[发明专利]一种高浓度乙醇发酵方法

说明书

技术领域

本发明属于微生物发酵技术领域，涉及一种高浓度乙醇发酵方法，其主要技术特征是通过添加1，4，5，6-四氢-2-甲基-4-嘧啶羧酸(Ectoine)提高Zymomonas mobilis CICC 10232在高葡萄糖浓度下的乙醇生成体积效率。

背景技术

在糖质原料的乙醇发酵中，Zymomonas mobilis(Z. mobilis)与目前工业上普遍使用的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)相比，糖醇转化率高、转化速度快、生物量低、发酵期间无需控制补氧等，作为替代酿酒酵母的新一代乙醇发酵菌种而受到重视[Jeffries，T.W.，Nat.Biotechnol.，23，40-41，2005]。另外，高浓度发酵技术被认为是提高乙醇发酵效率、降低生产成本的有效方法之一，所以Z. mobilis的高浓度乙醇发酵技术对于提高糖质原料发酵生成乙醇的效率具有一定意义。

高浓度乙醇发酵中，发酵培养基中的高浓度糖所造成的高渗透压对Z. mobilis的乙醇发酵具有抑制作用。目前研究报道，采用蔗糖或葡萄糖和果糖的混合物作为发酵基质时，Z. mobilis能够通过葡萄糖-果糖氧化还原酶(glucose-fructose oxidoreductase)的作用而生成山梨醇，从而抵消有害的渗透压胁迫[Loos，H.，Krmer，R.，Sahm，H.，Sprenger，GA.，J.Bacteriol.，176，7688-7693，1994]。但是这种情况下，由于形成副产物果聚糖和山梨醇等，乙醇产量会降低到葡萄糖为碳源时的70％[Viikari，L.，Appl.Micorbiol.Biot.，19，252-255，1984]，所以，Z. mobilis以高浓度的葡萄糖进行乙醇发酵时，如何解决高渗透压抑制的方法研究具有一定意义。

发明内容

为了解决高葡萄糖浓度对Z.mobilis乙醇发酵的抑制，本发明提供一种Z. mobilis高葡萄糖浓度下的乙醇发酵方法。通过添加渗透压补偿溶质Ectoine促进高渗透压环境下的细胞生长和葡萄糖的利用、提高发酵终了(CO₂生成量达到最大值)的乙醇浓度、缩短发酵周期，从而提高乙醇生成体积效率。

本发明所采用的技术方案：分别用含有250g/L-300g/L葡萄糖的发酵培养基进行Z. mobilisCICC10232乙醇发酵，分别添加0.25mM-1.25mM的Ectoine，其中250g/L葡萄糖浓度时添加1mM Ectoine效果最好。

通过测定CO₂生成量，优化Ectoine添加浓度。在优化的条件下比较添加和不添加Ectoine的细胞生长、葡萄糖利用，测定发酵终了时的乙醇浓度、糖醇转化率、乙醇生成体积效率等发酵参数。

为了考察不同浓度的葡萄糖对Z.mobilis CICC10232乙醇发酵进程的影响，使用150g/L-300g/L葡萄糖浓度的发酵培养基分别进行乙醇发酵，测定CO₂减重量，并计算CO₂生成率(CO₂减重量与其发酵培养基中初始葡萄糖量的百分比)。结果表明CO₂生成率随葡萄糖浓度的增加而减小，150g/L、200g/L、250g/L、300g/L的葡萄糖浓度所对应的CO₂生成率(发酵终了时的CO₂生成率)分别为40.6％、38.0％、28.0％和23.5％，发酵终了时的乙醇浓度分别为55.1g/L、72.5g/L、66.4g/L和65.6g/L。葡萄糖浓度≥250g/L时，乙醇发酵浓度降低。