混菌固定化发酵乳清生产燃料乙醇的研究

酿酒科技2008年第1期(总第163期)· LIQUOR- MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY2008Nol(rol163)混菌固定化发酵乳清生产燃料乙醇的硏究周珺,肖冬光,郭学武,王艳(天津科技大学天津市工业微生物重点实验室,天津300457)摘要:采用克鲁维酵母和酿酒酵母混合发酵,并对混菌固定化发酵的方法进行研究。结果表明,两种酵母发酵的最佳比例为11,酿酒酵母在克鲁维酵母接种3h后加入到发酵液中;在該条件下,发酵周期由%6h减少至Th。关键词:燃料乙醇;乳清;混菌;固定化酵母中图分类号:TS262.2;TS2614;Q814文献标识码:A文章编号:1001-9286(2008)01-0042-03Study on Whey Fermentation by Mixed Yeast to Produce Fuel EthanolZHoU Jun, XIAO Dong-guang, GUO Xue-wu and WANG Yan(Tianjin Industrial Microbiology Key Lab, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin, 300457, China)Abstract: Whey fermentation by mixed yeast (Kluyveromyces marxianus and Saccharomyces cerevisiae )to produce fuel ethanol was studied.The results showed that the best ratio of the two yeast was 1: l, and Saccharomyces cerevisiae was added in the fermenting solution 3 h later afterthe inoculation of Kluyveromycesnus, which could shorten fermentation time from 96 h to 72 hKey words: fuel ethanol; whey; mixed yeast; immobilized yeast乳清是生产干酪或干酪素的副产品,营养丰富,相1.21乳清还原液的制备(w/v)当于除去酪蛋白的脱脂乳的营养。目前国外乳清资源乳清粉12%,pH60;110℃,20min灭菌;初始糖度化研究较多的是利用乳清生产乳清蛋白、乳清粉、乳糖、10.2g/100mL。酒精等产品习;而国内的研究主要集中在利用乳清作122酵母细胞的固定化方法为基料生产调配型果汁乳清饮料、发酵型乳酸饮料或发将TY-13与AY-5分别经种子培养后,取酵母种酵型含醇饮料。1998年 Savova J首次利用乳清发酵子液与海藻酸钠溶液混合均匀,用注射器滴入CaCl2的生产乙醇。固定化微生物可以进行高密度增殖培养提溶液中造粒,浸泡1h,滤出固定化颗粒,用无菌水洗涤高生物转化速率,增加稳定性。采用固定化、共固定化细2次,再浸泡入CaCl2溶液中进行固化,固化后用生理盐胞生产酒精、啤酒、果酒及食醋等的研究十分盛行四。水洗涤2次备用。其中,酵母种子液、海藻酸钠和固化剂Marwaha和 Kennedy用褐藻酸钠和角叉胶包埋固定化CaCl2的体积比为:1:3克鲁维酵母生产乙醇。经试验发现,克鲁维酵母具有较1.23酵母细胞的增殖培养高的乳糖酶活力,但对半乳糖的发酵速度较慢,而酿酒将制备好的固定化酵母凝胶颗粒接入到乳清还原酵母不具备乳糖酶活力,但其利用半乳糖能力较好。鉴液中,30℃活化24h。于此,本文采用混菌固定化的方法发酵乳清生产燃料乙1.24分析方法醇,有效地提高了发酵速度,缩短了发酵周期。发酵液总还原糖含量:菲林滴定法門。1材料与方法发酵液葡萄糖含量:SBA-40型多功能生物传感仪。发酵液酒精含量:快速氧化法圓。1.1材料发酵液酵母浓度:在620nm下用分光光度法测定。菌种:克鲁维酵母( Kluyveromyces marxianus)TY-发酵液乳糖及半乳糖含量:先取一定量样液,经适13;酿酒酵母( Saccharomyces cerevisiae)AY-5。当稀释后測定其中葡萄糖的含量(Glul)。将样液中乳糖乳清粉:地球牌甜乳清粉,天津奥凯化工贸易有限全部酸解成为葡萄糖和半乳糖,再测定其中的葡萄糖含公司;海藻酸钠:上海化学试剂厂;氯化钙:天津市凯通化学试剂有限公司。中国煤化工6×360.32。1.2方法CNMHG收稿日期:2007-09作者简介:周珺(1982-),女,天津人,硕士研究生研究方向:现代酿造技术周珺,肖冬光,郭学武,王艳·混菌固定化发酵乳清生产燃料乙醇的研究半乳糖N=G-M-Ghu1。乳糖,同时乳糖被分解为葡萄糖和半乳糖,克鲁维酵2结果与分析母也可以较好地利用葡萄糖,但是对半乳糖利用效果并不理想;而酿酒酵母利用葡萄糖和半乳糖能力都较21克鲁维酵母发酵乳清强,可以解除半乳糖积累的问题。所以,确定合适的克以乳清还原液为发酵培养基,接入克鲁维酵母鲁维酵母和酿酒酵母的比例,对于发酵速率和酒精生(TY-13)进行发酵(20~40h为发酵高峰期)发酵过程成量是十分重要的。为考察不同比例的菌种配比对本中,定时测定其酵母生长量乳糖葡萄糖和半乳糖的变实验的影响,以不同比例的克鲁维酵母制成固定化粒化量,并在发酵结束时,测定酒精含量,结果见表1子,以10%接种量接入发酵培养基,30℃摇瓶发酵表1发酵过程中各种参数变化的测定(ag/100m)60h,结果见图2。由图2可知,当两种酵母的比例为参数时间(h)1:1时,残糖值较低,为0.23g/100mL,而酒精含量较24283248607296高,达到46%Vol葡萄糖残糖◆酒精含量半乳糖1607817168.942.12210乳糖147.5134124.61119688酒精含量0D值0.1450.2060.220.5810.6080.650.705由表1中3种糖的变化可知,有半乳糖的积累现A53:1211:11:21:3m130象,葡萄糖基本上无积累。表1中酒精含量和OD值的菌株比例变化量可看出在20~40h内酵母生长较快,到达24h图2菌株比例的确定后乳糖基本分解完毕。达9h时发酵基本结束发酵液232两种酵母加入时间间隔的确定酒精含量为41%Vol为了提高酵母的利用率,进行了两种酵母加入时间22混合菌发酵菌株的确定间隔试验,比较两种酵母加入的最适间隔时间,结果见在以半乳糖为唯一碳源的TTC平板上,分别点接图3克鲁维酵母A、酿酒酵母B与奶酒酵母C,鉴别它们利用半乳糖的能力由显色反应可以看出酿酒酵母菌落夏。03残糖◆酒精含量显明显的红色,而克鲁维酵母和奶酒酵母的菌落均为白02色(见图1)。实验结果表明,酿酒酵母利用半乳糖的能力0.1544较强,故选用酿酒酵母与克鲁维酵母进行混菌发酵。361012间隔时间(h)图3两种酵母加入时间间隔的确定由图3可知,先接种克鲁维酵母,间隔3h后再接入酿酒酵母最合适,残糖值降至0.20g100mL,酒精含量达到48%Vol2.3混菌固定化发酵乳清与单一菌株发酵乳清周期图1TTC显色平板图的比较2.3克鲁维酵母和酿酒酵母混合发酵乳清产酒精将单一的克鲁维酵母按照122的方法制成固定化23.1两种酵母混合发酵比例的确定凝胶颗粒,以10%的接种量接入到乳清还原液中进行为充分利用乳清还原液中的糖,缩短发酵周期,发酵提高发酵乳清所产的酒精含量,将克鲁维酵母和酿酒中国煤化工固定化发酵,发酵96b酵母同时固定化发酵以达到所预想的目标。在固定化可到CNMHG,到发酵终点时酒精含粒子中,克鲁维酵母生长代谢是利用乳清还原液中的量可达到46%ol,残糖为042g100mL酿酒科技2008年第1期(总第163期)· LIQUOR-MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY200No.l(Tol.l63残糖◆酒精含量要原因43.2TC显色平板试验表明,酿酒酵母比克鲁维酵母3具有较强的半乳糖发酵能力因此采用酿酒酵母与克6422鲁维酵母混合发酵的方法可有效提高乳清发酵速度。13.3优化了两种酵母混合发酵的方法,确定两种酵母发酵的最佳比例为1:1,酿酒酵母在克鲁维酵母接种3h024364860728496后加入到发酵液中,效果较好。在此条件下进行混菌固时间(h)定化发酵乳清生产燃料乙醇,并与单一菌株发酵进行图4单一菌株固定化发酵试验比较,发酵速度有较大的提高,发酵周期由96h缩短将克鲁维酵母与酿酒酵母这两种酵母按照122的为72h,酒精含量也有所提高,达到54%Vol方法,以11的比例分别制成固定化凝胶颗粒,先将克参考文献:鲁维酵母接入到乳清还原液中进行发酵,之后间隔3h,山马俪珍,张秀红等乳清的营养价值及乳清饮料的研究现状再将酿酒酵母加人到乳清还原液中进行发酵试验,结果[门中国乳品工业,199,27(5):47-50见图5。[2]M. L. Gonzalez Siso. The biotechnological utilization of cheeseWhey: A review[]. Bioresource Technology, 1996, (57): 1-1冒残糖酒精含量7 [3 Lucilia Domingues et al. Alcohol production from cheesewhey permeate using genetically modified flocculent yeastgells[J]. Biotechnology and Bioengineering, 2001, 72(5507-514.[4]金世琳肖坤,宾做乳清饮料门饮料工业,2001,(5):22-24.[5] Nova. J. Ehtylalcohol and yeast biomass from whey and milk]时间(h)Serum Khranit Promst 1998, 39(6): 22-25.[6 Marwaha J Alcohol production from whey permeate by immo-图5混菌固定化发酵试验bilized and free cell of kluycesmarxi an usNCYC 179U由图5可知,在混菌固定化试验中,前24h为发Process Biochemistry, 1984, (4): 70-80酵高峰期,发酵速度较快,到发酵终点时,酒精含量为王克明,王雪筠·固定化细胞发酵海带饮料的硏究叮·食品54%Vol,残糖值降至0.8g/100mL。较大地提高了发科学,1995,(8):27-30.酵速度,使发酵周期缩短了24h,发酵液中酒精含量较8]潘亚芬,王云庆,权石范固定化酵母生产蜂蜜酒的研究门酿单一菌株发酵提高了0.8%vol,残糖含量比单一菌株发酒科技,2004,126(6):72-7酵降低了0.24g/100mL[9]蔡定域酿酒工业分析手册M]北京:中国轻工业出版社,19883讨论[10]王亚楠,肖冬光快速测定啤酒酒精度和真正发酵度的方31通过测定克鲁维酵母乳清发酵过程中各种糖含法酿酒,2002,29(6):84-86量的变化,发现半乳糖积累是导致发酵周期较长的主中中““+“““+“·(上接第41页)社会效益和经济效益。黄水提取物对酒的质量提高幅度最明显,另外由于利用5讨论黄水提取酒用呈香呈味物质的同时还生产了1800t年传统的分离提纯工艺主要采用蒸馏提取,但酿酒副的乳酸,且利用黄水为原料生产的酒用呈香呈味物质得产物中含有的大量呈香呈味物质只有极少量被蒸馏到率最高理化指标及尝评效果最好,工艺较简单操作方酒中而超临界CO2萃取技术在保持原料原有的色香、便因此该工艺同以丢糟、酒尾为原料的提取工艺相味不因受热破坏的前提下能将其充分提取并回归应用比,其综合效果最好。到白酒生产中。因此,该技术在白酒工艺中的应用只是项目技术成果推广应用预计可为白酒行业带来的开中国煤化工如曲药、粮食等原料中效益为:年新增税收68亿元,新增利润13-15亿元,呈有节支增收152亿元,带动相关产业增收16-20亿工2号CNMHG的优化,将传统的酿酒抆不元,使白酒质量得到质的飞元,年累计经济效益30~40亿元,同时带来极为显著的跃,白酒优质品率将大幅度提高。●