卵磷脂在提高植物秸稈發酵生產乙醇產量中的應用的制作方法
【專利摘要】本發明提供了卵磷脂在提高植物秸稈發酵生產乙醇產量中的應用。本發明通過在酵母發酵培養基中添加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酵生產乙醇的得率達到0.47，乙醇含量達到14.56％(v/v)，而未添加卵磷脂的生產工藝中，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酵產量。該方法提高了植物秸稈發酵乙醇得率，為植物秸稈的充分開發利用提供了新思路，對于降低環境污染，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酵生產乙醇產量中的應用

【技術領域】
[0001] 本發明涉及微生物發酵領域，具體地說，涉及卵磷脂在發酵生產乙醇產量中的應 用以及一種通過向培養基中添加卵磷脂提高植物秸桿發酵生產乙醇產量的方法。

【背景技術】
[0002] 世界石油資源的日益枯竭以及不斷增長的溫室氣體效應，使人們對非石油能源產 生了極大的興趣。利用生物質原料生產燃料乙醇部分替代化石燃料己經引起人們極大關 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發酵生產，其中利用成本低 廉、數量巨大的纖維質類物質，例如植物秸桿生產燃料乙醇尤為引人關注。
[0003] 植物秸桿是豐富的農業廢棄物，主要由纖維素、半纖維素和木質素組成。植物秸桿 在我國產量巨大，利用植物秸桿發酵生產乙醇不但緩解人類所面臨的資源危機，食物短缺， 環境污染等一系列問題，也為人類持續發展提供了保證。
[0004] 植物秸桿發酵生產乙醇一般采用兩步發酵法，即先將預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。植物秸桿發酵生產乙醇關鍵是提高菌體對木糖的 利用率，進而提商乙醇得率。


【發明內容】

[0005] 本發明提供一種提高植物秸桿發酵生產乙醇產量的方法，該方法以植物秸桿水解 糖為發酵底物，在發酵培養基中添加卵磷脂，通過酵母發酵生產乙醇。
[0006] 本發明方法中，發酵培養基中卵磷脂終濃度為30-100mg/L。
[0007] 優選地，發酵培養基中卵磷脂終濃度為50-80mg/L。
[0008] 更優選地，發酵培養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] 本發明提供了卵磷脂在提高植物秸桿發酵生產乙醇產量中的應用。
[0012] 上述應用中，具體地，是在發酵培養基中添加終濃度為30-100mg/L的卵磷脂。
[0013] 優選地，是在發酵培養基中添加終濃度為50_80mg/L的卵磷脂。
[0014] 更優選地，是在發酵培養基中添加終濃度為60mg/L的卵磷脂。
[0015] 本發明還發現，若在發酵培養基中同時添加 Mn2+和卵磷脂，則能進一步提高 發酵生產乙醇的產量。進一步地，本發明還提供了在發酵培養基中同時添加終濃度為 0. 4-0. 8mmol/L的Mn2+和終濃度為50-80mg/L的卵磷脂在提高發酵生產乙醇的產量中的應 用。
[0016] 優選地，上述Mn2+終濃度為0· 6mmol/L。
[0017] 在本發明的一個實施例中，在發酵培養基中同時添加終濃度為0.6mmol/L Mn2+和 60mg/L卵磷脂后，發酵終點測乙醇含量為15. 46% (v/v)，殘糖0. 10% (w/v)，乙醇得率為 0· 49。
[0018] 本發明所述的發酵培養基，含有以下組分：
[0019] 植物結桿水解糖以還原糖計為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] 進一步地，所述的發酵培養基，含有以下組分：
[0021] 植物結桿水解糖以還原糖計為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] 優選地，所述的發酵培養基，含有以下組分：
[0023] 植物結桿水解糖以還原糖計為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] 更優選地，本發明的發酵培養基含有以下組分：
[0025] 植物結桿水解糖以還原糖計為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] 本發明提供了上述發酵培養基在發酵生產乙醇中的應用。
[0027] 本發明的優點在于：通過在發酵培養基中添加卵磷脂提高了乙醇得率和產量，與 傳統工藝中未添加的發酵試驗結果相比，使得乙醇含量達到14.56% (v/v)，乙醇得率達到 0. 47,而未添加卵磷脂的發酵方法中，乙醇含量為12. 42% (v/v)，乙醇的得率為0. 40。本發 明提供的方法簡單易行，提高了植物秸桿發酵乙醇的得率，能耗少，降低了發酵生產乙醇的 成本，為植物秸桿的充分開發利用提供了新思路，對于降低環境污染，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植物秸桿發酵生產乙醇產量的影響圖。

【具體實施方式】
[0029] 以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。實施例中所用酵母為 釀酒酵母，其來源：購于浙江大學，基因重組釀酒酵母S. cerevisiae ZU-10 ;卵磷脂購自安 慶市中創工程技術有限責任公司。購買廠家只是說明原料的可行性，不用來限制本發明的 范圍。
[0030] 乙醇得率（g ethanol/g glucose)=終點乙醇濃度/(起始葡萄糖濃度-殘糖濃 度）。乙醇密度以〇. 789g/cm3計。
[0031] 實施例1卵磷脂對植物秸桿發酵生產乙醇產量的影響
[0032] 釀酒酵母種子的培養：取一環新鮮的斜面釀酒酵母S. cerevisiae ZU-10菌體接 入含有l〇〇mL生長培養基（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，在旋轉式搖床上（轉速：150r/min)于30°C培 養15h后可用于接種發酵培養基。
[0033] 搖瓶發酵實驗：按5% (v/v)的接種量將培養好的種子接入發酵培養基，發酵培養 基配方為玉米結桿水解糖以還原糖計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。接種后在旋轉式搖床上（轉速：150r/min)于30°C進行 培養。發酵周期為48h。發酵終點測乙醇含量，實驗結果如圖1所示。圖1顯示，隨著卵磷 脂濃度的逐漸增加，乙醇產量逐漸提高，當為卵磷脂濃度為60mg/L時，乙醇含量達頂峰，最 高值14.56% (v/v)，計算乙醇得率為0.47。之后，隨著卵磷脂濃度增加，乙醇含量逐漸下 降。考慮到生產成本，本發明認為當培養基中卵磷脂添加終濃度30-100mg/L可以提高乙醇 發酵產量。
[0034] 乙醇濃度的測定方法：由氣相色譜定量（美國Agilent6890系列氣相色譜儀，配氫 焰離子化檢測器，進樣口和檢測器溫度分別為160°C和230°C，柱溫恒溫控制為90°C，采用 氮氣為載氣，正丁醇為內標）
[0035] 實施例2培養基中同時添加 Mn2+和卵磷脂對植物秸桿發酵生產乙醇產量的影響
[0036] 按具體實施例1中的方法培養種子后，按相同的接種搖瓶接種發酵培養基，試驗 組發酵培養基配方為玉米秸桿水解糖以還原糖計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。同時以不添加 Mn2+和卵磷脂，其余配方相同的作為對照組。搖瓶為500mL (配置水封厭氧塞），裝液量為 200mL。接種后在旋轉式搖床上（轉速：150r/min)于30°C進行培養。發酵周期為48h。對 照組發酵終點測乙醇含量為12. 42 % (v/v)，殘糖0. 5 % (w/v)，乙醇得率為0. 40 ;試驗組發 酵終點測乙醇含量為15.46% (v/v)，殘糖0. 10% (w/v)，乙醇得率為0.49。結果顯示，添加 了 Mn2+和卵磷脂的試驗組的乙醇含量和得率顯著高于沒有添加 Mn2+和卵磷脂的對照組。 [0037] 雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施方案對本發明作了詳盡的描述，但在 本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因 此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發明要求保護的范圍。
【權利要求】
1. 一種提高植物秸桿發酵生產乙醇產量的方法，其特征在于，以植物秸桿水解糖為發 酵底物，在發酵培養基中添加卵磷脂，通過酵母發酵生產乙醇。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，發酵培養基中卵磷脂終濃度為30-100mg/L。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，發酵培養基中卵磷脂終濃度為50-80mg/L。
4. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，發酵培養基中卵磷脂終濃度為60mg/L。
5. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，發酵培養基中還添加終濃度為 0. 4-〇. 8mmol/L 的 Mn2+。
6. 如權利要求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 結桿、小麥結桿、稻草結桿、甘鹿中的一種或幾種。
7. 如權利要求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. -種發酵生產乙醇的培養基，其特征在于，含有以下組分： 植物結桿水解糖以還原糖計為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. 如權利要求8所述的培養基，其特征在于，含有以下組分： 植物結桿水解糖以還原糖計為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. 權利要求8或9所述的培養基在發酵生產乙醇中的應用。
【文檔編號】C12P7/10GK104120153SQ201410300598
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】李榮杰, 楊為華, 鄧遠德, 徐斌, 秦晴, 張雪鋒 申請人:安徽豐原發酵技術工程研究有限公司