[其他]利用淀粉葡萄糖苷酶和游动酵单细菌将经预处理并液化的淀粉转化成乙醇

说明书

本发明涉及一种利用高效的游动酵单胞菌种，在微需氧的条件下将预处理液化的淀粉转化成乙醇的方法。

生产乙醇的传统方法是采用两级间歇发酵工艺，其中，前酵包括称之为生长阶段的酵母需氧繁殖，后酵包括在存有或不存有少量氧时乙醇生产的厌氧处理。在乙醇生产的后酵期间，为进一步繁殖酵母需要略为补充空气或氧。如果希望利用诸如沉降或离心装置进行酵母细胞再循环，以提高总的工艺效率，则后者是必需的。由于酵母发酵内在地取决于乙醇生产速率与生长的匹配，为选择乙醇生产的最佳条件，培养基必须补充以助生长物质或精细地控制通气。

传统的酵母发酵工艺（后酵）取决于具有约5～10百万细胞/毫升规格的大的接种菌种的尺寸。优选的发酵温度在30℃～40℃之间，並使用冷却设备控制所产生的热。为得到9%～11%（体积/体积）的乙醇，半连续发酵培养工艺的后酵阶段时间为40～60小时。这一发酵时间可通过细胞再循环，使接种的菌种密度增加80～100倍而降低至10小时。淀粉水解物转化成乙醇的成本率表现为：最好是在使用有3～5个供后酵处理之用的发酵罐的发酵培养工艺中，连续地添加新鲜酵母以得到最大利用效率和11%（体积/体积）乙醇。

生产乙醇的第二种方法亦为已知，该方法使用游动酵单胞菌种（见欧洲专利No.0047641-George    Weston    Ltd.）。 这一方法也是两级处理，正如上边所述的。但单细菌种在其生长阶段（前酵）不需要添加空气，而需要供应足够的氮气以保持厌氧条件。在乙醇生产的后酵处理期间，糖的浓度决不能超过6%（重量/体积），因此需要间歇地或连续地添加浓缩的糖溶液。较佳的温度为28℃～33℃，较佳的PH值为5.5。这一方法不仅需补充氮，亦需补充营养物。

已经公开的还有第三种乙醇生产方法，该方法是在两级发酵工艺中使用有固定化酵母或游动酵单胞菌种，各自均带有一定量的糖（10%重量/体积）（见英国专利No.2055121-Tanabe    Sugaku    Co.Ltd.）。

第四种生产乙醇的方法是通过细胞再循环，连续地使用游动酵单胞菌（澳大利亚专利AU-B-67696/81）或在半间歇培养条件下使用絮凝的游动酵单胞菌种（澳大利亚专利AU-B-78199/81）。在这两种情况下，发酵温度控制在30℃，PH值在5.0，培养基含有添加5～10克/升酵母浸膏的纯葡萄糖。

在酵母发酵的情况下，已知的碳源转化的例子为蔗糖，葡萄糖，糖蜜，甘蔗汁和淀粉水解物;在游动酵单胞菌发酵的情况下，例子限于葡萄糖;在固定化细胞的情况下，限定在葡萄糖和糖蜜，而在本发明者以前的专利申请，限定在蔗糖，糖蜜，甘蔗浆，甜菜浆和葡萄糖/果糖混合物。

本发明的一个目的就是提供一种从淀粉物料，如由谷物、玉米和木薯中得到的经预处理液化的淀粉生产乙醇的方法。该方法利用以游离或固定化状态存在的、或两种形式均有的淀粉葡萄糖苷酶（EC3、2、1、3）和游动酵单胞菌的组合作用。

更为突出的目的是该方法提供了单级发酵处理工艺。

另一目的是该方法可在有培养基存在时进行，其中淀粉组份的浓度大于10%（重量/体积）。

本发明的再一个目的是提供这样一种方法。该方法使用单级发酵，或者如果需要可对这一培养方法调节，例如分批加料、半连续发酵罐培养、连续或多级系统，其中的能量供给较低。

本发明的其它目的可由下面的描述中体现出来。

概括地讲，本发明属于在一个发酵罐中从预处理过的液化淀粉物料中生产乙醇的方法，其特征在于以下几个步骤：

（a）通过淀粉葡萄糖苷酶使预处理过的液化淀粉糖化成葡萄糖;以及

（b）在有发酵培养基存在的条件下，利用微生物游动酵单胞菌将葡萄糖发酵成乙醇。

“预处理过的液化淀粉”是一种由干法或湿法研磨含植物料的淀粉而得到的麦芽素（maltrin）、糊精、淀粉、脂类以及蛋白质的复杂混合物。该产物经物理、化学或酶剂处理以降低淀粉的粘度，以便于在随后的发酵工艺或食品工业中可使用较高的浓度。

糖化和发酵工序最好是在同一发酵容器中以单级发酵处理的形式同时进行。通过调节控制加入的淀粉葡萄糖苷酶的量来保证发酵前或发酵的同时由糖化所产生足够的葡萄糖，以满足游动酵单胞菌发酵生产乙醇的需要。

“单级发酵工艺”的含义为，在同一发酵容器中同时进行生长和生产两个阶段。该方法的起始既可通过向含有发酵培养基的发酵容器中添加含有游动酵单胞菌的种菌而完成，也可通过将发酵培养基加入含有一部分早先发酵操作的余物的发酵罐中而完成，该余物含有游动酵单胞菌。