戊糖和己糖共發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇過(guò)程動(dòng)力學(xué)研究

釀酒科技2005年第2期(總第128期)· LIQUOR- MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY2005No.2(Tol.128)戊糖和己糖共發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇過(guò)程動(dòng)力學(xué)研究宋安東,耿欣,任天寶1,裴波2,湯建華2,楊炳華3(1河南農業(yè)大學(xué),河南鄭州450002;2商丘市技術(shù)監督局,河南商丘476000;3河南天冠燃料乙醇有限公司,河南南陽(yáng)473000摘要:對戊糖和己糖共酵生產(chǎn)燃料乙醇中菌體生長(cháng)、發(fā)酵醪液中糖消耗、酒精產(chǎn)生、關(guān)鍵酶活力進(jìn)行測定。結果表明,活化菌種的最佳接種時(shí)間為22h,共酵過(guò)程糖的利用率較高,菌種生長(cháng)和乙醇生產(chǎn)隨發(fā)酵時(shí)間延長(cháng)而改變。發(fā)酵醪液中乙醇最高濃度為2%。共酵產(chǎn)乙醇過(guò)程中存在木酮糖和木糖醇兩種途徑關(guān)鍵詞:燃料乙醇;戊糖;己糖;共發(fā)酵;動(dòng)力學(xué)中圖分類(lèi)號:Ts2622;TQ920.1文獻標識碼:A文章編號:1001-9286(2005)02-003903Kinetics Research during Co-fermentation of Pentose andHexose to Produce fuel ethanolSONG An-dong, GENG Xin', REN Tian-bo', PEI Bo2, TANG Jian-hua' and YANG Bing-hua(1. He'nan Agricultural University, Zhengzhou, He'nan 450002; 2. Shangqiu Technical Supervision Bureau, ShangqiuHe'nan 476000; He'nan Tianguan Fuel Ethanol Co, Ltd, Nanyang, He'nan 473000, ChinaAbstract: During co-fermentation of hexose and pentose to produce fuel alcohol, the measurement of microbialgrowth, sugar consumption in fermented liquid, alcohol output, and the activity of key enzymes indicated that thebest inoculation time of activated microbe species was 22 hours, relatively higher use rate of sugar achieved ino-fermentation, and microbe growth and ethanol production varied along with co-fermentation period. The maxi-mum concentration of ethanol was 2 in fermented liquid. And there were two approaches for co-fermentation asxylulose approach and xylitol approach. (Tran. by YUE Yang)Key words: fuel ethanol; pentose; hexose; co-fermentation; kinetics燃料乙醇的生產(chǎn)是緩解能源危機、減少環(huán)境污染的的理論乙醇產(chǎn)率還有很大差距β。重要途徑之一。在纖維質(zhì)原料的糖化液中,主要存在己本文就利用嗜鞣管囊酵母P-01( Pachysolen糖(約70%,以葡萄糖為主)和戊糖(約30%,以木糖為αwσpλilas)對木糖和葡萄糖共同發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的主)兩種成分,對戊糖和己糖共酵過(guò)程特性進(jìn)行研究是過(guò)程的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了硏究,為纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇的當前纖維燃料乙醇生產(chǎn)中的熱點(diǎn)12工業(yè)化做好技術(shù)準備20世紀80年代以來(lái),國際上掀起了戊糖發(fā)酵以及1材料與方法戊糖和己糖同步發(fā)酵的研究熱潮,并取得了很大發(fā)展Taniguchi, Deng xu, Olsson等分別對畢赤氏酵母、固定11材料化釀酒酵母、重組大腸桿菌K011發(fā)酵木糖和葡萄糖混1.1.1菌種合液的條件進(jìn)行了研究,南京林大用休哈塔假絲酵母嗜鞣管囊酵母( Pachysolen tannophilus P-01),河南( Candida shehatae)對己糖和戊糖進(jìn)行同步發(fā)酵乙醇的農業(yè)大學(xué)生物工程系保藏菌種。條件進(jìn)行了研究,取得了一定的進(jìn)展,但距離混合糖液1.1.2培養基基金項目:河南省杰出人才創(chuàng )新基金資助項目(321001300);河南省教育廳自然科學(xué)基金項目(2003180061)。收稿日期:2004-10-09作者簡(jiǎn)介:宋安東(1972-),男,河南宜陽(yáng)人副教授,山東大學(xué)河南天冠集團博土后,主要從事中國煤化工程等方面的研究,發(fā)表論文20余篇THCNMHG釀酒科技2005年第2期(總第128期)· LIQUOR-MAKⅠ NG SCIENCE& TECHNOLOGY2005No.2(Tol.128)①菌種活化液體培養基(g/100mL):粗木糖2,酵母浸汁0.3,蛋白胨0.5,pH5.0,121℃滅菌30min②混合糖發(fā)酵培養基(g/100mL):葡萄糖4,粗木糖2,酵母浸汁0.3,蛋白胨0.5,尿素0.02,磷酸氪二銨0.01,pH5.0~5.5,121℃滅菌30min6421.2菌種活化向裝有60mL菌種活化液體培養基的300mL三角瓶?jì)冉有泵嬖嚬芑罨N3環(huán),150r/min,28℃搖床培圖1菌種培養動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)1.3發(fā)酵對數生長(cháng)期,在大約38h時(shí)生長(cháng)速度明顯減慢,逐漸進(jìn)按6%的接種量將活化菌種培養液接入60mL裝入穩定期。22h左右菌體生長(cháng)速度最快,處于對數生長(cháng)液量的300mL三角瓶?jì)?120r/min,28℃搖床發(fā)酵。期。因此菌種培養至22h左右是最佳接種期14測定方法2.,2發(fā)酵過(guò)程糖消耗動(dòng)力學(xué)分析(見(jiàn)圖2和圖3)①菌種生長(cháng)曲線(xiàn)光密度法(525mm)。②總糖含量3,5-二硝基水楊酸法(DNS法)總糖③木糖含量地衣酚法。木糖④葡萄糖含量總糖減去木糖即得葡萄糖含量⑤乙醇含量蒸餾比重法間葡萄糖⑥木糖異構酶(ⅪI)活性試管中加入0.MD-木糖25μL,發(fā)酵液25μL,10 mM Enso425μL,pH7.5的Tris-HCl緩沖液425μL,80℃反應1h,之后用沸水煮012243648607284961081203min,得木酮糖溶液,吸0.35mL備用。于試管中加入0.35mL木酮糖溶液,13MHSO43mL,1.5%半胱氨基圖2糖消耗動(dòng)力學(xué)分析酸鹽溶液,室溫放置2h。于540nm測吸光度,對照是將25μL0.』MD-木糖改為蒸餾水代替重做此操作。酶活葡萄糖08性定義:吸光度每lmin增加0.001為1個(gè)酶活單位⑦木糖還原酶(XR)活性于試管中加入1mL酶液,0.5mL0.6mM的NADH,0.5mL0.5M的木糖plH0.65的PBS鹽酸緩沖液0.5mL,25℃反應5min,于340nm測吸光度的減少。酶活性定義:吸光度每1min0122436486072849610812減少0.001為1個(gè)酶活單位。⑧木糖醇脫氫酶(XDH)活性于試管中加入O.IM圖3糖利用率變化情況pH9.0的Tris-HCl緩沖液0.5mL,4 mM MgCl21mL,200mM木糖醇1mL,20 mM NAD1mL,于340mm測吸光從圖2和圖3可以看出,在24h之內葡萄糖已基度的增加。酶活性定義:吸光度毎1min增加0.001為1本被消耗,利用率達89%,24h之后葡萄糖的消耗速度個(gè)酶活單位。逐漸減緩,72h之后葡萄糖利用率基本不再變化,最大利用率達97.8%木糖在發(fā)酵初始階段利用緩慢,在241.5主要儀器UV752型紫外分光光度計(上海精密科學(xué)儀器有限h之后消耗速率才明顯增長(cháng),最大利用率達855%?？偣?UV7】型分光光度計(上海精密科學(xué)儀器有限公述原糖利用率最高可達936%。從圖中可知在共酵過(guò)程司)。中葡萄糖首先被菌體利用,只有當葡萄糖基本利用完后木糖才大量被利用2結果與分析2.3發(fā)酵過(guò)程中乙醇產(chǎn)生與菌體生長(cháng)動(dòng)力學(xué)分析(見(jiàn)21菌種培養動(dòng)力學(xué)分析(見(jiàn)圖1)圖4)由圖1可以看出,當菌體活化至14h時(shí)開(kāi)始進(jìn)入從圖4可中國煤化工在12h前生長(cháng)旺盛,有較強呵YHCNMHG緩慢生長(cháng),80h宋安東,耿欣,任天寶,裴波,湯建華,楊炳華·戊糖和己糖共發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇過(guò)程動(dòng)力學(xué)研究之后菌體不再生長(cháng)處于穩定期,后期甚至有所下降。發(fā)酵醪液中的乙醇在0-6h內基本未產(chǎn)生,從6-48h乙醇濃度大幅增長(cháng),在48h左右達到最大值,接近2%,之后600基本保持不變,但在一定范圍內稍有下降。在乙醇濃度XDH一XI最高時(shí)乙醇產(chǎn)率(糖醇轉化率)接近33.3%,是該條件下20理論糖醇轉化率的67.05%。菌體生長(cháng)(OD值)-10L12243648607284時(shí)間(h)1.21.5g圖5酶產(chǎn)生動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)酒精產(chǎn)率(v/v)木糖和葡萄糖混合液共發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇時(shí)活化菌種的最佳接種時(shí)間為22h,發(fā)酵過(guò)程中糖的利用率較高,0.2發(fā)酵過(guò)程中先利用葡萄糖,在葡萄糖利用完后再利用木糖。菌體生長(cháng)和乙醇產(chǎn)生隨發(fā)酵時(shí)間延長(cháng)而改變,發(fā)酵012243648607284961081時(shí)間(h)醪液中乙醇最高濃度為2%。發(fā)酵過(guò)程包含兩種途徑圖4菌體生長(cháng)與酒精產(chǎn)量變化木酮糖途徑和木糖醇途徑。24發(fā)酵過(guò)程中酶產(chǎn)生動(dòng)力學(xué)分析(見(jiàn)圖5)參考文獻:從圖5可以看出,在以P0進(jìn)行戊糖己糖共發(fā)酵1張繼泉,等,發(fā)酵戊糖產(chǎn)酒精酵母菌株的選育門(mén)生物技術(shù)通條件下,木糖還原酶、木糖脫氫酶的酶活都有下降的趨訊,2002,13(4):275-277勢,都在60h后變?yōu)?。而木糖異構酶的酶活則持續升[2陳艷萍,等.戊糖發(fā)酵微生物及選育J纖維素科學(xué)與技術(shù),高,在48h時(shí)達到最大值,最大值為66u,48h之后木2001,9(3):57-61糖異構酶的活性開(kāi)始下降。所以在48h之前發(fā)酵過(guò)程3]勇強,等亞硫酸廢液戊糖、己糖同步酒精發(fā)酵的調控南京存在兩種途徑。48h以后在木糖異構酶的作用下,木糖林業(yè)大學(xué)學(xué)報,1994,18(4):73-78轉化為木酮糖,從而被利用。4]」勇強,等氧對亞硫酸鹽制漿廢液戊糖、己糖同步酒精發(fā)酵的影響小林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),1998,18(4):49-535]王瑞眀,等玉米秸稈水解與木糖酒精發(fā)酵的初步研究[釀以嗜鞣管囊酵母P-01( Pachysolen tannophilus)對酒,2002,29(1):56-586]王福榮,等工業(yè)發(fā)酵分析[M].北京中國輕工業(yè)出版社,1978+…””…十………”…++”…””+林“·m河南省釀酒行業(yè)首批技能鑒定考核結束本刊訊:為期10天的河南省釀酒企業(yè)首批技師技能鑒定考核于1月30日圓滿(mǎn)落下帷幕,來(lái)自全省白酒、啤酒及酒精行業(yè)參加考核鑒定的206名一線(xiàn)釀造工,經(jīng)理論和實(shí)踐考試,195人考核合格。職業(yè)技能鑒定是國家職業(yè)資格證書(shū)制度的重要組成部分,是一項對勞動(dòng)者職業(yè)技能水平的考核活動(dòng)。為加快釀酒行業(yè)技術(shù)人才培養和釀酒行業(yè)持證上崗制度的落實(shí),規范釀酒行業(yè)技能培訓,充分調動(dòng)和發(fā)揮一線(xiàn)釀造工的積極性,使他們的技術(shù)地位得到社會(huì )承認,為企業(yè)培養人才,國家釀酒行業(yè)技能培訓和鑒定總站把河南作為全國的試點(diǎn)省之一,對全省的白酒、啤酒及酒精行業(yè)的釀造工技師進(jìn)行了首批技能考核鑒定此次技師等級職業(yè)技能培訓是按勞動(dòng)和社會(huì )保障部《職業(yè)技能鑒定規定》,由河南省釀酒工業(yè)協(xié)會(huì )組織的。按照《釀造工國家職業(yè)標準》的要求,結合各行業(yè)從業(yè)人員的實(shí)際特點(diǎn),對學(xué)員培訓采取函授學(xué)習與集中面授相結合的方法,由河南省釀酒工業(yè)協(xié)會(huì )提前一個(gè)月統一發(fā)放教材。技能鑒定由理論知識考試和實(shí)際操作考核兩部分組成,鑒定站對申報技師職業(yè)等級鑒定人員的條件、技術(shù)工作總結、鑒定考試成績(jì)等進(jìn)行綜合評審,確定通過(guò)技師職業(yè)等級考核的名單,并上報中國輕工釀酒行業(yè)職業(yè)技能培訓鑒定總站和中國輕工業(yè)職業(yè)技能鑒定指導中心審核,對經(jīng)鑒定合格的技能人員頒發(fā)中華人民共和國《技師職業(yè)等級證書(shū)》,企業(yè)聘任后可享受本省及本企業(yè)中級專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的有關(guān)待遇。河南省釀酒行業(yè)職業(yè)技能鑒定站為這次技能鑒定,聘請了本省白酒和啤酒界專(zhuān)家及技術(shù)權威授課.聘請了8名高級考評員和2名考務(wù)員負責考核事宜,并成立了5人組成的專(zhuān)家綜合評審小組,對參加考核學(xué)員的技術(shù)工作總結和論文進(jìn)行評審,中國釀酒行業(yè)職業(yè)技能培訓和鑒定管理總站張立文主仼及高級考評員高工唐小雨親臨現場(chǎng)進(jìn)行考務(wù)監督,所象,十分嚴格,整個(gè)考核過(guò)程嚴謹,秩序良好。THE中國煤化工考試過(guò)程全程錄這次舉辦的首次技能培訓,白酒選定在鹿邑縣宋河酒業(yè)、啤酒選定在河南省金星集ICNMHG進(jìn)行。(小砂)