CN1173041C - 利用耐高浓度糖和酒精的酵母菌发酵生产酒精的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用耐高浓度糖和酒精的酵母菌发酵生产酒精的方法，属工业微生物发酵工程技术领域。按现行常规发酵生产酒精的方法进行，本发明利用能耐高浓度酒精和高浓度糖的酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae1912进行两阶段发酵生产酒精。当第一阶段每毫升培养液含酵母菌108个时，进行第二阶段酒精发酵；或者将该菌株制成固定化载体，再进行两阶段发酵生产酒精。其中第一阶段连续或间隔1小时通入无菌空气10-30分钟；第二阶段糖起始浓度重量比为15-30%，间隔2小时通入无菌空气3-20分钟。本发明具有实施方便，提高酒精发酵过程中发酵液的酒精含量、糖转化为酒精的转化率和最终酒精的产率，从而降低发酵生产酒精的生产成本。

Description

利用耐高浓度糖和酒精的酵母菌发酵生产酒精的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用耐高浓度糖和酒精的酵母菌发酵生产酒精的方法，属工业微生物发酵工程技术领域。
背景技术：
目前广泛使用的酒精工业发酵菌种存在着耐高渗透压力能力不强，耐高酒精能力不强等缺点，使酒精发酵的起始糖浓度偏低，杂菌因此容易生长，杂菌的大量生长降低了糖的利用率，遏制了酵母的生长和发酵，使酒精转化率大为减少。同时，随着发酵的进行，酒精浓度不断上升，最后产生了底物的遏制作用，导致最终酒精浓度偏低，一般体积百分比在7-10％(后同)之间变动，虽然采用固定化技术可以把最终酒精浓度稳定在8-9％左右，但染菌和底物的遏制问题仍然没有解决。其主要原因是传统酒精发酵工艺所采用的单一酵母菌，在发酵全过程中，随着发酵液的含糖量不断降低、酒精浓度不断上升，很难始终保持最好的发酵生产酒精的能力。
发明内容：
本发明的目的在于克服现行酒精生产工艺之不足，而提供一种利用耐高浓度糖和酒精的酵母菌发酵生产酒精的方法。本发明通过菌株选育，获得一株对高浓度酒精具有耐受性又能耐受高浓度糖的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)1912菌株(保藏号：CGMCCNo.0806，中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心2002年10月9日保藏)，使其能在利用现行酒精发酵生产设备的前提下，以耐高浓度糖和酒精的酵母菌发酵生产酒精。
本发明按现行常规单级或多级连续发酵生产酒精的方法进行，其中：
该方法采用经分子生物学方法，使乙醇脱氢酶基因缺失或不表达而获得的酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae变异菌株1912，该菌株为能耐受高浓度糖和高浓度酒精菌株，其酒精耐受度体积百分比为20％，糖能耐受度重量百分比为35％，酿酒酵母Saccharomycescerevisiae1912菌株，2002年10月9日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号：CGMCCNo.0806；
该方法在酒精发酵的种子培养阶段连续或每间隔1小时通入无菌空气10-30分钟，在酒精发酵阶段保持间隙搅拌或间断通入无菌空气，即每间隔2小时通气3-20分钟；
该方法在酒精发酵阶段加入糖浓度重量百分比为15-30％的培养液。
本发明是这样实现的：
将1912菌株按微生物发酵常规液体种子培养方法、以麦芽汁培养基(取啤酒厂用麦芽汁10婆美度)进行培养，当每毫升培养液含酵母菌数达到1×108个时，按发酵罐培养液1/10-1/15的量放入发酵罐中进行第一阶段菌体培养，当发酵罐内每毫升培养液含酵母菌数达到108个时，进行第二阶段酒精生产发酵；也可将该酵母菌菌株按常规的方法固定在载体上，再进行两阶段发酵生产酒精。其中：第一阶段称为种子培养阶段，糖起始重量百分比浓度为6-14％，整个阶段连续或间断通入无菌空气，即每间隔1小时通气10-30分钟；第二阶段称为发酵阶段，糖起始重量百分比浓度为15-30％，整个阶段保持间隙搅拌或间断通入无菌空气，即每间隔2小时通气3-20分钟。
本发明中利用该酵母菌菌株进行发酵生产酒精的两个阶段可在一个发酵罐内进行也可在多个发酵罐内进行。
本发明的酒精发酵全过程中，pH值控制在3.8-5.0、温度控制在26℃-36℃、发酵所用时间为48小时；其发酵生产酒精全过程完成时，发酵液中酒精体积百分比浓度为11-16％。
本发明所采用的酵母菌菌株1912具备以下特征：
(1)基本生理特征：细胞圆形、卵圆形或洋梨形。在幼年菌落中，细胞为4～14×3～7微米，长和宽的比率是1∶1～2∶1；在麦芽汁中沉淀。子囊孢子圆形，平滑。
(2)酵母菌菌株1912是酿酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)通过分子生物学方法，使乙醇脱氢酶基因缺失或不表达而获得的变异菌株，具有能耐受高浓度糖和高浓度酒精的优点。酵母菌株乙醇脱氢酶基因缺失或不表达可通过物理、化学或分子生物学的方法达到，也可通过物理或化学诱变以及分子生物学的方法获得。
(3)酵母菌菌株1912同酒精生产所使用的其它酿酒酵母菌菌株及原出发菌株相比，能耐受较高浓度的酒精和糖。其耐受的糖重量百分比浓度最高达35％；酒精体积百分比浓度最高达20％，并在此条件下具有良好发酵生产酒精的能力。
固定化载体的制作方法：第一步：菌体制备。通过液体无菌培养的方法(按《工业微生物学实验手册》，化学工业出版社)，获得10毫升菌体量为每毫升培养液含108个菌体(计数方法按《微生物学实验》，高等教育出版社)的菌液。培养条件：30℃，自然pH值，保持通入无菌空气。培养基采用麦芽汁培养基(取啤酒厂用麦芽汁10婆美度)。第二步将10克聚乙烯醇加80克水，加热溶化，保持体积在90毫升(不足部分加水补足)，待冷却至50-55℃时，加入8克硅藻土，加入预先制备好的菌液，混合均匀，放入容器，置于-4℃冰箱过夜(24小时)。第三步，将冰箱中的固定菌体取出，脱离容器，50℃烘干4小时，成为成品。
本发明具有实施方便，提高糖蜜酒精发酵过程中发酵液的酒精含量、糖转化为酒精的转化率和最终酒精的产率，从而降低发酵生产酒精的生产成本。
附图说明：
附图为多级连续化酒精发酵生产设备流程图
具体实施方式：
单级发酵生产酒精
实施例一：
将1912菌株按微生物发酵常规液体种子培养方法、以麦芽汁培养基(取啤酒厂用麦芽汁10婆美度)进行培养，经摇瓶、种子罐等一系列培养后，当每毫升培养液含酵母菌数达到1×108个时，按发酵罐培养液1/15的量投入90M3发酵罐中进行培养，其中含有10-15M3糖浓度为10％的灭菌培养液。温度控制在28℃，pH值控制在4.5，保持持续或间断通入无菌空气，即每间隔1小时通气10分钟。检查培养液中酵母菌菌体量，达到每毫升培养液含酵母菌108个时，加入含有高浓度糖的培养液，使整个培养液的糖重量百分比浓度达到15％，温度控制在28℃，pH值控制在4.2，保持间隙搅拌或每2小时通无菌空气4分钟，培养48小时，最终酒精体积百分比浓度达到11％。
实施例二：
具体操作同实施例一，不同之处：种子培养阶段每间隔1小时通气20分钟，当培养液含酵母菌108个时，加入的培养液糖重量百分比浓度为23％，保持间隙搅拌或每2小时通无菌空气12分钟，最终酒精体积百分比浓度达到13％。
实施例三：
具体操作同实施例一，不同之处：种子培养阶段每间隔1小时通气30分钟，当培养液含酵母菌108个时，加入的培养液糖重量百分比浓度为30％，保持间隙搅拌或每2小时通无菌空气20分钟，最终酒精体积百分比浓度达到14％。
             表1.云南省元江糖厂1912菌株单罐发酵结果
       项目  元江糖厂原菌株工艺     1912菌株为单罐工艺
平均酵母数(亿)     1.17     1.4
成熟醪酒精含量(％)     7.98     13
吨酒精耗糖蜜量(吨)     4.39     3.8
实施例四：
按说明书附图生产流程，将1912菌株制成固定化载体放入90M3发酵罐(种子培养罐或第一只发酵罐)中进行培养，其中含有10-15M3糖重量百分比浓度为10％的培养液。温度控制在30℃，pH值控制在4.5，保持持续或间断通入无菌空气，即每间隔1小时通气10分钟。检查培养液中酵母菌菌体量，达到每毫升培养液含酵母菌108个时，在种子罐中连续加入糖重量百分比浓度为10％的培养液，通过液体的自然流动，当第二只发酵罐内有种子罐的过液时，在第二只发酵罐中连续加入糖重量百分比浓度为15％的培养液。温度控制在30℃，pH值控制在4.2，保持间隙搅拌或每2小时通无菌空气4分钟，培养48小时，最终酒精体积百分比浓度达到11％。
其中，种子培养罐体积(第一只发酵罐)与发酵罐(第二只发酵罐)体积比为1∶4-10。
实施例五：
具体操作同实施例四，不同之处：种子罐每间隔1小时通气20分钟，当培养液含酵母菌108个时，第二只发酵罐加入的培养液糖重量百分比浓度为23％，保持间隙搅拌或每2小时通无菌空气12分钟，最终酒精体积百分比浓度达到13％。
实施例六：
具体操作同实施例四，不同之处：种子罐每间隔1小时通气30分钟，当培养液含酵母菌108个时，第二只发酵罐加入的培养液糖重量百分比浓度为30％，保持间隙搅拌或每2小时通无菌空气20分钟，最终酒精体积百分比浓度达到14％。
           表2.云南省元江糖厂1912菌株多罐发酵结果
        项目  元江糖厂原菌株工艺     1912菌株工艺
  平均酵母数(亿)     1.17     1.5
  成熟醪酒精含量(％)     7.98     11
  吨酒精耗糖蜜量(吨)     4.39     3.8
             表3.云南省勐永糖厂1912菌株多罐发酵结果
        项目  勐永糖厂原菌株工艺     1912菌株工艺
    平均酵母数(亿)     1.2     1.4
    成熟醪酒精含量(％)     10.6     13
    吨酒精耗糖蜜量(吨)     4.04     3.8

Claims (1)

1.一种利用耐高浓度糖和酒精的酵母菌发酵生产酒精的方法，按现行常规单级或多级连续发酵生产酒精的方法进行，其特征在于：
1.1该方法采用经分子生物学方法，使乙醇脱氢酶基因缺失或不表达而获得的酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae变异菌株1912，该菌株为能耐受高浓度糖和高浓度酒精菌株，其酒精耐受度体积百分比为20％，糖能耐受度重量百分比为35％，酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae1912菌株，2002年10月9日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号：CGMCCNo.0806；
1.2该方法在酒精发酵的种子培养阶段连续或每间隔1小时通入无菌空气10-30分钟，在酒精发酵阶段保持间隙搅拌或间断通入无菌空气，即每间隔2小时通气3-20分钟；
1.3该方法在酒精发酵阶段加入糖浓度重量百分比为15-30％的培养液。
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