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酒精浓醪发酵菌种选育及发酵条件的优化

黄宇彤  
【摘要】: 本论文根据酵母的糖代谢和乙醇生成理论,重点研究了酵母菌种的选育,酵母酒精发酵的营养因素和抑制因子,超浓醪发酵工艺条件优化,玉米原料预处理、酒精发酵中试以及发酵动力学。主要研究内容和结果如下: (1)出发菌YT16首先筛选出单倍体细胞YT16-1,经紫外线和亚硝基胍两次诱变,以己糖激酶活力和麦角甾醇含量为筛选指标,筛选出己糖激酶活力累计提高200%,麦角甾醇含量累计提高75%的诱变菌株YT253菌种。YT253在1:2加水比的糖化醪中发酵,30℃,60h,二氧化碳失重34.2g,酒精度13.8%,残糖1.0%;与亲株相比二氧化碳失重增加23%,产酒精能力提高了23.2%。 将单倍体菌株YT253的呼吸缺陷型HXQ_4(a)和耐45℃高温但产酒率低的葡萄酒酵母No.30-1(α)的单倍体进行有性杂交。杂交后得到了126株杂交子,对它们进行筛选后,得到遗传性能稳定的杂交子YT316。与亲株相比发酵温度提高5℃,可在35℃时旺盛发酵并产生13.9%的酒精,发酵周期缩短12h。 (2)系统地研究了YT316号菌种以葡萄糖为原料时各种因素对发酵的影响,如:分批补料、添加氮源、氧气、pH、发酵温度、无机离子(硫、磷、钾、锌、钙、钠)、有机酸、CO_2等。 (3)研究了YT316以玉米为原料的发酵条件,并使用Plackett-Burman设计和响应面分析进行了优化。得到回归方程: 得到YT316的最优化条件如下:加水比:1:1.8,60℃预处理20min,90-95℃液化60min,使用复合糖化酶不糖化的糖化发酵并行工艺,接种量10%,pH=5.0,10u/g原料的酸性蛋白酶,摇床转速50rpm,37℃保温发酵,发酵周期60h。优化条件与传统发酵条件的酒精发酵比较试验的结果表明,菌株YT316在优化条件下的酒精浓度(16.3%)和淀粉出酒率(90.56%),比传统工艺条件下(14.2%,85.02%)分别提高了16.5%和6.5%。 (4)使用YT316进行了1000L罐的酒精发酵中试。试验结果表明1:1.8的加水比的玉米醪,90-95℃低温蒸煮、37℃发酵温度,60-70h,发酵醪中酒精含量达到16.4%以上,残糖在1%以下,淀粉利用率90%。YT316的发酵速度快,发酵温度高, 论式摘耍 天O斜牧人q傅士磅伍俺式 在 48h可发酵 90%的总糖,而对应的普通酵母只能在 35oC同一时间内发酵 60%左 右的糖。在相同条件下,国内普通活性干酵母菌种不能正常发酵,残糖较高。采 用酒精高产酵母菌株 YT3,进行超浓醒发酵具有节水、节能、提高设备利用率、 减轻环境污染等优势。 历)对菌株 YT 316在 1000L罐进行酒精发酵进行了发酵动力学分析,确定发 酵产物生成与菌体生长部分偶联。根据 YT 316在 1000L罐进行酒精发酵中试表现 出来的总糖消耗、菌体数和酒精生成的规律,建立酒精发酵动力学模型; e._X、、,l 二= p…。川一一)·X·一; 政“‘—”X”1十J/K dp。X、la’ y=p。。*一)·X·一”一‘ 冰““一 *__“1+S/KI干尸/*_ ds。elf dP、_汛一 S一尸 ly。j -==l*、X--iuX--X-= po Mf dt \ dt y。。。”y。,。dt/ - 4十(4一 Z一 PI y;l。) 上述动力学模型能较好地反映酒精发酵过程的菌体生长、产物生成和底物(总 糖)消耗的变化规律,对酒精发酵有较好的指导意义。 本论文在玉米酒精发酵研究领域的创新之处在: *)通过对己糖激酶和麦角笛醇定量分析指导酵母定向育种; (2)用代谢调控理论对酵母碳源进行了探讨,确定了碳源低水平、连续供给的 工艺; ①使用 Brabender粘度计对玉米原料糊化曲线进行研究,确定了 60 oC预处理 (前液化)的工艺,有效地降低了超浓醒发酵液的粘度。 *使用PB设计和响应面分析优化发酵条件。 以上四种研究方法均为本论文所首创。


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