[发明专利]一种表面活性剂提高酵母细胞耐毒发酵性能的方法

说明书

本发明公开了一种表面活性剂提高酵母细胞耐毒发酵性能的方法，涉及生物质原料降解通过发酵工艺生产燃料乙醇领域。通过在发酵液中直接添加表面活性剂作为细胞保护剂，在发酵过程中对发酵液进行原位脱毒，在减少发酵体系中苯酚、愈创木酚、香兰素、醛类化合物、脂肪酸等毒性物质对发酵的抑制作用的同时改善乙醇生产效率。本发明具有如下优点：(1)工艺简单、操作方便。(2)操作时间短、设备投资低、节约能源；(3)有效提高乙醇发酵效率、降低工业生产成本，对降低木质纤维素生产乙醇的成本具有重要意义。

技术领域

本发明涉及生物质原料降解通过发酵工艺生产燃料乙醇领域，具体涉及一种表面活性剂提高酵母细胞耐毒发酵性能的方法。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭和环境污染的日益加剧，可再生清洁能源生物乙醇的开发和利用受到了人们的广泛关注。木质纤维素是自然界最为丰富且廉价的可再生资源，其主要成分纤维素半纤维素是潜在的燃料乙醇的生产原料，利用木质纤维素生产燃料乙醇具有重大的经济价值和社会意义。但是木质纤维素材料中纤维素、半纤维素和木质素三者链接紧密，对木质纤维素原料进行预处理，打破三者之间的紧密结构、去掉木质素是生物乙醇生产过程中必不可少的步骤。稀酸和蒸汽爆破预处理是目前研究较多的预处理方法，在稀酸和蒸汽爆破预处理后的水解液不只包含可发酵糖，还存在弱酸、糠醛和5-羟甲基糠醛(HMF)以及酚类化合物等，这些物质对酿酒酵母发酵产生强烈抑制作用，从而影响酵母菌的正常生长和随后的发酵过程。

因此，对预处理的木质纤维素水解液进行脱毒处理显得尤其重要。目前文献报道的脱毒方法主要包括水洗脱毒、物理脱毒(真空浓缩气提法、膜分离法)、化学脱毒(是石灰中和、活性炭吸附、离子交换、溶剂萃取)、生物脱毒。例如文献Bioprocess Biosyst Eng(2013)36:659–666采用活性炭吸附法讨论了糠醛、HMF、乙酰丙酸等发酵抑制剂对酵母细胞生长速度的影响；专利CA102226204B公开了一种木质纤维素乙醇发酵液的脱毒方法，通过在待处理糖液中添加可溶性电解质盐后加热得到恒温原料液通过膜组件进行膜蒸馏去除糖液中对后续发酵产生抑制作用的物质。可是，水洗、物理、化学脱毒等方式消耗大量水资源、设备投资成本高且工艺复杂，而且脱毒效果差、糖分损失严重；Yanling Yu报道了一种生物脱毒法(Bioresource Technology,2011,102(8):5123-5128),通过利用构巢曲霉(FLZ10)对玉米秸秆蒸汽爆破液进行生物脱毒处理，然后利用酿酒酵母进行同步糖化发酵，乙醇浓度达到34g/L,乙醇浓度未达工业生产的基准浓度(5％体积比)。该方法需要增加构巢曲霉的设备投资、培养基化学试剂及能量消耗。因此，开发一种工艺简单、成本低廉、效果好的脱毒的方法是木质纤维素乙醇工业的必经之路。

发明内容

本发明的目的是针对现有的生物质预处理过程中产生的毒性物质对后续发酵过程的抑制作用，提供了一种表面活性剂提高酵母细胞耐毒发酵性能的方法。

一种表面活性剂提高酵母细胞耐毒发酵性能的方法，通过在发酵液中直接添加表面活性剂作为细胞保护剂，在发酵过程中对发酵液进行原位脱毒，以降低直至消除毒性物质对细胞生长的影响，提高发酵效率；具体按照以下步骤进行：

称取酿酒酵母置于容器中，在33℃条件下用超纯水复水活化15～30min后即可做酒母使用；然后加入可发酵碳水化合物、表面活性剂、pH缓冲溶液、发酵抑制剂；封口，放入摇床中进行震荡培养，摇床转速为160转/min；进行超高浓度乙醇发酵，发酵温度为25～39℃，发酵时间1～130小时；

在整个反应体系中，所述酿酒酵母0.025-0.25g，所述发酵碳水化合物的浓度为60～400g/L、表面活性剂与缓冲液的质量比为0-50％、发酵抑制剂的浓度为0～6g/L，溶液的pH为3.3～5.5。

所述的发酵介质是包含木质纤维素原料的预水解糖液或可发酵碳水化合物、酿酒酵母、PH缓冲液。

所述发酵抑制剂包括苯酚、愈创木酚、香兰素中的一种或几种的混合物，发酵抑制剂浓度为0-6.0g/L。