混菌固定化發(fā)酵乳清生產(chǎn)燃料乙醇的研究

釀酒科技2008年第1期(總第163期)· LIQUOR- MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY2008Nol(rol163)混菌固定化發(fā)酵乳清生產(chǎn)燃料乙醇的硏究周珺,肖冬光,郭學(xué)武,王艷(天津科技大學(xué)天津市工業(yè)微生物重點(diǎn)實(shí)驗室,天津300457)摘要:采用克魯維酵母和釀酒酵母混合發(fā)酵,并對混菌固定化發(fā)酵的方法進(jìn)行研究。結果表明,兩種酵母發(fā)酵的最佳比例為11,釀酒酵母在克魯維酵母接種3h后加入到發(fā)酵液中;在該條件下,發(fā)酵周期由%6h減少至Th。關(guān)鍵詞:燃料乙醇;乳清;混菌;固定化酵母中圖分類(lèi)號:TS262.2;TS2614;Q814文獻標識碼:A文章編號:1001-9286(2008)01-0042-03Study on Whey Fermentation by Mixed Yeast to Produce Fuel EthanolZHoU Jun, XIAO Dong-guang, GUO Xue-wu and WANG Yan(Tianjin Industrial Microbiology Key Lab, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin, 300457, China)Abstract: Whey fermentation by mixed yeast (Kluyveromyces marxianus and Saccharomyces cerevisiae )to produce fuel ethanol was studied.The results showed that the best ratio of the two yeast was 1: l, and Saccharomyces cerevisiae was added in the fermenting solution 3 h later afterthe inoculation of Kluyveromycesnus, which could shorten fermentation time from 96 h to 72 hKey words: fuel ethanol; whey; mixed yeast; immobilized yeast乳清是生產(chǎn)干酪或干酪素的副產(chǎn)品,營(yíng)養豐富,相1.21乳清還原液的制備(w/v)當于除去酪蛋白的脫脂乳的營(yíng)養。目前國外乳清資源乳清粉12%,pH60;110℃,20min滅菌;初始糖度化研究較多的是利用乳清生產(chǎn)乳清蛋白、乳清粉、乳糖、10.2g/100mL。酒精等產(chǎn)品習;而國內的研究主要集中在利用乳清作122酵母細胞的固定化方法為基料生產(chǎn)調配型果汁乳清飲料、發(fā)酵型乳酸飲料或發(fā)將TY-13與AY-5分別經(jīng)種子培養后,取酵母種酵型含醇飲料。1998年 Savova J首次利用乳清發(fā)酵子液與海藻酸鈉溶液混合均勻,用注射器滴入CaCl2的生產(chǎn)乙醇。固定化微生物可以進(jìn)行高密度增殖培養提溶液中造粒,浸泡1h,濾出固定化顆粒,用無(wú)菌水洗滌高生物轉化速率,增加穩定性。采用固定化、共固定化細2次,再浸泡入CaCl2溶液中進(jìn)行固化,固化后用生理鹽胞生產(chǎn)酒精、啤酒、果酒及食醋等的研究十分盛行四。水洗滌2次備用。其中,酵母種子液、海藻酸鈉和固化劑Marwaha和 Kennedy用褐藻酸鈉和角叉膠包埋固定化CaCl2的體積比為:1:3克魯維酵母生產(chǎn)乙醇。經(jīng)試驗發(fā)現,克魯維酵母具有較1.23酵母細胞的增殖培養高的乳糖酶活力,但對半乳糖的發(fā)酵速度較慢,而釀酒將制備好的固定化酵母凝膠顆粒接入到乳清還原酵母不具備乳糖酶活力,但其利用半乳糖能力較好。鑒液中,30℃活化24h。于此,本文采用混菌固定化的方法發(fā)酵乳清生產(chǎn)燃料乙1.24分析方法醇,有效地提高了發(fā)酵速度,縮短了發(fā)酵周期。發(fā)酵液總還原糖含量:菲林滴定法門(mén)。1材料與方法發(fā)酵液葡萄糖含量:SBA-40型多功能生物傳感儀。發(fā)酵液酒精含量:快速氧化法圓。1.1材料發(fā)酵液酵母濃度:在620nm下用分光光度法測定。菌種:克魯維酵母( Kluyveromyces marxianus)TY-發(fā)酵液乳糖及半乳糖含量:先取一定量樣液,經(jīng)適13;釀酒酵母( Saccharomyces cerevisiae)AY-5。當稀釋后測定其中葡萄糖的含量(Glul)。將樣液中乳糖乳清粉:地球牌甜乳清粉,天津奧凱化工貿易有限全部酸解成為葡萄糖和半乳糖,再測定其中的葡萄糖含公司;海藻酸鈉:上?；瘜W(xué)試劑廠(chǎng);氯化鈣:天津市凱通化學(xué)試劑有限公司。中國煤化工6×360.32。1.2方法CNMHG收稿日期:2007-09作者簡(jiǎn)介:周珺(1982-),女,天津人,碩士研究生研究方向:現代釀造技術(shù)周珺,肖冬光,郭學(xué)武,王艷·混菌固定化發(fā)酵乳清生產(chǎn)燃料乙醇的研究半乳糖N=G-M-Ghu1。乳糖,同時(shí)乳糖被分解為葡萄糖和半乳糖,克魯維酵2結果與分析母也可以較好地利用葡萄糖,但是對半乳糖利用效果并不理想;而釀酒酵母利用葡萄糖和半乳糖能力都較21克魯維酵母發(fā)酵乳清強,可以解除半乳糖積累的問(wèn)題。所以,確定合適的克以乳清還原液為發(fā)酵培養基,接入克魯維酵母魯維酵母和釀酒酵母的比例,對于發(fā)酵速率和酒精生(TY-13)進(jìn)行發(fā)酵(20~40h為發(fā)酵高峰期)發(fā)酵過(guò)程成量是十分重要的。為考察不同比例的菌種配比對本中,定時(shí)測定其酵母生長(cháng)量乳糖葡萄糖和半乳糖的變實(shí)驗的影響,以不同比例的克魯維酵母制成固定化?；?并在發(fā)酵結束時(shí),測定酒精含量,結果見(jiàn)表1子,以10%接種量接入發(fā)酵培養基,30℃搖瓶發(fā)酵表1發(fā)酵過(guò)程中各種參數變化的測定(ag/100m)60h,結果見(jiàn)圖2。由圖2可知,當兩種酵母的比例為參數時(shí)間(h)1:1時(shí),殘糖值較低,為0.23g/100mL,而酒精含量較24283248607296高,達到46%Vol葡萄糖殘糖◆酒精含量半乳糖1607817168.942.12210乳糖147.5134124.61119688酒精含量0D值0.1450.2060.220.5810.6080.650.705由表1中3種糖的變化可知,有半乳糖的積累現A53:1211:11:21:3m130象,葡萄糖基本上無(wú)積累。表1中酒精含量和OD值的菌株比例變化量可看出在20~40h內酵母生長(cháng)較快,到達24h圖2菌株比例的確定后乳糖基本分解完畢。達9h時(shí)發(fā)酵基本結束發(fā)酵液232兩種酵母加入時(shí)間間隔的確定酒精含量為41%Vol為了提高酵母的利用率,進(jìn)行了兩種酵母加入時(shí)間22混合菌發(fā)酵菌株的確定間隔試驗,比較兩種酵母加入的最適間隔時(shí)間,結果見(jiàn)在以半乳糖為唯一碳源的TTC平板上,分別點(diǎn)接圖3克魯維酵母A、釀酒酵母B與奶酒酵母C,鑒別它們利用半乳糖的能力由顯色反應可以看出釀酒酵母菌落夏。03殘糖◆酒精含量顯明顯的紅色,而克魯維酵母和奶酒酵母的菌落均為白02色(見(jiàn)圖1)。實(shí)驗結果表明,釀酒酵母利用半乳糖的能力0.1544較強,故選用釀酒酵母與克魯維酵母進(jìn)行混菌發(fā)酵。361012間隔時(shí)間(h)圖3兩種酵母加入時(shí)間間隔的確定由圖3可知,先接種克魯維酵母,間隔3h后再接入釀酒酵母最合適,殘糖值降至0.20g100mL,酒精含量達到48%Vol2.3混菌固定化發(fā)酵乳清與單一菌株發(fā)酵乳清周期圖1TTC顯色平板圖的比較2.3克魯維酵母和釀酒酵母混合發(fā)酵乳清產(chǎn)酒精將單一的克魯維酵母按照122的方法制成固定化23.1兩種酵母混合發(fā)酵比例的確定凝膠顆粒,以10%的接種量接入到乳清還原液中進(jìn)行為充分利用乳清還原液中的糖,縮短發(fā)酵周期,發(fā)酵提高發(fā)酵乳清所產(chǎn)的酒精含量,將克魯維酵母和釀酒中國煤化工固定化發(fā)酵,發(fā)酵96b酵母同時(shí)固定化發(fā)酵以達到所預想的目標。在固定化可到CNMHG,到發(fā)酵終點(diǎn)時(shí)酒精含粒子中,克魯維酵母生長(cháng)代謝是利用乳清還原液中的量可達到46%ol,殘糖為042g100mL釀酒科技2008年第1期(總第163期)· LIQUOR-MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY200No.l(Tol.l63殘糖◆酒精含量要原因43.2TC顯色平板試驗表明,釀酒酵母比克魯維酵母3具有較強的半乳糖發(fā)酵能力因此采用釀酒酵母與克6422魯維酵母混合發(fā)酵的方法可有效提高乳清發(fā)酵速度。13.3優(yōu)化了兩種酵母混合發(fā)酵的方法,確定兩種酵母發(fā)酵的最佳比例為1:1,釀酒酵母在克魯維酵母接種3h024364860728496后加入到發(fā)酵液中,效果較好。在此條件下進(jìn)行混菌固時(shí)間(h)定化發(fā)酵乳清生產(chǎn)燃料乙醇,并與單一菌株發(fā)酵進(jìn)行圖4單一菌株固定化發(fā)酵試驗比較,發(fā)酵速度有較大的提高,發(fā)酵周期由96h縮短將克魯維酵母與釀酒酵母這兩種酵母按照122的為72h,酒精含量也有所提高,達到54%Vol方法,以11的比例分別制成固定化凝膠顆粒,先將克參考文獻:魯維酵母接入到乳清還原液中進(jìn)行發(fā)酵,之后間隔3h,山馬儷珍,張秀紅等乳清的營(yíng)養價(jià)值及乳清飲料的研究現狀再將釀酒酵母加人到乳清還原液中進(jìn)行發(fā)酵試驗,結果[門(mén)中國乳品工業(yè),199,27(5):47-50見(jiàn)圖5。[2]M. L. Gonzalez Siso. The biotechnological utilization of cheeseWhey: A review[]. Bioresource Technology, 1996, (57): 1-1冒殘糖酒精含量7 [3 Lucilia Domingues et al. Alcohol production from cheesewhey permeate using genetically modified flocculent yeastgells[J]. Biotechnology and Bioengineering, 2001, 72(5507-514.[4]金世琳肖坤,賓做乳清飲料門(mén)飲料工業(yè),2001,(5):22-24.[5] Nova. J. Ehtylalcohol and yeast biomass from whey and milk]時(shí)間(h)Serum Khranit Promst 1998, 39(6): 22-25.[6 Marwaha J Alcohol production from whey permeate by immo-圖5混菌固定化發(fā)酵試驗bilized and free cell of kluycesmarxi an usNCYC 179U由圖5可知,在混菌固定化試驗中,前24h為發(fā)Process Biochemistry, 1984, (4): 70-80酵高峰期,發(fā)酵速度較快,到發(fā)酵終點(diǎn)時(shí),酒精含量為王克明,王雪筠·固定化細胞發(fā)酵海帶飲料的硏究?！な称?4%Vol,殘糖值降至0.8g/100mL。較大地提高了發(fā)科學(xué),1995,(8):27-30.酵速度,使發(fā)酵周期縮短了24h,發(fā)酵液中酒精含量較8]潘亞芬,王云慶,權石范固定化酵母生產(chǎn)蜂蜜酒的研究門(mén)釀單一菌株發(fā)酵提高了0.8%vol,殘糖含量比單一菌株發(fā)酒科技,2004,126(6):72-7酵降低了0.24g/100mL[9]蔡定域釀酒工業(yè)分析手冊M]北京:中國輕工業(yè)出版社,19883討論[10]王亞楠,肖冬光快速測定啤酒酒精度和真正發(fā)酵度的方31通過(guò)測定克魯維酵母乳清發(fā)酵過(guò)程中各種糖含法釀酒,2002,29(6):84-86量的變化,發(fā)現半乳糖積累是導致發(fā)酵周期較長(cháng)的主中中““+“““+“·(上接第41頁(yè))社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。黃水提取物對酒的質(zhì)量提高幅度最明顯,另外由于利用5討論黃水提取酒用呈香呈味物質(zhì)的同時(shí)還生產(chǎn)了1800t年傳統的分離提純工藝主要采用蒸餾提取,但釀酒副的乳酸,且利用黃水為原料生產(chǎn)的酒用呈香呈味物質(zhì)得產(chǎn)物中含有的大量呈香呈味物質(zhì)只有極少量被蒸餾到率最高理化指標及嘗評效果最好,工藝較簡(jiǎn)單操作方酒中而超臨界CO2萃取技術(shù)在保持原料原有的色香、便因此該工藝同以丟糟、酒尾為原料的提取工藝相味不因受熱破壞的前提下能將其充分提取并回歸應用比,其綜合效果最好。到白酒生產(chǎn)中。因此,該技術(shù)在白酒工藝中的應用只是項目技術(shù)成果推廣應用預計可為白酒行業(yè)帶來(lái)的開(kāi)中國煤化工如曲藥、糧食等原料中效益為:年新增稅收68億元,新增利潤13-15億元,呈有節支增收152億元,帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)增收16-20億工2號CNMHG的優(yōu)化,將傳統的釀酒抆不元,使白酒質(zhì)量得到質(zhì)的飛元,年累計經(jīng)濟效益30~40億元,同時(shí)帶來(lái)極為顯著(zhù)的躍,白酒優(yōu)質(zhì)品率將大幅度提高?！?/p>