第25卷第11期農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)VoL 25 No 112009年1月Transactions of the csae以菊芋粉為原料同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇汪倫記12,董英江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,鎮(zhèn)江212013:2.河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,洛陽(yáng)471003)摘要:利用粟酒裂殖酵母( Schizosaccharomyces pombe)能發(fā)酵菊芋未水解糖液高產(chǎn)乙醇的特點(diǎn)提出了以菊芋粉為原料,同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的新工藝。在搖瓶中考察了原料預(yù)處理方法、原料濃度和初始pH值對(duì)乙醇發(fā)酵的影響,進(jìn)而在5L發(fā)酵罐中考察了未調(diào)控pH值和恒定pH值與通氣情況對(duì)乙醇發(fā)酵的影響結(jié)果表明:該菌株最適pH值為40100目篩分的菊芋粉發(fā)酵效果良好,115℃滅菌處理優(yōu)于121℃,在此條件下,菊芋粉濃度200gL時(shí),乙醇產(chǎn)量達(dá)到6658g/L,理論轉(zhuǎn)化率為8588%:發(fā)酵液pH值下降對(duì)乙醇發(fā)酵沒(méi)有影響,通入適量氧氣會(huì)導(dǎo)致乙醉產(chǎn)量的下降,這表明糶酒裂殖酵母進(jìn)行乙醇發(fā)酵時(shí)不需要供氧:通入氮?dú)獗３謪捬醐h(huán)境不能顯著提高乙醇產(chǎn)量,不通氣進(jìn)行乙醇發(fā)酵也達(dá)到髙的轉(zhuǎn)化率,因此在工業(yè)生產(chǎn)中,不必保持厭氧發(fā)酵環(huán)境。在此基礎(chǔ)上,對(duì)菊芋粉補(bǔ)料發(fā)酵進(jìn)行了試驗(yàn),補(bǔ)料至菊芋粉終濃度為300g仉,發(fā)酵終點(diǎn)乙醇濃度為948g,理論轉(zhuǎn)化率為8154%。這些研究工作,為以菊芋為原料的燃料乙醇工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù)關(guān)鍵詞:乙醇,發(fā)酵,生物質(zhì),同步糖化發(fā)酵,巢乘酒裂殖酵母,生物質(zhì)能,菊茅doi:103969/issn.1002-68192009.11.048中圖分類(lèi)號(hào):S2162文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1002-6819(2009-11-0263-06汪倫記,董英.以菊芋粉為原料同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇[J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2009,25(11):263-268Wang Lunji, Dong Ying. Production of ethanol by simultaneous saccharification and fermentation from Jerusalem artichokeflour[J]. Transactions of the CSAE, 2009, 25(11 ): 263-268. (in Chinese with English abstract)0引言以菊芋為原料生產(chǎn)乙醇很早就受到人們的關(guān)注,近來(lái)重新受到國(guó)內(nèi)外的重視,國(guó)外從20世紀(jì)50年代開(kāi)面對(duì)石油資源的日益減少,不斷加劇的能源危機(jī)和始發(fā)酵菊芋生產(chǎn)乙醇的研究,90年代進(jìn)行了大量工造成的環(huán)境污染,以生物質(zhì)為原料發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的作1,其工藝流程主要包括先將菊粉酸解或酶解,然后研究越來(lái)越受到各國(guó)的重視,成為世界各國(guó)重點(diǎn)研究和利用酵母或細(xì)菌等具有發(fā)酵能力的菌株進(jìn)行發(fā)酵,或者推廣的能源課題之一2。傳統(tǒng)燃料乙醇主要由玉米生利用高產(chǎn)菊粉酶的微生物如黑曲莓( Aspergillus niger)或產(chǎn),目前玉米乙醇、生物柴油等第一代液體生物燃料已脆壁克魯維酵母( Kluyveromyces fragilis)與釀酒酵母經(jīng)逐步應(yīng)用于國(guó)際國(guó)內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn),成為石油燃料的( Saccharomyces cerevisiae)混合發(fā)酵,但其菊粉酶分解個(gè)有力補(bǔ)充,然而由于玉米乙醇、生物柴油以糧食、油菊粉生成果糖與發(fā)酵果糖產(chǎn)乙醇仍分別由2種微生物完料種子為原料,須占用大量耕地,與國(guó)家糧食安全存在成,無(wú)法達(dá)到十分協(xié)調(diào)的同步糖化發(fā)酵。矛盾,中國(guó)已叫停糧食乙醇的開(kāi)發(fā),要求今后生物燃料粟酒裂殖酵母( Schizosaccharomyces pombe)最初由的發(fā)展必須滿足不占用耕地、不消耗糧食和不破壞生態(tài)非洲人飲用的粟酒中分離得到,甘蔗糖蜜和水果上也能環(huán)境為前提找到。用菊芋(鬼子姜)制成的未水解糖液發(fā)酵能得到在這方面,菊芋具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),菊芋適應(yīng)性強(qiáng),非常高產(chǎn)量的乙醇。本研究使用能利用菊粉且乙醇發(fā)酵特別適合在沙漠、灘涂、鹽堿荒地等非農(nóng)業(yè)耕地種植,性能優(yōu)良的粟酒裂殖酵母,探討了同步糖化發(fā)酵且產(chǎn)量髙,價(jià)格低廉。菊芋塊莖菊粉含量豐富,占其干( simultaneous saccharification and fermentation)模式下,基質(zhì)量的70%~90%。菊粉是果糖的聚合物,外切型菊用菊芋粉為原料生產(chǎn)燃料乙醇的工藝條件,為工業(yè)應(yīng)用粉酶能分解菊粉成單個(gè)果糖,因此可以利用產(chǎn)外切菊粉提供依據(jù)。這是首次研究粟酒裂殖酵母發(fā)酵菊芋生產(chǎn)燃酶的微生物快速分解為果糖,再發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。因此與料乙醇的報(bào)道。糧食類(lèi)淀粉質(zhì)原料相比具有優(yōu)勢(shì),將是中國(guó)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展可選擇的原料之1材料與方法稿日期:20090305修訂日期:200905-31基金項(xiàng)日:鎮(zhèn)江市農(nóng)業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目(NY2006043)中國(guó)煤化工作者簡(jiǎn)介:汪倫記(1972-),男,博士生,主要從事微生物與發(fā)酵工程的CNMHG中國(guó)工業(yè)微生物菌種研究,洛陽(yáng)河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,471003保藏管埋中心Emailswhunji@sohu.com※通信作者:董英(1954-),女,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事食品功1.1.2菊芋粉能因子和食品生物技術(shù)的研究,鎮(zhèn)江江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院菊芋購(gòu)自安徽滁州,鮮菊芋經(jīng)洗凈、切片、晾曬212013.Email:yoong@ujs.edu.cn烘干、粉碎后置干燥環(huán)境中保存?zhèn)溆?。農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)200年1.1.3培養(yǎng)基內(nèi)徑2mm。氣化室、色譜柱及熱導(dǎo)檢測(cè)器的溫度分別為1)斜面培養(yǎng)基:豆芽汁蔗糖瓊脂培養(yǎng)基,接種一環(huán)150,120,150℃。菌種于豆芽汁蔗糖斜面培養(yǎng)基,30℃,培養(yǎng)72h,儲(chǔ)于4℃理論轉(zhuǎn)化率=冰箱備用Cx0.76x0.512)種子培養(yǎng)基(gL):菊粉20,酵母膏15,蛋白胨式中:Cg—乙醇濃度,gL;C—菊芋粉濃度,gL,pH46,12l℃滅菌20min076—菊芋粉中總糖含量(菊粉和還原糖含量之和)3)乙醇發(fā)酵培養(yǎng)基(gL):直接由菊芋粉配制.除0511—每g果糖轉(zhuǎn)化為每g乙醇的換算系數(shù)。特別指出外,溶液中菊芋粉濃度為200gL。還原糖和總糖的檢測(cè):DNS法1;總糖測(cè)定以還原1.2試驗(yàn)方法糖計(jì),定量待測(cè)樣品于005 mol/L HCl中,沸水浴中回1.2.1種子液的制備流水解1h,用005 molL NaOH調(diào)成中性。S. pombe接種種子培養(yǎng)基后,在30℃條件下培養(yǎng)pH值的檢測(cè):pHS25B型數(shù)字酸度計(jì)?？偟?凱氏48h,細(xì)胞濃度達(dá)到1×105 cfu/mL以上。定氮法(GB5009-2003)。粗纖維:稀酸稀堿法1.2.2原料預(yù)處理方法的研究(GB50095-2003)1)原料粉碎度的影響菊芋粉碎后篩分出60~40目、100~60目、100目結(jié)果與分析以下3種粒度段的菊芋粉混合物,配制200g菊芋粉溶21菊芋粉的成分分析液,用HCl調(diào)節(jié)pH值至40,121℃滅菌20min,接種量對(duì)從安黴滁州購(gòu)買(mǎi)的菊芋的組成成分進(jìn)行了分析,5%,30℃培養(yǎng)48b,測(cè)其乙醇產(chǎn)量,確定最佳原料菊芋由表1可知,菊芋全粉中主要成分是糖類(lèi)化合物,總糖粉顆粒大小的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占8190%,可被粟酒裂殖酵母發(fā)酵的底物,2)原料滅菌溫度的影響包括菊粉和還原糖,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)占76%左右。因此,直配制200gL菊芋粉溶液,用HCl調(diào)節(jié)p值至4.0,接利用菊芋粉發(fā)酵產(chǎn)乙醇是可行的,此外,菊芋全粉中選擇115℃和121℃分別滅菌35和20min,接種量5%,還含有一定量的蛋白質(zhì)和灰分,不需添加氮源和無(wú)機(jī)鹽,30℃培養(yǎng)48h,測(cè)其乙醇產(chǎn)量,確定最佳原料滅菌溫度。可以降低乙醇發(fā)酵的成本1.2.3不同初始pH值對(duì)乙醇發(fā)酵的影響表1菊芋粉的組成成分配制200gL菊芋粉溶液,115℃滅菌35min,接種Table 1 Composition of Jerusalem artichoke flour量5%,30℃培養(yǎng)48h,初始pH值分別為3.5、40、4.5質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.0、55,考察pH值對(duì)乙醇發(fā)酵的影響,確定最佳pH濕度%6.54粗纖維%值總糖/%1.2.4菊芋粉濃度對(duì)乙醇發(fā)酵的影響菊粉%灰分%446選擇150、200、250和300g4種菊芋粉濃度,初還原糖%3.12其他%始pH4.0,115℃分別滅菌35min,接種量5%,30℃培養(yǎng)至乙醇發(fā)酵結(jié)束,測(cè)其乙醇產(chǎn)量,確定最佳原料濃度。22原料預(yù)處理對(duì)乙醇發(fā)酵的影響1.2.5pH值控制策略對(duì)乙醇發(fā)酵的影響2.2.1原料粉碎度對(duì)乙醉發(fā)酵的影響最佳pH值確定后,在5L發(fā)酵罐(鎮(zhèn)江東方生物工原料粉碎有利于菊芋粉的溶解,同時(shí)也有利于酶對(duì)程有限公司)中研究乙醇發(fā)酵過(guò)程中pH值變化,末控和菊粉的分解和乙醇發(fā)酵。從表2中可知,菊芋粉的顆?？刂苝H值恒定對(duì)乙醇發(fā)酵的影響。越細(xì),乙醇濃度和理論轉(zhuǎn)化率越高。用100目篩分的菊1.2.6通氣量對(duì)發(fā)酵的影響芋粉發(fā)酵乙醇濃度為64.82gL,理論轉(zhuǎn)化率達(dá)到8361%發(fā)酵罐中盛裝2500mL200g/L菊芋粉發(fā)酵培養(yǎng)基高于60~40日和100~60目2個(gè)粒度段菊芋粉發(fā)酵的乙分別接入種子液10%。向發(fā)酵罐單位體積發(fā)酵液中通入醇濃度,這是由于原料顆粒越細(xì),菊粉越易浸出和被利100mL/min氮?dú)饩S持厭氧條件,不通入任何氣體和通入用,同時(shí)溶液的流動(dòng)性也很好;60~40目和100~60目100mL/min空氣下進(jìn)行批式發(fā)酵試驗(yàn)。初始pH4.0,溫2個(gè)粒度段菊芋粉溶液,由于原料顆粒的吸水溶脹,導(dǎo)致度30℃,轉(zhuǎn)遠(yuǎn)200r加mi,考察不同通氣條件對(duì)乙醇發(fā)酵溶液自由水減少,發(fā)酵液黏稠,流動(dòng)性差,粟酒裂殖酵的影響。母與原料難以均勻接觸,造成原料利用不完全,乙醇濃1.2.7菊竽粉補(bǔ)料發(fā)酵度只有5582gL和5981g幾,理論轉(zhuǎn)化率僅為72%和以100目篩分粗菊芋粉為底物進(jìn)行補(bǔ)料發(fā)酵,pH中國(guó)煤化工值控制在40左右,溫度30℃,轉(zhuǎn)速200rmin,接種量H芟酵的影響CNMH為10%。配制起始菊芋粉濃度為200g/L,培養(yǎng)至24h和40h分別添加菊芋粉至濃度250和300g/L。菊芋粉粒度/目乙醉濃度(g·L)理論轉(zhuǎn)化率%1.3分析方法乙醇濃度的測(cè)定:按文獻(xiàn)12],HP4890D0氣相色譜工100~>607716作站搞柿akQ粒度80~100目,長(zhǎng)2m,外徑3mmn,8361第11期汪倫記等:以菊芋粉為原料同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇2.2.2原料滅菌溫度對(duì)乙醇發(fā)酵的影響菊芋粉溶液濃度可以選擇200~250gL之間高溫蒸汽滅菌會(huì)破壞原料中的營(yíng)養(yǎng)成分,特別是含表4底物濃度對(duì)酒精發(fā)酵的影響糖量高的原料,易使糖類(lèi)物質(zhì)形成氨基糖、焦糖,而這 Table4 Effects of substrate concentration on ethanol fermentation些物質(zhì)會(huì)影響微生物的生長(zhǎng),進(jìn)而影響代謝產(chǎn)物的生成。菊芋粉濃度(g·L)醇濃度(gL)理論轉(zhuǎn)化率%菊芋粉含糖量高達(dá)其干基質(zhì)量的70%~90%,因此對(duì)菊芋5222粉溶液進(jìn)行不同的高溫蒸汽滅菌處理,研究其對(duì)乙醇發(fā)938039酵的影響。本文選擇2種經(jīng)常采用的高溫蒸汽火菌方法:115℃滅菌35min和121℃滅菌20min進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)酵結(jié)束后,菊芋粉溶液經(jīng)過(guò)12℃滅菌20min,乙醇濃度和理2.5pH值控制策略對(duì)乙醇發(fā)酵的影響論轉(zhuǎn)化率分別為6367gL和82.13%,前115℃滅菌35min,在發(fā)酵過(guò)程中,隨著菌體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用和代謝乙醇濃度和理論轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到65429L和8439%這產(chǎn)物的積累,發(fā)酵液的pH值必然會(huì)發(fā)生變化,粟酒裂殖表明,處理溫度越高,對(duì)發(fā)酵液中的營(yíng)養(yǎng)成分破壞越嚴(yán)酵母發(fā)酵菊芋粉生產(chǎn)燃料乙醇的過(guò)程中,在不同初始pH重。因此,生產(chǎn)中可采用較低的溫度(11℃滅菌35min),值條件下,發(fā)酵結(jié)束后,pH值降低了0.5~08個(gè)單位同時(shí)也可以減少能源的消耗,降低生產(chǎn)成本從圖1可以看出,在最適初始pH4.0發(fā)酵時(shí),0~40h23不同初始pH值對(duì)乙醇發(fā)酵的影響發(fā)酵液pH值快速下降,40h后,發(fā)酵液pH值趨于平穩(wěn)pH值是影響微生物生長(zhǎng)代謝的關(guān)鍵因素之一。pH在pH值快速降低的過(guò)程中,同時(shí)伴隨乙醇濃度的快速增值能夠影響酶的活性,以及細(xì)胞膜的帶電荷狀況。細(xì)胞加(圖2)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是由于粟酒裂殖酵母進(jìn)入快速膜的帶電荷狀況如果發(fā)生變化,膜的透性也會(huì)改變,從增長(zhǎng)和代謝活躍期對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分利用的結(jié)果而有可能影響微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收及代謝產(chǎn)物的分一未調(diào)掉p值一·恒定pH值泌。由表3可知,粟酒裂殖酵母最適發(fā)酵初始pH值為4.0,乙醇濃度最高,達(dá)到6551gL。發(fā)酵結(jié)束后,發(fā)酵液的pH值都比初始pH值有不同幅度的下降高初始pH值發(fā)酵液易褐變,同時(shí)溶液變黏稠,流動(dòng)性變差,乙醇濃度也隨初始pH值的升高而下降,這可能是由于分解菊3.5粉的酶和發(fā)酵糖產(chǎn)乙醇的酶系受pH值升高而導(dǎo)致酶活下降的緣故發(fā)酵時(shí)間/h表3不同初始pH值對(duì)乙醇發(fā)酵的影響Table 3 Effects of initial pH value on ethanol fermentation圖1未調(diào)控pH值和恒定pH值發(fā)酵時(shí)的pH值變化pH值乙醇濃度(g·L)發(fā)酵結(jié)束pH值Fig 1 Changes of pH value during batch culture under為研究發(fā)酵液的pH值變化對(duì)乙醇發(fā)酵的影響,在6l054035L發(fā)酵罐中進(jìn)行了未調(diào)控pH值和恒定pH值的對(duì)比試57154出可知,理次前和知前發(fā)度為2.4原料濃度對(duì)乙醇發(fā)酵的影響到6612g幾L和6580g/L,其原因是因?yàn)樗诰屏阎辰湍冈谠蠞舛葘?duì)乙醇發(fā)酵有重要的影響。乙醇發(fā)酵是典pH35時(shí),其酒精產(chǎn)量也比較高,達(dá)到6394g八L,在最型的產(chǎn)物抑制,在乙醇濃度達(dá)到4%左右時(shí),就開(kāi)始產(chǎn)適pH40進(jìn)行乙醇發(fā)酵中,pH值下降幅度不大,對(duì)粟酒生抑制,發(fā)酵速度逐漸降低直至停止,因此原料濃度裂殖酵母的發(fā)酵活性沒(méi)有影響,因此,在工業(yè)化生產(chǎn)中,過(guò)高會(huì)導(dǎo)致原料利用不完全,為盡量提高原料的利用率,可以不用控制pH值恒定常常采用較低的濃度進(jìn)行乙醇發(fā)酵,但濃度的降低造成發(fā)酵結(jié)束后發(fā)酵液酒精含量低,增大了蒸餾的能耗。因60此,對(duì)不同濃度菊芋粉溶液進(jìn)行了發(fā)酵產(chǎn)乙醇的試驗(yàn)對(duì)比不同濃度菊芋粉溶液的乙醇濃度和理論利用率,確定合適的發(fā)酵濃度。從表4可知,乙醇濃度隨菊芋粉濃值度的增加而增加,但理論轉(zhuǎn)化率卻降低,300g菊芋粉中國(guó)煤化工一側(cè)p值溶液乙醇濃度達(dá)到8954gL,而其理論轉(zhuǎn)化率只有7687%;200gL和250g菊芋粉溶液其理論轉(zhuǎn)化率分CNMHG別達(dá)到8488%和80.39%,乙醇濃度分別為66.58g/L和發(fā)酵時(shí)間/7793gL,基本能達(dá)到目前淀粉質(zhì)原料的轉(zhuǎn)化率:150g圖2未調(diào)控p值和恒定pH值發(fā)酵時(shí)的乙醇濃度菊芋粉溶液發(fā)酵產(chǎn)乙醇雖然理論轉(zhuǎn)化率達(dá)到89.78%,但Fig 2 Concentration of ethanol during batch culture under乙醇濃級(jí)據(jù)有524因此進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)uncontrolled and constant ph conditions農(nóng)業(yè)程學(xué)報(bào)009年2.6通氣量對(duì)發(fā)酵的影響菊芋粉溶液400mL和480mL,分別使底物總濃度達(dá)到乙醇發(fā)酵是厭氧發(fā)酵,然而維持厭氧發(fā)酵環(huán)境會(huì)影250gL和300gL。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示,乙醇濃度隨發(fā)響酵母的生長(zhǎng)繁殖,因?yàn)榧?xì)胞快速增殖需要氧氣,但向酵時(shí)間的延長(zhǎng)快速增加,96h,其乙醇濃度達(dá)到最大,為發(fā)酵液持續(xù)通入氧氣會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵終點(diǎn)時(shí)乙醇濃度降9481gL。理論轉(zhuǎn)化率達(dá)到8154%,高于分批發(fā)酵的低1,因此選擇通入高純氮?dú)饩S持厭氧環(huán)境、不通氣發(fā)7687%。結(jié)果表明,通過(guò)補(bǔ)料發(fā)酵方式,可以解除高濃酵、通入空氣3種通氣方法,研究對(duì)粟酒裂殖酵母同步度底物抑制發(fā)酵等問(wèn)題,提高乙醇得率,同時(shí)可以避免糖化發(fā)酵菊芋生產(chǎn)燃料乙醇的影響。一次性投料發(fā)酵醪黏度太高,造成發(fā)酵困難,理論轉(zhuǎn)化由圖3可見(jiàn),通入100mL/min氮?dú)膺M(jìn)行厭氧發(fā)酵和率下降,底物利用不完全。不通入任何氣體進(jìn)行乙醇發(fā)酵,48h都進(jìn)入發(fā)酵末期,此時(shí)其乙醇濃度和理論轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到6647gL8575%和6576g/L、8483%,沒(méi)有顯著差別。試驗(yàn)結(jié)果表明,維持一個(gè)厭氧的發(fā)酵環(huán)境不能顯著提高乙醇產(chǎn)量這是由于雖然保持厭氧環(huán)境有利于乙醇發(fā)酵,但影響酵一還原糖母的生長(zhǎng)繁殖。通入100mL/min空氣進(jìn)行好氧發(fā)酵時(shí),在發(fā)酵初期對(duì)乙醇發(fā)酵沒(méi)有影響,反而對(duì)乙醇發(fā)酵有促進(jìn)作用,但24h后,乙醇產(chǎn)量增速下降,72h,其乙醇000濃度和理論轉(zhuǎn)化率分別僅為5513g和71.12%,出現(xiàn)這種現(xiàn)象是由于通空氣進(jìn)行好氧發(fā)酵的初期促進(jìn)酵母細(xì)胞163248648096112的繁殖,有利于乙醇發(fā)酵,但隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),持發(fā)酵時(shí)間/h續(xù)向發(fā)酵液通氣導(dǎo)致巴斯德效應(yīng)出現(xiàn),發(fā)酵初期其總糖圖4菊芋粉分批補(bǔ)料發(fā)酵降解速率高于厭氧發(fā)酵也說(shuō)明了這一點(diǎn)。但有研究指出Fig 4 Fed-batch fermentation of Jerusalem artichoke flour在乙醇發(fā)酵過(guò)程中供應(yīng)必要的氧氣是提高酵母菌增殖和高濃度乙醇發(fā)酵的保障措施,何向飛等5報(bào)道適量通粟酒裂殖酵母發(fā)酵菊芋粉產(chǎn)乙醇其糖化與發(fā)酵同步氧對(duì)采用高細(xì)胞密度和高強(qiáng)度乙醇發(fā)酵是必要的。因此完成,由圖4可知,還原糖含量在發(fā)酵過(guò)程中與總糖含在進(jìn)行菊芋粉高濃度乙醇發(fā)酵時(shí),有必要進(jìn)一步研究供量同步下降,發(fā)酵過(guò)程中沒(méi)有還原糖的積累,因此避免氧對(duì)其影響。了發(fā)酵液中高濃度果糖對(duì)乙醇發(fā)酵的抑制,同時(shí)由于粟酒裂殖酵母能分解菊粉,原料不需蒸煮和預(yù)先糖化,可◆100mL/min氮?dú)狻?未通氣100mL/min中氣直接進(jìn)行發(fā)酵,與淀粉質(zhì)原料相比,減少了液化和糖化100 mL/min氮?dú)馕赐獯罅康哪芎?因此在工業(yè)化生產(chǎn)時(shí),減少了液化和糖化設(shè)備的投資和能耗,乙醇的生產(chǎn)成本也得到降低。3結(jié)論1)對(duì)原料預(yù)處理方法、初始pH值、菊芋粉濃度影響乙醇發(fā)酵的因素研究表明:菊芋粉顆粒粒度越小,發(fā)酵效果越好,100目篩分的菊芋粉發(fā)酵時(shí)乙醇濃度和理論轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到6484g和8361%;對(duì)原料進(jìn)行高壓蒸汽滅菌處理時(shí),115℃處理35min要優(yōu)于121℃處理7220min,表明高溫處理會(huì)產(chǎn)生抑制發(fā)酵的副產(chǎn)物;對(duì)不同菊芋粉濃度試驗(yàn)表明,濃度越高,乙醇濃度越高,但其圖3通氣量對(duì) Schizosaccharomyces pombe乙醇發(fā)酵的影響理論轉(zhuǎn)化率隨原料濃度的增加而下降,因此,綜合乙醇Fig 3 Impact of aeration rates on ethanol fermentation產(chǎn)量和理論轉(zhuǎn)化率的因素,進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)時(shí),菊芋粉with Schizosaccharomyces pomb濃度可以選擇200~250gL。2)對(duì)未調(diào)控pH值和恒定pH值、通氣對(duì)乙醇發(fā)酵影2.7菊芋粉的批式補(bǔ)料發(fā)酵研究響的研究表明:發(fā)酵過(guò)程中pH值的變化對(duì)發(fā)酵沒(méi)有影分批補(bǔ)料發(fā)酵與分批發(fā)酵相比,流加發(fā)酵可以解除響,中國(guó)煤化工發(fā)酵48b,其乙醇濃底物抑制、葡萄糖效應(yīng)和代謝阻遏等問(wèn)題,可以得到較度分CNMH④氣試驗(yàn)證明供氧會(huì)導(dǎo)高的轉(zhuǎn)化率。因此在分批發(fā)酵的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了菊芋粉致發(fā)酹息醇濃度卜陣,選入貳氣維持厭氧環(huán)境和不的補(bǔ)料發(fā)酵試驗(yàn)。由圖3可知,總糖濃度在發(fā)酵進(jìn)入16h通入任何氣體時(shí)酒精濃度、理論轉(zhuǎn)化率相差不大,分別時(shí)快速下降,至40h時(shí),總糖消耗速率顯著下降,故選達(dá)到6647趴、8575%和6576g、84.3%擇在此時(shí)間內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)料,起始菊芋粉濃度為200gL,5L3)在分批發(fā)酵的基礎(chǔ)上,進(jìn)行菊芋粉補(bǔ)料試驗(yàn),初發(fā)酵罐守蓐巍鼐2000mL,24h和32h分別流加300gL始菊芋粉濃度設(shè)定200gL,分別在發(fā)酵24b和32h2次汪倫記等:以菊芋粉為原料同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇補(bǔ)料至終濃度300g/L,發(fā)酵終點(diǎn)酒精濃度達(dá)到9481gL,from Jerusalem artichoke J]. 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Food Science and Technology, 2006, 39(9)ethanol fermentation with Kluyveromyces marianus YXOl959-965Production of ethanol by simultaneous saccharification and fermentationfrom Jerusalem artic中國(guó)煤化工CNMHGWang Lunji 4, Dong Ying(1. Food and Bioengineering Department, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China;2. Food and Bioengineering Department, Henan Universiry of Science and Technology, Luoyang 471003, China)Abstrag ased on the ability of Schizosaccharomyces pombe to ferment inulin-containing extracts into ethanol, the農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)2009年production of fuel ethanol by simultaneous saccharification and fermentation(SSF) using Jerusalem artichoke flour asraw material was presented. The effects of raw material treatment, Jerusalem artichoke flour concentration, initial pHvalue on the ethanol fermentation performances of Schizosaccharomyces pombe were investigated in a shaking flask, atthe same time, the effects of the constant-pH fermentation and the uncontrolled-pH fermentation, aeration rate on theethanol fermentation were also studied in a 5 L jar fermenter. Experimental results showed that the optimum initial phvalue was 4.0, Jerusalem artichoke flour particle size was below 0.15 mm, high temperature treatment at 115C for35 min was better than that at 121C for 20 min. According the optimum conditions for producing fuel ethanol, themaximum ethanol yield of 66.58 g/L, equivalent to 85.88% of the theoretical yield, was obtained for the slurry with asolid concentration of 200 g/L at 30C after 48 h of incubation in a shaking flask. the decrease of ph value of the brothhad little effect on ethanol fermentation. The aerobic condition resulted in lower ethanol yield than strictly anaerobiccondition and non-aeration condition. The ethanol concentration was a little difference between strictly anaerobiccondition and non-aeration condition. Ethanol production by fed-batch fermentation was investigated and the maximumethanol concentration of 94.81 g/L, equivalent to 81.54% of its theoretical value, was reached with final Jerusalemartichoke flour of 300 g/L in a 5 L jar fermenter. These results provide a scientific basis for fuel ethanol production fromJerusalem artichokeKey words: ethanoL, fermentation, biomass, bioenergy, simultaneous saccharification and fermentation, Jerusalemartichoke. Schizosacche中國(guó)煤化工CNMHG