卵磷脂在提高植物秸秆发酵生产乙醇产量中的应用

摘要

本发明提供了卵磷脂在提高植物秸秆发酵生产乙醇产量中的应用。本发明通过在酵母发酵培养基中添加30～100mg/L的卵磷脂，其它工艺控制条件一样，使以植物秸秆水解糖为底物发酵生产乙醇的得率达到0.47，乙醇含量达到14.56％(v/v)，而未添加卵磷脂的生产工艺中，乙醇的得率为0.40，乙醇含量为12.42％(v/v)，卵磷脂可显著提高乙醇发酵产量。该方法提高了植物秸秆发酵乙醇得率，为植物秸秆的充分开发利用提供了新思路，对于降低环境污染，保证粮食安全具有重要意义。

说明书

技术领域

本发明涉及微生物发酵领域，具体地说，涉及卵磷脂在发酵生产乙 醇产量中的应用以及一种通过向培养基中添加卵磷脂提高植物秸秆发酵 生产乙醇产量的方法。

背景技术

世界石油资源的日益枯竭以及不断增长的温室气体效应，使人们对 非石油能源产生了极大的兴趣。利用生物质原料生产燃料乙醇部分替代 化石燃料己经引起人们极大关注。燃料乙醇作为一种可再生能源，可以 通过广泛的糖类物质发酵生产，其中利用成本低廉、数量巨大的纤维质 类物质，例如植物秸秆生产燃料乙醇尤为引人关注。

植物秸秆是丰富的农业废弃物，主要由纤维素、半纤维素和木质素 组成。植物秸秆在我国产量巨大，利用植物秸秆发酵生产乙醇不但缓解 人类所面临的资源危机，食物短缺，环境污染等一系列问题，也为人类 持续发展提供了保证。

植物秸秆发酵生产乙醇一般采用两步发酵法，即先将预处理后的植 物纤维素原料水解为还原糖，然后再利用还原糖发酵得到乙醇。植物秸 秆水解糖中主要含有葡萄糖和木糖，不同水解糖中两者比例有很大差异。 植物秸秆发酵生产乙醇关键是提高菌体对木糖的利用率，进而提高乙醇 得率。

发明内容

本发明提供一种提高植物秸秆发酵生产乙醇产量的方法，该方法以 植物秸秆水解糖为发酵底物，在发酵培养基中添加卵磷脂，通过酵母发 酵生产乙醇。

本发明方法中，发酵培养基中卵磷脂终浓度为30-100mg/L。

优选地，发酵培养基中卵磷脂终浓度为50-80mg/L。

更优选地，发酵培养基中卵磷脂终浓度为60mg/L。

所述植物秸秆为玉米秸秆、油菜秸秆、高粱秸秆、小麦秸秆、稻草 秸秆、甘蔗中的一种或几种。

所述酵母为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、假丝酵母(Candida  albicans)、树干毕赤酵母(Pichia stipitis)或其基因工程改造菌。

本发明提供了卵磷脂在提高植物秸秆发酵生产乙醇产量中的应用。

上述应用中，具体地，是在发酵培养基中添加终浓度为30-100mg/L 的卵磷脂。

优选地，是在发酵培养基中添加终浓度为50-80mg/L的卵磷脂。

更优选地，是在发酵培养基中添加终浓度为60mg/L的卵磷脂。

本发明还发现，若在发酵培养基中同时添加Mn²⁺和卵磷脂，则能进 一步提高发酵生产乙醇的产量。进一步地，本发明还提供了在发酵培养 基中同时添加终浓度为0.4-0.8mmol/L的Mn²⁺和终浓度为50-80mg/L的 卵磷脂在提高发酵生产乙醇的产量中的应用。

优选地，上述Mn²⁺终浓度为0.6mmol/L。

在本发明的一个实施例中，在发酵培养基中同时添加终浓度为 0.6mmol/L Mn²⁺和60mg/L卵磷脂后，发酵终点测乙醇含量为 15.46％(v/v)，残糖0.10％(w/v)，乙醇得率为0.49。

本发明所述的发酵培养基，含有以下组分：

植物秸秆水解糖以还原糖计为16％-30％(w/v)，酵母膏 0.4％-0.7％(w/v)，蛋白胨0.2％-0.5％(w/v)，尿素0.01％-0.1％(w/v)，卵磷 脂30-100mg/L，pH3.5-6.5，温度30-32℃。

进一步地，所述的发酵培养基，含有以下组分：

植物秸秆水解糖以还原糖计为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，pH3.5-6.5，温度 30-32℃。

优选地，所述的发酵培养基，含有以下组分：

植物秸秆水解糖以还原糖计为25％(w/v)，酵母膏0.5％(w/v)，蛋白 胨0.4％(w/v)，尿素0.05％(w/v)，Mn²⁺0.4-0.8mmol/L，卵磷脂50-80mg/L， pH3.5-6.5，温度30-32℃。

更优选地，本发明的发酵培养基含有以下组分：

植物秸秆水解糖以还原糖计为25％(w/v)，酵母膏0.5％(w/v)，蛋白 胨0.4％(w/v)，尿素0.05％(w/v)，Mn²⁺0.6mmol/L，卵磷脂60mg/L，pH 3.5-6.5，温度30-32℃。

本发明提供了上述发酵培养基在发酵生产乙醇中的应用。

本发明的优点在于：通过在发酵培养基中添加卵磷脂提高了乙醇得 率和产量，与传统工艺中未添加的发酵试验结果相比，使得乙醇含量达 到14.56％(v/v)，乙醇得率达到0.47，而未添加卵磷脂的发酵方法中，乙 醇含量为12.42％(v/v)，乙醇的得率为0.40。本发明提供的方法简单易行， 提高了植物秸秆发酵乙醇的得率，能耗少，降低了发酵生产乙醇的成本， 为植物秸秆的充分开发利用提供了新思路，对于降低环境污染，保证粮 食安全具有重要意义。

附图说明

图1为不同浓度卵磷脂对植物秸秆发酵生产乙醇产量的影响图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例 中所用酵母为酿酒酵母，其来源：购于浙江大学，基因重组酿酒酵母 S.cerevisiae ZU-10；卵磷脂购自安庆市中创工程技术有限责任公司。购 买厂家只是说明原料的可行性，不用来限制本发明的范围。

乙醇得率(g ethanol/g glucose)＝终点乙醇浓度/(起始葡萄糖浓度- 残糖浓度)。乙醇密度以0.789g/cm³计。

实施例1 卵磷脂对植物秸秆发酵生产乙醇产量的影响

酿酒酵母种子的培养：取一环新鲜的斜面酿酒酵母S.cerevisiae  ZU-10菌体接入含有100mL生长培养基(葡萄糖3％(w/v)，酵母浸出膏 0.4％(w/v)，蛋白胨0.3％(w/v)。)的250mL摇瓶中，八层纱布封口，然后， 在旋转式摇床上(转速：150r/min)于30℃培养15h后可用于接种发酵培 养基。

摇瓶发酵实验：按5％(v/v)的接种量将培养好的种子接入发酵培养 基，发酵培养基配方为玉米秸秆水解糖以还原糖计25％(w/v)，酵母膏 0.5％(w/v)，蛋白胨0.4％(w/v)，尿素0.05％(w/v)，卵磷脂分别为0、30、 60、80、100mg/L，pH为4.5。摇瓶为500mL(配置水封厌氧塞)，装液 量为200mL。接种后在旋转式摇床上(转速：150r/min)于30℃进行培 养。发酵周期为48h。发酵终点测乙醇含量，实验结果如图1所示。图1 显示，随着卵磷脂浓度的逐渐增加，乙醇产量逐渐提高，当为卵磷脂浓 度为60mg/L时，乙醇含量达顶峰，最高值14.56％(v/v)，计算乙醇得率为 0.47。之后，随着卵磷脂浓度增加，乙醇含量逐渐下降。考虑到生产成 本，本发明认为当培养基中卵磷脂添加终浓度30-100mg/L可以提高乙醇 发酵产量。

乙醇浓度的测定方法：由气相色谱定量(美国Agilent6890系列气相 色谱仪，配氢焰离子化检测器，进样口和检测器温度分别为160℃和230 ℃，柱温恒温控制为90℃，采用氮气为载气，正丁醇为内标)

实施例2 培养基中同时添加Mn²⁺和卵磷脂对植物秸秆发酵生产乙醇产 量的影响

按具体实施例1中的方法培养种子后，按相同的接种摇瓶接种发酵培 养基，试验组发酵培养基配方为玉米秸秆水解糖以还原糖计25％(w/v)， 酵母膏0.5％(w/v)，蛋白胨0.4％(w/v)，尿素0.05％(w/v)，Mn²⁺0.6mmol/L， 卵磷脂60mg/L，pH为4.5。同时以不添加Mn²⁺和卵磷脂，其余配方相同 的作为对照组。摇瓶为500mL(配置水封厌氧塞)，装液量为200mL。 接种后在旋转式摇床上(转速：150r/min)于30℃进行培养。发酵周期 为48h。对照组发酵终点测乙醇含量为12.42％(v/v)，残糖0.5％(w/v)，乙 醇得率为0.40；试验组发酵终点测乙醇含量为15.46％(v/v)，残糖 0.10％(w/v)，乙醇得率为0.49。结果显示，添加了Mn²⁺和卵磷脂的试验组 的乙醇含量和得率显著高于没有添加Mn²⁺和卵磷脂的对照组。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽 的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域 技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做 的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。