[发明专利]复合菌种对木质纤维素水解产物的原位脱毒乙醇发酵方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种木质纤维素水解产物的原位脱毒乙醇发酵方法，具体地说，是将一种能高效代谢木质纤维素稀酸水解液中的葡萄糖和木糖产乙醇并快速代谢抑制因子糠醛和5-羟甲基糠醛的复合菌，接种到含木质纤维素稀酸水解液的发酵培养基中进行原位脱毒乙醇发酵。

背景技术

在以木质纤维素为原料生产乙醇的研究开发领域中，木质纤维素稀酸水解被认为是最容易实现商业化的生产工艺，国内外在该领域进行了大量深入的研究。但到目前为止，国内外在稀酸水解木质纤维素生产燃料乙醇方面还存在着一些问题，其中主要的技术瓶颈之一是水解糖液的高效乙醇发酵，包括高效利用木糖产乙醇、耐/分解抑制剂的微生物菌种。

能够进行木糖乙醇发酵的天然菌种很少，目前研究较为深入的Pichiastipitis能发酵木糖且具有很高的乙醇产率，Lohmeier-Vogel等人研究发现，P.stipitis对木质纤维素稀酸水解产物中的糠醛、羟甲基糠醛和乙酸等抑制因子比较敏感。只有少数酵母菌能耐受木质纤维素稀酸水解产物中较高浓度的抑制因子，如Saccharomyces cerevisiae TMB3400，S.cerevisiae TMB3006，Coniochaeta ligniaria NRRL30616等，但是它们却不能代谢木糖产乙醇。水解产物中的抑制因子会影响微生物的生长和发酵能力，其中糠醛和5-羟甲基糠醛(5-HMF)是最为主要的抑制因子。发酵前通常要对水解液进行脱毒处理，这就需要添加处理设备，并要使脱毒设备与发酵工艺很好整合，因而提高了整个乙醇发酵工艺的复杂性并提高了生产的成本。

为了对木质纤维素稀酸水解产物进行原位脱毒(即该发酵菌种在进行乙醇发酵的同时能高效代谢发酵液中毒性物质，不需进行任何脱毒预处理乙醇发酵就能正常进行的发酵过程)及葡萄糖和木糖的乙醇发酵，本发明研究人员利用一种能高效代谢葡萄糖产乙醇并高效代谢抑制剂，但不能代谢木糖产乙醇的酿酒酵母菌株S.cerevisiae Y5，与高效代谢木糖产乙醇并且对抑制剂敏感的菌P.stipitisCBS6054组成复合菌，对木质纤维素稀酸水解产物进行原位脱毒乙醇发酵。

发明内容

本发明的目的是提供一种木质纤维素水解产物的原位脱毒乙醇发酵方法。

为实现上述目的，本发明研究人员首先研究出一种酿酒酵母菌S.cerevisiae Y5，该酵母菌能高效代谢葡萄糖产乙醇并高效代谢抑制剂，进而将酿酒酵母菌Y5与高效代谢木糖产乙醇并且对抑制剂敏感的菌P.stipitisCBS6054组成复合菌，对木质纤维素水解产物进行原位脱毒乙醇发酵。

酿酒酵母菌Y5是由本实验室从酒精厂下水污泥中分离获得，该菌株已于2008年9月4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，地址北京市朝阳区大屯路中科院微生物研究所，其分类命名为Saccharomyces cerevisiae Y5，保藏编号CGMCC NO.2660。

上述酿酒酵母菌Y5，其具有如下特点：

1、能够发酵葡萄糖产乙醇；

2、能够降解糠醛和5-HMF；

3、可絮凝，可以在发酵罐中实现固定化，达到高密度培养和酒精发酵的目的，使酒精发酵的平均发酵时间缩短；

4、发酵速度快，能够耐受最高50-130g/L的乙醇；

5、与毕赤酵母具有很好的混合发酵兼容性。

酿酒酵母菌Y5能高效代谢葡萄糖产乙醇并高效代谢抑制剂，但其不能代谢木糖产乙醇。

本发明提供的复合菌，其含有S.cerevisiae Y5和P.stipitisCBS6054。以重量计每克复合菌中S.cerevisiae Y5与P.stipitisCBS6054的菌数比为1：5-5：1，优选1：1。

其中，菌种S.cerevisiaeY5由本实验室筛选及保藏。菌种P.stipitisCBS6054购自美国ATCC。

该复合菌能对木质纤维素稀酸水解产物进行原位脱毒乙醇发酵，即，高效代谢木质纤维素稀酸水解液中的葡萄糖和木糖产乙醇并快速代谢抑制因子糠醛和5-羟甲基糠醛。

本发明提供的Y5和CBS6054复合菌可广泛应用于木质纤维素稀酸水解产物的原位脱毒乙醇发酵。

本发明的木质纤维素稀酸水解产物的原位脱毒乙醇发酵方法，其将Y5和CBS6054分别接种于含有木质纤维素稀酸水解液的发酵培养基中，在25℃-38℃，优选30℃，0rpm-500rpm，优选80rpm，培养8-72h，优选72h。