固定化酵母直接發(fā)酵甜菜汁生產(chǎn)燃料乙醇的研究

中國釀造2012年第31卷第8期研究報告總第245期61·固定化酵母直接發(fā)酵甜菜汁生產(chǎn)燃料乙醇的研究王治業(yè)1,楊暉1,趙小鋒1郭琪12(1.甘肅省科學(xué)院生物研究所,甘肅蘭州730002甘肅省工業(yè)微生物工程技術(shù)研究中心,甘肅蘭州73000)要:為了簡(jiǎn)化發(fā)酵工藝、縮短發(fā)酵時(shí)間、提高發(fā)酵效率,采用聚乙烯醇凝膠作為包埋劑進(jìn)行酵母固定形成固定化酵母產(chǎn)品,并將其直接發(fā)酵甜菜汁進(jìn)行燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)研究,結果表明,固定化后的釀酒酵母接種量為15%時(shí),甜菜發(fā)酵液中酒精含量最高,達到941%vol,其他接種量都有所降低。利用固定化酵母進(jìn)行甜菜酒精發(fā)酵比對照組酒精平均值提高了2.86%。連續9批次發(fā)酵且期間不進(jìn)行滅菌處理,產(chǎn)酒穩定。因此,利用固定化酵母直接發(fā)酵甜菜汁生產(chǎn)燃料乙醇是可行的。關(guān)鍵詞:固定化酵母;甜菜;燃料乙醇中圖分類(lèi)號:S216.2文獻標識碼:A文章編號:02545071(2012)08-0061-02Ethanol fermentation from sugar beet with immobilized yeasWANG Zhiye, YANG Hui, ZHAO Xiaofeng", GUO Qi2(I. Institute of Biology, Gansu Academy ofScience2. Industrial Microbiology Engineering Research Center in Gansu, Lanzhou 730000, China)Abstract: In order to improve the fermentation process, yeast were immobilized by polyvingl alcohol to evaluate the ethanol production from sugarbeet. The results showed that the highest concentration of ethanol (9.41%vol)was obtained when immobilized Saccharomyces cerevisiae amount was5%. The average content of ethanol by immobilized yeast was 2.86% higher than that of the control. It was stable after 9 batch fermentations withoutsterilization, which indicated that immobilization of yeast is feasible to produce ethanol from sugar beetKey words: immobilized yeast; sugar beet; fuel ethanol目前,能涼和糧食問(wèn)題嚴重影響著(zhù)各國的經(jīng)濟發(fā)展和SHL207榨汁機:北美電器(珠海)有限公司;LRH-l50B人類(lèi)的生活。為了解決這些問(wèn)題,世界各國都在積極尋求生化培養箱:廣東醫療器械廠(chǎng);HzQF60型全溫震蕩培養解決的方法。研究發(fā)現,利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇可箱:哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司:KDZX40B型以很好地解決汽車(chē)與人爭糧食的矛盾,是一條可持續的發(fā)全立式自動(dòng)控溫高壓滅菌器:上海申安醫療器械廠(chǎng);糖度展之路。我匡燃料乙醇的未來(lái)發(fā)展趨勢之一是實(shí)現原材計:浙江余姚儀表二廠(chǎng);酒精計:北京石景山玻璃廠(chǎng)料的“非糧”轉化,加大力度提高“非糧”原料的產(chǎn)能比2試驗方法例。利用作為能源植物的甜菜進(jìn)行酒精發(fā)酵的研究越來(lái)2.1測定方法越引起人們的重視,已經(jīng)成為國內外燃料乙醇研究和規糖度:糖度計測定;酒精度:蒸餾后用酒精計測定;殘模開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。甜菜是西北地區廣泛種植的經(jīng)濟作物之糖:菲林氏滴定法。利用甜菜為原料發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇具有種植面積廣、2,2前期處理發(fā)酵工藝簡(jiǎn)單、乙醇產(chǎn)量較高等優(yōu)勢。近些年一些國家開(kāi)2.2.1原料處理展了對能源亂菜的研究,但是還沒(méi)有一套完整的能源甜將新鮮甜菜塊根清洗干凈,打碎后按量加入0.5%的果菜經(jīng)濟指標的鑒定技術(shù)。膠酶,于45℃~-50℃保溫處理2h-3h,過(guò)濾。用甜菜糖蜜將甜傳統的酒精發(fā)酵技術(shù)通常采用游離酵母進(jìn)行發(fā)酵,菜汁糖度調整至18%,pH-4.8,121℃滅菌15min,冷卻至操作流程長(cháng)、匚藝復雜、易污染。本研究采用固定化酵母28℃備用直接發(fā)酵甜菜汁生產(chǎn)燃料乙醇,可以簡(jiǎn)化發(fā)酵工藝、縮短2.22固定化酵母增殖培養發(fā)酵時(shí)間、提高發(fā)酵效率并有效降低污染固定化酵母使用前需要進(jìn)行增殖處理,以使其到達最1材料與設備佳發(fā)酵狀態(tài)。具體操作為將甜菜汁調整糖度為6%-8%,1.1材料pH=4.8,于28℃振蕩培養24h,待固定化酵母載體表面突起甜菜:市甜菜:果膠酶:遠天牌復合果膠酶;釀酒酵小泡即為增殖成功。使用該專(zhuān)利技術(shù)制備的固定化酵母,母:甘肅省科學(xué)院生物研究所保藏:固定化酵母:采用甘肅增殖后不需滅菌,保持生產(chǎn)條件的衛生可以連續使用,使省科學(xué)院生物研究所固定化細胞專(zhuān)利技術(shù)。用壽命達180以上,產(chǎn)酒能力穩定。1.2設備2、3工藝流程中國煤化工收稿日期:20120521CNMHG基金項目:廿肅省科技支撐計劃項目(No:0804NKCA085)作者簡(jiǎn)介:王治業(yè)(1976-),男,甘肅高臺人,高級工程師,主要研究方向為固定化細胞(酶)技術(shù)及其對生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的改造和應用。2012vo.31No.8Serial No 245China BrewingResearch Report固定化載體廠(chǎng)解時(shí)種塊根用固定化酵母的酒精產(chǎn)量平均值高于使用游離酵母的對照組。使用固定化酵母不需要每一批次都進(jìn)行菌種擴大冷凍果膠酶培養,既簡(jiǎn)化了發(fā)酵工序又縮短了發(fā)酵時(shí)間,有效提高了調配過(guò)濾酒精發(fā)酵的效率。固定化酵母←一甜菜汁調配附表因定化酵母連續酒精發(fā)酵試驗結果Attached table Results of ethanol fermentation by immobilized yeastovol增殖的固定化酵母←發(fā)酵糖液發(fā)酵批次010分離循環(huán)使用游離酵母908固定化酵母9.38發(fā)酵液成熟發(fā)酵批次均值9129.081024發(fā)酵處理游離酵母908固定化酵母9.399.3624.1不同用量固定化酵母接種試驗將增殖好的固定化酵母分別按發(fā)酵液的質(zhì)量比5%、使用固定化酵母連續發(fā)酵過(guò)程不進(jìn)行滅菌處理,由10%、15%20%25%加入,前期28℃振蕩培養8h,分離出于外界因素影響發(fā)酵過(guò)程會(huì )有一定波動(dòng),但并不影響發(fā)酵發(fā)酵液于30℃發(fā)酵32h,測定酒精度。每種接種量重復5批的正常進(jìn)行。隨著(zhù)固定化酵母發(fā)酵批次的增加,酒精產(chǎn)量次,結果取5次的平均值。呈現下降趨勢,是因為多批次連續不滅菌發(fā)酵必然會(huì )造成242固定化酵母連續酒精發(fā)酵試驗雜菌的污染幾率的增加,為避免此類(lèi)現象的發(fā)生應定期對將固定化酵母按發(fā)酵液質(zhì)量比15%的用量接入,連固定化酵母發(fā)酵罐進(jìn)行例行檢查和必要的滅菌操作,以續9批次進(jìn)行發(fā)酵試驗,并做接種量為10%游離酵母做對保證發(fā)酵的穩定。照試驗。4討論3結果與分析41甜菜汁中含有一定的果膠,對于發(fā)酵過(guò)程是不利的,利3.1不同用量固定化酵母接種試驗結果用果膠酶對甜菜汁進(jìn)行預處理既可以提高出汁率又可以酒精含量◆殘糖含量降低發(fā)酵液中果膠對酵母的毒害,從而提高發(fā)酵效率和酒精產(chǎn)量。9442甜菜含糖量一般為10%-13%,直接進(jìn)行酒精發(fā)酵或濃9.0縮后發(fā)酵,會(huì )造成很大的能源浪費,利用甜菜糖蜜對甜菜201.5汁進(jìn)行糖度調節,不但可以將廢物利用,而且可以提高酒8.41.0霎精的產(chǎn)量。4.3由于在固定化酵母酒精發(fā)酵過(guò)程中酵母菌一直處于7.8發(fā)酵液中,相對于使用游離酵母的生產(chǎn)工藝,固定化酵母051015202530存在一種選擇作用,會(huì )使得包埋和吸附在載體上的酵母菌定化酵母接種量附圖不同用量固定化酵母接種試驗結果更加適宜于甜菜糖液的發(fā)酵環(huán)境,由此可以通過(guò)緩慢提高Attached fig. Results of immobilized yeast with different inoculum發(fā)酵液的糖度的方法來(lái)提高酵母對發(fā)酵糖度的耐受性,由附圖可以看出,固定化酸酒酵母接種量為15%時(shí)最終達到提高發(fā)酵效率的目的。發(fā)酵液中酒精的含量最高,達到941%ol接種量為%和參考文獻:10%時(shí)酒精含量不高,是因為在發(fā)酵時(shí)間一定的情況下,(李敏杰熊亞固定化酵母菌發(fā)酵產(chǎn)酒精作用的研究門(mén)安徽農業(yè)科由于接種量較少,前期酵母細胞數量少,前發(fā)酵階段時(shí)間學(xué),2009(7):2856-2857,2860較長(cháng),發(fā)酵液沒(méi)有發(fā)酵充分,還有一定的糖分沒(méi)有利用,因(2]史淑芝程大友徐得昌等能源甜菜乙醇發(fā)酵的工藝優(yōu)化及數學(xué)模此酒精含量較低;接種量為20%和25%時(shí),酒精產(chǎn)量降低型[門(mén)農業(yè)工程學(xué)報,2009,25(6):214218的主要原因在于接種量過(guò)大造成了酵母營(yíng)養生長(cháng)過(guò)程中3周劍平,王治業(yè)楊暉等固定化酵母在清香型白酒發(fā)酵的應用研大量消耗了發(fā)酵液中的糖分,使得酒精的產(chǎn)量降低究[中國釀造亞固定化酞中國煤化較研究[西昌3.2固定化酵母連續酒精發(fā)酵試驗結果熊學(xué)院學(xué)報:自然CNMHG將固定化釀酒酵母按15%的接種量進(jìn)行酒精發(fā)酵試(5周劍平,魏甲乾,龔偉中,等聚乙烯醇復合凝膠及其合成方法,驗,并連續進(jìn)行9批次,結果見(jiàn)附表。由結果可以看出,使CN1690114[P]200