǎn)量尤以L(fǎng)0W600為高但4種處理間無(wú)顯著(zhù)性結果一致差異。綜合考慮認為,120W600組合為陜西楊凌冬小麥秸稈覆衰1不同處理對小麥分數株高和產(chǎn)量的影響蓋保墑灌溉栽培的最佳選擇。Table 1 FMects of dierent treatments on the tiller number,sm參考文獻height and yield of whea[1]于舜章陳雨海周勛波等.冬小麥期覆蓋秸稈對夏玉米土壤水分動(dòng)分蘗數∥個(gè)產(chǎn)量∥kghm2[2]于曉吳普特汪有科等不同秸稈覆蓋量對冬小麥生理及土壤溫Tiller numbeYield濕狀況的影響[]灌溉排水學(xué)報00,26(4):41-44L2W30.0823.85aA6980.25aAB[3]伊德用薩張展羽,郭相平等不同水分條件下秸稈覆蓋對冬小麥生9.15aA23.38aA7081.50aA長(cháng)的影響[J].灌概排水學(xué)報008,28(1):125-127.969aA24.46aA7138.05aA[4]王維,鄭路曦結等農田秸稈覆蓋技術(shù)研究進(jìn)展[J]安徽農業(yè)L0W6024.23aA7249.20aA科學(xué),209,37(18):8343-8467.622362-6085.95bB[5]袁彥云張保軍徐福利等基于渠灌類(lèi)型區保墻灌溉的冬小麥產(chǎn)量及生理特性的表現[門(mén)]安徽農業(yè)科學(xué)2006,34(7):1405-1406,1408.注同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(zhù)(P<0.05),不同大寫(xiě)字母表示差異極顯著(zhù)(P<0.01)。[6] QIAO H B, ZHANG H, CHENG D F.of Fos/ MODISND醴Note Different small letters in the same column mean extremely significantoning winter wheatdifference(P <0. 05): Dierent capital letters mean significantProvince[J]. Agricultural Science Technology, 2008, 9(3): 124-126,difference(P<0.01)[7]MEN Z H, LISX ERects o concentration of No-3-N on root vigor andrhizosphere ph o winter wheat seedling[ J]. Agricultural Science&Tech-3結論與討論2008,9(5):24-26,30.(1)研究表明秸稈覆蓋后土壤內的水分蒸發(fā)量減少、【8]xEYx,CoTC,HUYJ,ta. Efects of sulfur fertilizer applicationmethods on grain protein content during filling stage of winter wheat[J].水分利用效率提高灌溉用水量減少。筆者試驗則表明Agricultural Science Technology 2009, 10(1): 127-129.(上接第12974頁(yè))[3] GNANSOUNOU E, DAURIAT A, WYMAN C E Refining sweet sorghum to參考文獻hanol and sugar-economic trand-offs in the conte of North China[J]resource Technology, 2005, 96: 9&5-1002.[1]ZHAN X, WANG DM R, et al. Ethanol and lactic acid pr[4]張君,劉德華世界燃料酒精工業(yè)發(fā)展現狀與展望[J釀酒科技,204uction as affectedmo-type and location[ J ]. Industrial Crops5):8-121.nd Products . 20B. 18[5]耿云萍大力開(kāi)發(fā)綠色節能清潔酒精工業(yè)與乙醇汽油、乙醇柴油[2]HELENA L C, RALPH PO Biomass and renewable fuels[J]. Fuel Biopo-21,71:187-195.中國煤化工CNMHG