【技術實現步驟摘要】
本項專利技術是關于利用運動發酵單胞菌(Zymomonas mobilis)的高活力菌株，在微氧條件下使得蔗糖一步發酵產生乙醇的方法。 傳統的乙醇發酵方法是利用酵母菌經過兩步發酵完成，其第一步包括酵母細胞的好氣性增殖稱為生長階段;第二步包括在少氧或缺氧條件下嫌氣發酵產生乙醇。為了在第二步能進一步增殖酵母細胞，需要加入少量空氣或氧氣。如果要提高總發酵效率加入少量空氣或氧氣是需要的，也可通過沉淀和離心系統偶而地再循環利用酵母細胞來提高。由于酵母發酵恒定地取決于菌體生長與產乙醇率兩個因素的配合，為了使乙醇生產最合適，其培養液中則必須添加能促進生長的物質或能完善地控制通氣條件。 因此，傳統的酵母發酵法(階段2)取決于巨大的接種量，每毫升接種量幾乎達5-10百萬個細胞。最適宜的發酵溫度是30℃，發酵產生的熱量必須通過冷卻設備來控制。在發酵時間中要得到9-11%(體積比)乙醇，則批量發酵第二階段所要時間是30-70小時。通過菌體循環使用以提高接種菌密度80-100倍時，則這個發酵時間能減少到10小時。 第二個生產乙醇的方法是大家熟知的利用運動發酵單胞菌細菌發酵產生乙醇(參見歐洲專利號0047641-George Weston Ltd.)。這個方法也是一個如上所述的酵母兩步發酵法，但細菌在生長階段(階段1)不需要增加空氣。代之以增加適量氮氣來維持厭氣條件。在產生乙醇的第二階段中，糖的濃度決不能超過6%(重量/體積)，這就需要分步地、或流加濃縮的糖液。發酵溫度最好是28℃-33℃。適宜的pH是約5.5。這一方法也需要提供氮氣和額外的營養物質。...
【技術保護點】
在發酵罐中，從蔗糖（或其水解物或轉化糖）發酵產生乙醇的方法，其特征在于用微生物運動發酵單胞菌（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓ—ｍｏｂｉｌｉｓ）在微氧條件下，使蔗糖一步發酵產生酒精，其中蔗糖包含在發酵培養液中。
【技術特征摘要】
AU 1985-2-22 PG.9422書中，所有“蔗糖”這一術語也包括它的水解產物和轉化糖。 “一步發酵”是指在發酵中，細胞生長和產乙醇階段在同一發酵罐中完成。發酵起始可用含有運動發酵單胞菌的種子培養液加到含有培養基的發酵罐中，或把發酵培養基加到含有一部分前發酵培養液的發酵罐中而完成。前發酵培養液含有運動發酵單胞菌。 “微氧條件”是指在發酵過程中不添加氣體(氧氣、空氣、氮氣等等)于發酵罐中，而發酵培養液表面暴露在空氣中。運動發酵單胞菌在生長和產乙醇階段，不需要空氣或氧氣(好氣)或氮氣(厭氣)，但能耐受發酵培養液表面的空氣。 優選的微生物菌株-運動發酵單胞菌中產率高的菌株已保藏在澳大利亞的Queensland大學微生物學系，保藏號UQM2716，和美國菌種保藏庫(ATCC)12301，美國馬里蘭州20852，1984年4月24日的保藏號為39676。 這菌株是通過連續培養技術從國家工業細菌保藏委員會的NCIB11199，英國Torry研究所的AB9 8DG，和ATCC的29191中篩選所衍生出來的。篩選決定于特性改進與蔗糖轉化的代謝率的改進，這些特征只是在ATCC 29191親本菌株分類學的描述上有差異，其描述請見《伯氏細菌鑒定手冊》第8版(1975)第576-580頁。其親本菌株NCIB11199/ATCC.29191和Zymomonas mobilis其它的菌株也能應用。 最好得自甘蔗或甜菜的蔗糖，以及以精制糖、精制糖、甘蔗汁、甜菜汁、糖蜜(含有蔗糖渣、蔗糖水解物和/或轉化糖)或其類似物，或其它任何一個基質的復合物形式，都可供發酵罐用。 為了獲得最高產率的乙醇，適用的蔗糖濃度在10-30%范圍，糖濃度15～25%間更好，最好用的蔗糖濃度是20%。 在用精制糖或粗制糖時，培養液中最好要包含任何一種或多種下列成份，酵母浸出液;蛋白胨(酪蛋白水解物);磷酸二氫鉀;硫酸銨(NH4)2SC4或尿素;和硫酸鎂(MgSO4·7H2O)。這些成份每一個提供的適宜的濃度范圍為0.01～0.5%，最好用0.2%。 上面指名的培養基成分也可用加入適當濃度的甘蔗汁，甜菜汁或糖蜜代替，因為在這些汁中或糖蜜中發現含有上述培養基成分。 對于甘蔗汁或其濃縮液，甜菜汁或其濃縮液和糖蜜的任何一種作為發酵基質時，不需要額外補給任何其它物質。 最好在發酵過程中pH保持在4.0-7.0間，開始時pH最好為6.5～7.0間，隨著發酵過程的進行pH值下降，以后如1-2小時后，pH保持在0.5～6.0間。pH范圍可用加氫氧化鈉或其它合適的堿性物質進行控制。 發酵罐的溫度最好維持在34-40℃間，并最好控制在35℃的恒定溫度。 在發酵過程已完成時，微生物最好用過濾，離心等方法從發酵液中分離出來，而乙醇則被蒸餾出來。 為使本發明使人完全明白，現將方法的最佳實施例敘述如下。在所有實施例中，百分率都表示為“%重量/體積”1%相當于10克/升。 實例1(開始生長和產乙醇階段-實驗室規模)。 用甘蔗汁為基質1800毫升含有12.1%蔗糖的甘蔗汁放入2升的發酵罐中。 把在微氧條件37℃生長于下列培養基的200毫升運動發酵單胞菌(ATCC 39676)，經12-24小時培養后的種子培養物，放入發酵罐中。培養基含有10%蔗糖，0.2%酵母浸出液，0.2%酪蛋白水解物(蛋白胨)，0.2%磷酸二氫鉀，0.2%MgSO4·7H2O，0.2%硫酸銨。發酵過程的pH值開始前調到6.8。過第一個1-2小時后，pH下降到6.0，然后用添加2N氫氧化鈉(80克/升)控制在6.0。在35℃，100轉/分攪動速率下完成培養。 經24小時發酵后，被利用的糖全部轉化為乙醇，其濃度為60.8克/升或6.08%(重量/體積)。 實例2(生長和產乙醇階段-實驗室規模) 以甘蔗汁為基質90升含有15.2%蔗糖的甘蔗汁放入100升發酵罐中。 把10升生長在與實例1相同的培養基上的運動發酵單胞菌(ATCC 39676)經12-24小時培養的種子培養物放入發酵罐中。開始pH調到6.8，在發酵過程中，pH用加入8N氫氧化鈉控制pH6.0或5.0。在35℃250轉/分攪動速率下完成培養。 經26小時發酵，所利用的糖全部轉化為乙醇，其濃度達85克/升，或8.5%(重量/體積)。 實例3(生長和產乙醇階段-實驗室規模) 取精制糖為基質1800毫升含有9.69%(96.94克/升)精制蔗糖，0.2%酵母浸出液，0.2%酪蛋白水解物(蛋白胨)，0.2%硫酸銨，0.2%MgSO4·7H2O和0.2%磷酸二氫鉀的發酵培養液放入2升發酵罐中。 把200毫升生長在例1所用培養基上的運動發酵單胞菌(ATCC39676)經12-24小時培養的種子培養物放入發酵罐中。開始pH調為6.8。在發酵中用2N氫氧化鈉控制pH在5.0或6.0。在35℃，100轉/分攪動速率下完成培養。 經10小時發酵后，發酵完成并完全轉化為乙醇，其濃度達4.7%(重量/體積)或47.22克/升。 實例4(生長和產乙醇階段-實驗室規模) 用精制糖為基質1800毫升含有18.25%(182.54克/升)精制蔗糖。并把和實例3敘述的營養成份的發酵培養液加到2升發酵罐中。 把200毫升生長在與實施例1相同的培養液的運動發酵單胞菌(ATCC 39676)經12-25小時培養后的種子培養物放入發酵罐中。開始pH調為6.8。在發酵中用添加2N氫氧化鈉以控制pH在5.0或6.0。在35℃以100轉/分攪動速率發酵完成培養。 經19小時發酵后，得乙醇，其濃度為8.94%(重量/體積)或89.44克/升。 實例5(生產乙醇階段-實驗室規模) 用精制糖為基質這個實例是連續應用罐中的細菌發酵液作為種子培養物以用于后續的批量發酵。把200毫升由實例4得來的發酵物作為種子培養物加入到具有相同成份的1800毫升發酵培養液中，在相同的培養條件下，經19小時完成發酵，使產生相同濃度的乙醇。 這種重新使用發酵液，不需要過濾，濃縮或離心，能成功地反復應用到6次。 實例6(產乙醇階段-實驗室規模) 用工廠的粗制糖(蔗糖)為基質利用工廠的粗制糖和實例4的發酵液進行發酵，并只需要加入0.05%泛酸鈣，0.02%(MgSO4·7H2O)和0.02%磷酸二氫鉀(當甘蔗汁或其濃縮液作為基質時，不需要再補給物質)。 實例7(生產乙醇階段-實驗室規模)...
【專利技術屬性】
技術研發人員：霍斯特沃納多爾，
申請(專利權)人：昆士蘭大學，
類型：發明
國別省市：AU[澳大利亞]
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