糖蜜酒精酵母细胞固定化多尺度优化及其生物学特性研究

摘要

糖蜜是制糖工业的副产物，具有生产集中，产量大等特点。目前糖蜜主要用来发酵生产酒精。本研究主要是对糖蜜酒精酵母细胞固定化进行多尺度的优化:筛选发酵性能优良的固定化酵母菌;选择优良的固定化载体;优化载体固定化成型工艺;对固定化酵母发酵条件进行优化。主要研究结果如下:
　　 (1)通过比较六株酿酒酵母菌筛选出最适合用于糖蜜酒精发酵的固定化酵母菌株:以淀粉酵母A为对照菌株，对由AS2.1190驯化筛选得到的A8、A43、A61、B2、D4五株酵母菌进行菌落形态特征比较、发酵性能等方面比较，结果表明:糖蜜酒精酵母菌A43、A61、D4三株酵母菌具有典型的酵母菌落形态，发酵性能强，发酵糖蜜酒精含量高，残糖量低，尤其是糖蜜酒精酵母A43表现出很强的发酵能力，酒精含量高达到11.18％(v/v)，残糖量低为2.13g/L且优于对照用淀粉酒精酵母A，综上实验结果选择糖蜜酒精酵母A43为最佳固定化酵母源。
　　 (2)经过对海藻酸钙、聚乙烯醇、聚乙烯醇-海藻酸钙三种固定化载体从机械强度、传质性能、发酵性能等方面的比较，得出聚乙烯醇-海藻酸钙固定化载体机械强度高，优良的传质性能，发酵性能强，且价廉易得，具有很好的工业化应用前景。比较不同的处理方法和成型工艺手段对复合材料固定化酵母的影响，通过单因素和正交试验优化制备复合材料聚乙烯醇-海藻酸钙固定化载体的工艺条件:聚乙烯醇浓度9％(w/v)、海藻酸钠浓度1.0％(w/v)，制备成颗粒状的固定化酵母。从实际工业化生产和糖蜜酒精连续化发酵工艺两方面方面考虑，决定采取反复冷冻-解冻的固定化方法制备成蜂窝煤状的固定化酵母。按照最优工艺制备的复合材料聚乙烯醇-海藻酸钙固定化糖蜜酒精酵母的机械强度为37.52g·mm-2，传质系数为0.1935，酒精含量12.18％。
　　 (3)选取发酵初始糖蜜的锤度、发酵pH值、发酵温度、固定化酵母接种量四个影响因素，通过单因素实验选用表L16(45)进行正交实验优化固定化酵母的发酵条件，确定以聚乙烯醇-海藻酸钙固定化糖蜜酒精酵母发酵糖蜜酒精的最优发酵条件:发酵初始糖蜜的锤度32°Bx、发酵温度34℃、固定化酵母接种量4％(w/v)、发酵pH值3.5。其中发酵初始糖蜜的锤度对发酵的影响最为显著，发酵液的pH值对发酵的影响效果不显著。

目录

摘要

声明

第一章 文献综述

1．1 糖蜜酒精及其发酵生产工艺

1．1．1 糖蜜概述

1．1．2 糖蜜酒精

1．2 固定化技术的发展概况

1．2．1 固定化技术产生的背景

1．2．2 固定化机理

1．2．3 固定化技术的发展

1．3 酵母固定化技术研究进展

1．4 研究意义及主要研究内容

第二章 优良糖蜜酒精酵母的筛选

2．1 材料与设备

2．1．1 试剂

2．1．2 主要仪器和设备

2．1．3 菌种和培养基

2．2 试验方法

2．2．1 酵母菌生长曲线的测定

2．2．2 酵母菌菌落形态观察

2．2．3 酵母菌发酵性能测定

2．3 结果与分析

2．3．1 酵母菌菌落形态观察

2．3．2 酵母菌发酵性能测定

2．3．3 酵母菌生长曲线的测定

2．4 结论

第三章 固定化材料的选择

3．1 实验材料

3．1．1 菌种和培养基

3．1．2 实验试剂

3．1．3 仪器

3．2 实验方法

3．2．1 海藻酸钙固定化酵母的制备

3．2．2 聚乙烯醇固定化酵母的制备

3．2．3 聚乙烯醇-海藻酸钙固定化酵母的制备

3．2．4 载体的机械强度测定方法

3．2．5 载体的传质性能测定方法

3．2．6 固定化酵母发酵性能的测定

3．2．7 固定化酵母发酵糖蜜酒精醪液的理化指标的测定方法

3．3 结果与分析

3．3．1 不同固定化载体表面形态特征

3．3．2 不同固定化载体的物理性能比较

3．3．3 不同载体固定化酵母的发酵性能比较

3．4 小结

第四章 复合固定化材料的制备及制备工艺的优化

4．1 实验材料和方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验仪器

4．1．3 实验方法

4．2 实验结果与分析

4．2．1 不同的固定化工艺对聚乙烯醇-海藻酸钙固定化糖蜜酒精酵母的影响

4．2．2 制备聚乙烯醇-海藻酸钙固定化糖蜜酒精酵母的单因素试验结果

4．2．3 聚乙烯醇-海藻酸钙固定化载体制备工艺正交实验结果

4．3 小结

第五章 固定化糖蜜酒精酵母发酵条件的选择

5．1 实验材料

5．1．1 菌种和培养基

5．1．2 实验试剂

5．1．3 仪器

5．2 实验方法

5．2．1 固定化酵母的制备

5．2．2 选择最优组合的单因素实验

5．3 实验结果与分析

5．3．1 培养液锤度对发酵的影响

5．3．2 培养液pH对发酵的影响

5．3．3 培养温度对发酵的影响

5．3．4 固定化酵母接种量对发酵的影响

5．3．5 固定化酵母发酵条件正交实验结果

5．4 本章小结

第六章 课题总结论、创新点与展望

6．1 总结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况