專利名稱：一種發酵生產酒精的方法
技術領域：
本發明涉及ー種酒精的生產方法，具體地說，涉及ー種發酵生產酒精的方法。
背景技術：
我國的酒精生產以生物發酵為主，大多數エ廠都采用糧谷類和薯類作為原料，使用活性釀酒干酵母作為菌種進行液體發酵生產酒精。為了進一步提高酒精生產水平，各國都在致カ于新型酒精發酵方法的研究，如目前已在エ業生產上應用的固定化細胞酒精發酵法、耐高溫活性干酵母發酵法等新的發酵エ藝。設備方面也在不斷更新，出現了不少新型的生物反應器、酵母回用連續攪拌反應器、塔式反應器、細胞固定化反應器等。然而，能夠同時利用發酵原料里的六碳糖和不可發酵性五碳糖進行酒精發酵生產的エ藝尚未見報導。
發明內容
本發明的目的是提供ー種能夠同時利用發酵原料里的六碳糖和不可發酵性五碳糖進行酒精發酵生產的方法。為了實現本發明目的，本發明的ー種發酵生產酒精的方法，其特征在于，其是以釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) DJ-012,作為發酵菌株,并以糧谷類和/或薯類為原料發酵生產酒精。其中，釀酒酵母DJ-012現已保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，地址北京市朝陽區北辰西路I號院3號中國科學院微生物研究所，郵編100101，保藏日期2012年6月8日，保藏號CGMCC No. 6200。在進行發酵之前，首先將糧谷類和/或薯類原料粉碎，并進行液化糖化處理。優選地，液化糖化的步驟為將粉碎后的糧谷類和/或薯類原料投入適量水中，按15-20U/克干物的量加入α -高溫淀粉酶，在95 °C攪拌液化I小吋；降溫到60°C，按120-150U/克干物的量加入糖化酶，在60°C攪拌糖化30分鐘，即得糖化醪培養基。所述干物為糧谷類和/或薯類原料。前述方法中，發酵過程中還添加O. 03%發酵液(即糖化醪培養基)重量的尿素和O. 02%發酵液重量的酒精復合酶。通過添加酒精復合酶來分解發酵原料里的纖維素、半纖維素及其他一些常規方法不可分解和發酵的糖類，使其降解為五碳糖、六碳糖等單糖。其中，所述酒精復合酶購自九江中星聯生物技術有限公司。優選地，發酵采用間歇發酵、半連續發酵或連續發酵。發酵溫度為30_36°C，發酵時間為3_4天。在進行發酵之前，發酵菌株先經過斜面培養。其中，斜面培養步驟為將釀酒酵母DJ-012接入斜面培養基中，30°C培養3-4天；斜面培養基中各成分的質量百分數為酵母汁1%、蛋白胨2%、木糖2%、瓊脂2. 0-2. 5%，其余為水，調pH值為5. O。進ー步地，在經過斜面培養后，還進行了振蕩培養。其中，振蕩培養步驟為將斜面菌種接入種子培養基中，30-35°C，150r/min振蕩培養36-72小時；種子培養基中各成分的質量百分數為酵母汁1%、蛋白胨2%、木糖2%，其余為水，調pH值為5. O。發酵過程中菌種的接種量為發酵液體積的O. 1%_20%。前述方法中，所述糧谷類為玉米、高粱或小麥等中的ー種或多種。本發明中，通過添加酒精復合酶來分解發酵原料里的纖維素、半纖維素及其他一些常規方法不可分解和發酵的糖類，使其降解為五碳糖、六碳糖等單糖，并以釀酒酵母DJ-012作為發酵菌株，其能夠有效利用發酵液中的六碳糖和五碳糖生產酒精，從而充分利用發酵原料里的糖類，顯著提高了原料利用率和酒精產率，降低生產成本。經過測算，發酵液可以提高酒精度O. 3-0. 6%(v/v)，噸酒成本降低196元左右，按年產10萬噸酒精計，毎年可多創利潤I960萬元，經濟效益明顯。另外，進行酒精生產的原料來源豐富，還可起到節約糧食的社會效益。
具體實施方式
以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段，所用原料均為市售商品，其中，α -高溫淀粉酶購自諾維信(中國)生物技術有限公司，糖化酶購自蘇州宏達制酶有限公司，酒精復合酶購自九江中星聯生物技術有限公司。本發明中涉及到的百分號“％”，若未特別說明，是指質量百分比；但溶液的百分比，除另有規定外，是指IOOml溶液中含有溶質的克數；液體之間的百分比，是指在20°C時容量的比例。實施例I在三角瓶中發酵生產酒精(原料為玉米粉)I. I斜面培養在無菌操作條件下，將釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)DJ-012，保藏編號為CGMCC No. 6200，接入試管斜面培養基中，30°C培養3-4天；斜面培養基中各成分的質量百分數為酵母汁1%、蛋白胨2%、木糖2%、瓊脂2. 0-2. 5%，其余為水，用氫氧化鈉調pH值為5.0，121°C，滅菌25分鐘。I. 2玉米粉的液化糖化采用常規釀酒酵母產酒的液化糖化方法，即稱取玉米粉，加水到需要量，按15U/克干物(干物為玉米粉)的量加入α -高溫淀粉酶，在95°C水浴鍋上液化I小時并時常攪拌；然后降溫到60°C，按120U/克干物(干物為玉米粉)的量加入糖化酶，在60°C水浴鍋上攪拌糖化30分鐘，即得糖化醪培養基(玉米粉28%)。I. 3在500ml三角瓶(裝液量為350ml)中接入斜面菌種發酵生產酒精，30°C發酵36小時，然后32°C發酵60小吋。其中發酵培養基為在上述糖化醪培養基中單加醪液重量O. 03%的尿素和醪液重量O. 02%的酒精復合酶。結果表明，發酵液中酒精度最高為11. 2% (v/v)0實施例2 IOL發酵罐中發酵生產酒精(原料為玉米粉)I. I斜面培養，步驟同實施例I。I. 2振蕩培養在無菌條件下，將斜面菌種接入三角瓶的種子培養基中，置搖床上振蕩培養36小時，培養溫度30-32°C，搖床轉速為150r/min。種子培養基中各成分的質量百分數為酵母汁1%、蛋白胨2%、木糖2%，其余為水，用氫氧化鈉調pH值為5. 0,121°C，滅菌25分鐘。I. 3玉米粉的液化糖化采用常規釀酒酵母產酒的液化糖化方法，即稱取玉米粉，加水到需要量，按20U/克干物(干物為玉米粉)的量加入α -高溫淀粉酶，在95°C水浴鍋上液化I小時并時常攪拌；然后降溫到60°C，按150U/克干物(干物為玉米粉)的量加入糖化酶，在60°C水浴鍋上攪拌糖化30分鐘，即得糖化醪培養基(玉米粉28%)。I. 4在IOL不銹鋼標準發酵罐(裝料量為7L)中接入140ml上述三角瓶中的種子液發酵生產酒精，30°C發酵36小吋，32°C發酵48小吋。其中發酵培養基為在上述糖化醪培養基中單加醪液重量O. 03%的尿素和醪液重量O. 02%的酒精復合酶。發酵每4-8小時取樣測定各種指標。結果表明，發酵液中酒精度最高為11. 3% (v/v)0實施例3 IOL發酵罐中發酵生產酒精(原料為木薯粉)
I · I斜面培養，步驟同實施例I。I. 2振蕩培養步驟同實施例2。I. 3木薯粉的液化糖化采用常規釀酒酵母產酒的液化糖化方法，即稱取木薯粉，加水到需要量，按20U/克干物(干物為木薯粉)的量加入α -高溫淀粉酶，在95°C水浴鍋上液化I小時并時常攪拌；然后降溫到60°C，按150U/克干物(干物為木薯粉)的量加入糖化酶，在60°C水浴鍋上攪拌糖化30分鐘，即得糖化醪培養基(木薯粉26%)。I. 4在IOL不銹鋼標準發酵罐(裝料量為7L)中接入140ml上述三角瓶中的種子液發酵生產酒精，30°C發酵36小吋，32°C發酵48小吋。其中發酵培養基為在上述糖化醪培養基中單加醪液重量O. 03%的尿素和醪液重量O. 02%的酒精復合酶。發酵每4-8小時取樣測定各種指標。結果表明，發酵液中酒精度最高為11. 2% (v/v)0實施例4 140m3發酵罐中發酵生產酒精(原料為玉米粉)I. I斜面培養，步驟同實施例I。I. 2振蕩培養步驟同實施例2。I. 3玉米粉的液化糖化采用常規釀酒酵母エ業化產酒的連續液化糖化方法，即在預煮罐內按比例加入玉米粉和水，按18U/克干物(干物為玉米粉)的量加入α -高溫淀粉酶，在95°C攪拌液化45分鐘，用泵打入維持罐中保溫維持I. 5小時；然后降溫至60°C，用泵打入糖化罐中進行糖化，同時按135U/克干物(干物為玉米粉)的量加入糖化酶，在60°C攪拌糖化30分鐘，即得糖化醪培養基(玉米粉30%)。以上過程為連續狀態。I. 4種子罐一級擴培向2m3種子罐(裝料量為I. 5m3)中接入上述三角瓶中的種子液，接種量為O. 2% (v/v)，發酵溫度為32°C，通風為O. lvvm。其中，一級種子培養基為在上述糖化醪培養基中單加醪液重量O. 03%的尿素和醪液重量O. 02%的酒精復合酶。每4小時取樣測定各種指標。I. 5種子罐ニ級擴培在20m3種子罐(裝料量為15m3)中接入經上述一級擴培后的種子液，接種量為10% (v/v)，發酵溫度為30-32°C，通風為O. lvvm。其中，ニ級種子培養基為在上述糖化醪培養基中單加醪液重量O. 03%的尿素和醪液重量O. 02%的酒精復合酶。每4小時取樣測定各種指標。I. 6發酵罐發酵向140m3發酵罐中加入I. 3的糖化醪培養基50m3，接入經上述ニ級擴培后的種子液，接種量為12% (v/v)，繼續添加糖化醪培養基至130m3，32°C發酵36小吋，35°C發酵40小吋。其中，發酵培養基為在上述糖化醪培養基中單加醪液重量O. 03%的尿素和醪液重量O. 02%的酒精復合酶。發酵每4小時取樣測定各種指標。結果表明，發酵液中酒精度最高為12.0% (v/v)。實施例5 140m3發酵罐中半連續發酵生產酒精(原料為玉米粉)I. I斜面培養，步驟同實施例I。I. 2振蕩培養步驟同實施例2。I. 3玉米粉的液化糖化步驟同實施例4。I. 4種子罐一級擴培步驟同實施例4。 I. 5種子罐ニ級擴培步驟同實施例4。I. 6發酵罐發酵向140m3發酵罐中加入I. 3的糖化醪培養基50m3，接入經上述ニ級擴培后的種子液，接種量為12% (v/v)，繼續添加糖化醪培養基至130m3開始發酵培養，控制溫度32°C。其中，發酵培養基為在上述糖化醪培養基中單加醪液重量O. 03%的尿素和醪液重量O. 02%的酒精復合酶。每4小時取樣測定各種指標，鏡檢發酵醪液的酵母生長數量、出芽率、測定酸度等，達到指標要求后將此發酵罐的醪液往后連罐，后移接近半罐醪液后開始向第一個發酵罐中補充糖化醪。第二個罐連料至一半液位后，關閉兩個罐之間的連通閥。第一個罐繼續進料至滿罐，第二個罐開始進料。第一個罐滿罐后不再往后連罐。第二個罐滿罐后，同樣每隔4小時取樣測定各項指標，檢測合格后往后連罐。按上述操作依次連罐，直到第四個罐滿罐為止。經檢測，各發酵罐中發酵液的酒精度最高分別為11. 9%、12. 1%、11. 9%和12. 0%(v/Vノ。對比例I. I斜面培養在無菌操作條件下，將市售普通釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)接入試管斜面培養基中，30°C培養3-4天。斜面培養基中各成分的質量百分數為酵母汁1%、蛋白胨2%、葡萄糖2%、瓊脂2. 0-2. 5%，其余為水，用氫氧化鈉調pH值為5. 0，121°C，滅菌25分鐘。I. 2玉米粉的液化糖化采用常規釀酒酵母產酒的液化糖化方法，即稱取玉米粉，加水到需要量，按20U/克干物(干物為玉米粉)的量加入α -高溫淀粉酶，在95°C水浴鍋上液化I小時并時常攪拌；然后降溫到60°C，按150U/克干物(干物為玉米粉)的量加入糖化酶，在60°C水浴鍋上攪拌糖化30分鐘，即得糖化醪培養基(玉米粉28%)。I. 3在500ml三角瓶(裝液量為350ml)中接入普通釀酒酵母斜面菌種發酵生產酒精，30°C發酵36小吋，32°C發酵60小吋。其中，發酵培養基直接使用上述糖化醪培養基。結果表明，發酵液中酒精度最高為10.8% (v/v)。由此可見，米用本發明的釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)DJ_012發酵生產酒精，可有效利用發酵液中的六碳糖和五碳糖，顯著提高原料利用率和酒精產率，降低生產成本。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，可以對之作ー些修改或改進，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
1.一種發酵生產酒精的方法，其特征在于，其是以釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)DJ_012，保藏編號CGMCC No. 6200，作為發酵菌株，并以糧谷類和/或薯類為原料發酵生產酒精。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，發酵之前，預先將糧谷類和/或薯類原料粉碎，并進行液化糖化處理。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，液化糖化的步驟為將粉碎后的糧谷類和/或薯類原料投入適量水中，按15-20U/克干物的量加入α -高溫淀粉酶，在95°C攪拌液化I小時；降溫到60°C，按120-150U/克干物的量加入糖化酶，在60°C攪拌糖化30分鐘，即可。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，發酵過程中還添加O.03%發酵液重量的尿素< 和O. 02%發酵液重量的酒精復合酶。
5.根據權利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，發酵采用間歇發酵、半連續發酵或連續發酵。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，發酵溫度為30-36°C，發酵時間為3-4天。
7.根據權利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，發酵之前，發酵菌株先經過斜面培養； 其中，斜面培養步驟為將釀酒酵母DJ-012接入斜面培養基中，30°C培養3-4天；斜面培養基中各成分的質量百分數為酵母汁1%、蛋白胨2%、木糖2%、瓊脂2. 0-2. 5%，其余為水，調pH值為5.0。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，發酵之前，發酵菌株在經過斜面培養后，還進行了振蕩培養； 其中，振蕩培養步驟為將斜面菌種接入種子培養基中，30-35°C，150r/min振蕩培養36-72小時；種子培養基中各成分的質量百分數為酵母汁1%、蛋白胨2%、木糖2%，其余為水，調pH值為5.0。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，發酵過程中菌種的接種量為發酵液體積的 O. 1%-20%。
10.根據權利要求1-4任一項所述的，其特征在于，所述糧谷類為玉米、高粱或小麥中的一種或多種。
全文摘要
本發明提供了一種發酵生產酒精的方法，其是以釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)DJ-012(保藏編號CGMCC No.6200)，作為發酵菌株，并以糧谷類和/或薯類為原料發酵生產酒精。該菌株能夠有效利用發酵液中的六碳糖和五碳糖，使其轉化為酒精，從而提高了原料利用率和酒精產率，顯著降低了生產成本。
文檔編號C12P7/06GK102732568SQ201210205810
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月20日 優先權日2012年6月20日
發明者代淑梅, 李秋園 申請人:唐山市冀東溶劑有限公司