[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

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。本发明以可发酵碳水化合物为原料，向乙醇发酵液中添加水溶性表面活性剂、固体酵母粉、发酵抑制剂、在不添加任何营养成分的条件下进行超高浓度乙醇发酵；减少发酵体系中脂肪酸、糠醛、羟甲基糠醛、乙酰丙酸等毒性物质对发酵的抑制作用。本发明的优点在于：采用水溶性非离子表面活性剂加入发酵培养基中，可有效保护了酵母细胞成活率，使其免受发酵抑制剂的影响，可有效提高发酵效率，具有良好的应用前景。

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。木质纤维素是世界上最为丰富的生物质资源，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。对木质纤维素原料进行预处理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过程中，由于酸和热的作用，原料中部分碳水化合物发生降解和分解作用，产生甲酸、乙酸、糠醛、羟甲基糠醛(HMF)、乙酰丙酸等一系列抑制剂，从而影响酵母菌的正常生长和随后的发酵过程。

为了减少抑制剂所带来的毒害作用，必须对发酵液进行脱毒处理，目前可采用物理法(真空浓缩气提法、膜分离法)、化学性法(是石灰中和、活性炭吸附、离子交换、溶剂萃取)等处理策略。例如文献Bioprocess Biosyst Eng(2013)36:659–666采用活性炭吸附法讨论了糠醛、羟甲基糠醛(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。

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。

本发明提出一种对发酵液进行原位抑制毒性的方法，通过在发酵液中直接添加表面活性剂作为细胞保护剂，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。

一种表面活性剂提高酵母细胞耐毒发酵性能的方法，以可发酵碳水化合物为原料，向乙醇发酵液中添加水溶性表面活性剂、固体酵母粉、发酵抑制剂、在不添加任何营养成分的条件下进行超高浓度乙醇发酵；减少发酵体系中脂肪酸、糠醛、羟甲基糠醛、乙酰丙酸等毒性物质对发酵的抑制作用；

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，所述酿酒酵母接种量为1～20％，所述发酵碳水化合物的浓度为200～600g/L、表面活性剂与水的质量比为0-50％、发酵抑制剂的浓度为0～6g/L，溶液的pH为3.3～5.5。

所述水溶性表面活性剂聚乙二醇、聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇二甲醚、聚二甲基硅氧烷、吐温中的至少一种。

水溶性表面活性剂优选为聚乙二醇。

所述水溶性表面活性剂聚乙二醇的分子量为200-8000。

所述水溶性表面活性剂聚乙二醇的分子量优选为200-2000。

所述可发酵碳水化合物为葡萄糖，其浓度为270-500g/L。

所述可发酵碳水化合物为葡萄糖，其浓度优选为400g/L。