周 鹏 马清榜 郎文举 张 锋

（河南天冠企业集团有限公司，河南 南阳 473000）

表面固定化酵母工艺与传统酒精发酵工艺对比试验研究

周 鹏 马清榜 郎文举 张 锋

（河南天冠企业集团有限公司，河南 南阳 473000）

在相同的试验条件下，采用同一发酵体系，开展木薯原料酒精发酵中试试验。从发酵质量、发酵时间、发酵控制、粮耗、淀粉利用率等方面，综合对比了表面固定化酵母工艺和传统酒精发酵工艺。

木薯；发酵工艺；表面固定化；传统酒精发酵

现代社会，经济的快速发展使得世界对能源的需求呈现不断上升的趋势，原料价格不断高涨，从而引发了人类对能源危机的担忧。利用可再生生物质资源制备生物燃料是解决该问题最有效的途径，然而自2008年以来，使用大量粮食转化生物燃料导致全球范围的粮荒，因此以粮食作为原料的第一代生物燃料饱受诟病，所以第二代以低劣生物质为原料的生物燃料的大规模开发势在必行。近年来非粮生物质制造乙醇等醇类燃料的研究和产业化技术的开发已经成为全球关注的热点，是生物能源大规模发展的基石。

非粮生物质制造醇类燃料存在着两大世界难题：一为用廉价环保快速的方法将生物质转变为可发酵的糖类物质，主要关注预处理的方法及相关酶的成本等问题；二为高效低成本地用微生物将糖转变为醇，主要关注细胞在高醇环境中的耐受性、生物转化的时空效率以及连续化自动化生产等问题。细胞固定化技术可以很好地改善或者解决这些问题。但是传统的固定化方法（包埋法、吸附法等）发酵存在着固定化材料易破碎、周期较短、产物产率在发酵一段时间后急剧下降的缺点，这主要是由于固定化载体上死细胞的积累和高密度发酵后期传质较差所致。

表面固定化技术是一种近期开发的新型固定化技术，根据菌体的表面结构特性，选取易于吸附、群居的改性纤维材料作为固定细胞的载体，载体不仅具有高孔隙率和高比表面积，而且当细胞附着于介质表面时会大量聚集，分泌多聚物将自身包裹，在介质表面形成一种特殊的细胞群体结构——细胞膜，能够有效地提高细胞对醇类产物的抗性，不仅如此，微生物细胞还可以不断更新，死细胞会随着培养基的流动而自动脱落，附着空间被新生细胞替代，固定化载体上一直保持较高的活细胞比例，从而有效的提高生物醇类燃料的制备效率。

本实验采用600L酒精发酵系统，开展木薯原料酒精发酵中试试验。从发酵质量、发酵时间、粮耗、淀粉利用率等方面，综合对比了南京工业大学的表面固定化酵母工艺和传统酒精发酵工艺。

1 材料与方法

1.1 材料

菌种：1308。酶制剂：奥谷液化酶3万u/mL，神州糖化酶10万u/mL。原料：木薯粉。营养盐：工业级。

1.2 方法。一是传统工艺。二是酒母培养。配料：20 kg木薯粉+130 kg水=150 kg。液化：液化pH值调至5.3—5.7，液化酶加量14 u/g原料，液化温度86±2℃，液化时间2 h；液化后降温至30℃保温备用。培养：接种培养成熟的摇瓶种子液，培养温度30±1℃，培养时间6-8 h，放出时酵母数达到1.2-1.5亿/ml。三是酒精发酵。

配料：124 kg木薯粉+226 kg水=350 kg。液糖化：液化pH值调至5.3—5.7，液化酶加量14 u/g原料，液化温度86±2℃，液化时间2 h；液化后调节pH值至4.0-4.5，降温至33℃保温备用。糖化酶加量200 u/g原料。发酵温度控制：整个发酵过程发酵温度控制在33±1℃。

表面固定化酵母工艺。一是酒母培养。二是培养基。摇瓶种子培养基：麦芽汁。酒母培养基：配制培养基（葡萄糖、酵母膏、蛋白胨、无水硫酸镁、磷酸二氢钾）。补料培养基：葡萄糖液300 g/L。三是酒母培养。酒母扩培：32℃、通风培养8-10小时。四是酵母固定。安装固定支架、装填固定介质。酵母固定时，先将600L罐空消，121℃，20分钟。然后，将培养好的酒母压入600L罐，打开循环泵，开始酵母固定；根据吸附量，确定补料时间和补料量。固定结束，将罐内醪液放出后，既可进料发酵。

1.3 酒精发酵

配料：料水比1比2.5。液糖化：同传统发酵。发酵温度控制：发酵过程发酵温度控制在30±1℃。

2 结果与分析

2.1 发酵结束后对成熟醪进行分析检测，数据见表1。

表1 成熟醪数据

2.2 成熟醪液相色谱数据分析结果见表2。（单位g/100m l）

表 2 成熟醪液相色谱数据

2.3 淀粉利用率与标准粮耗数据见表3。

表 3 淀粉利用率及粮耗

3 结论与讨论

3.1 单纯从发酵时间来看，表面固定化酵母工艺的发酵时间仅比传统工艺缩短了4 h。但是，由于没有冲槽、杀菌时间，表面固定化酵母工艺在缩短总发酵时间，提高发酵设备利用率方面有一定优势。

3.2 表面固定化酵母工艺淀粉利用率为84.791%，比传统工艺高3.395%；粮耗比传统工艺低124 kg。

3.3 与传统工艺相比，表面固定化酵母工艺集中产热，而且由于固定载体的大量装填，导致传热效率降低，发酵温度较难控制。

3.4 与传统工艺相比，表面固定化酵母工艺染菌风险大，必须采取有效措施抑制杂菌。

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1671-0037（2014）06-30-1.5

周鹏（1985-），男，研究生，助理工程师，研究方向：燃料乙醇生产新技术、新工艺、新装备，燃料乙醇清洁生产。