[其他]利用运动发酵单胞菌把蔗糖转化成乙醇和其它产品

说明书

本发明是关于利用运动发酵单胞菌的亲株或其变株在微好气条件下，用一步发酵法把蔗糖、葡萄糖-果糖糖浆混合物转化生成乙醇及与之一起的其他产品的方法。

制糖工业已经成为与由许多主要食品与饮料制造公司接连不断的宣传有关，他们希望用从玉米糖浆，果糖/山梨醇或果糖/葡萄糖（右旋糖）混合物中来的果糖以供应日常的，保健的和糖尿病市场的需要。果糖近乎有二倍蔗糖的甜度，因此在同一甜度水平，只需要一半的供应量，果糖热值低是这个保健养生界中一个重量方面，此外山梨醇和果糖对糖尿病比之于蔗糖是更安全的甜味剂。

把玉米糖浆要转化成果糖是与能量有关的。因为玉米糊首先要被变成葡萄糖，这一步正常是用淀粉酶或葡萄糖糖化酶来完成的。而葡萄糖以后必须用葡萄糖异构酶进一步变成果糖。这个酶法的转化结果成为近50∶50的葡萄糖与果糖的混合物。为要得到较高果糖值，葡萄糖必须用色层分析法去除它，这个方法是很费钱的而且从混合物中仍不能完全除尽葡萄糖。

从蔗糖生产乙醇是大家熟知的，在巴西乙醇是与石油混合以产生“石油醇”（gasohol）或单独地用作卡车燃料。在美国乙醇主要是从玉米中产生，而从蔗糖原料中生产乙醇则比较少，其中乙醇主要是在不加铅的石油中用作辛烷增强剂，有这样辛烷增强剂的混合物称作为“超级不加铅的汽油。

传统的生产乙醇方法是利用酵母菌经过两个阶段成批发酵完成，其中第一阶段包括酵母细胞的好气性增殖称为生长阶段;第二个阶段包括在少氧或缺氧条件下嫌气发酵产生乙醇。为了在乙醇生产的第二阶段能进一步增殖酵母细胞，而需要少量加入空气或氧气。如果要提高整个发酵过程的效率，通过沉淀和离心系统，偶而把酵母细胞再循环使用则加入少量空气和氧气也是需要的。因为酵母发酵恒定地依靠菌体生长和乙醇生产率两个因素的配合，为使乙醇产量高，其培养液中则必补充促进生长的物质或妥善地控制通气条件。

因此，传统的酵母发酵法（阶段2）建立在巨大的接种量上，几乎达每毫升5-10百万个细胞。较适宜的发酵温度是30℃，发酵产生的热量通过利用冷却设备而受到控制。用阶段2批量发酵法得到9-11%（体积/体积）乙醇，发酵时间是30-70小时。通过菌体循环使用以增加接种菌密度到80-100倍时，则发酵时间可减少10小时。

第二个发酵方法是大家所知道的，它是利用运动发酵单胞菌（Zymomonas    mobilis）细菌（参见欧州专利号0047641-George    Weston    Lta.）。这个方法也是一个二个阶段发酵法像如上用酵母菌所述那样，但细菌在生长阶段（阶段1）不需要添加空气。替代以增加适量氮气来维持厌气条件。在产生乙醇的第二阶段，糖的浓度决不能超过6%（重量/体积），因而需要分步地添加或流加浓缩的糖液。较适宜的发酵温度是28-33℃。较适宜的PH是5.5。这个方法也需要供给氮气和额外的营养物质。

第三个生产乙醇的方法也已叙述过了，它在二个阶段发酵中利用固定化酵母或固定化发酵单胞菌（Zymomonas）的菌株，每阶段都用限量的糖（即10%重量/体积）。（见英国专利号2055121-Tanabe    Sugaku    Co.Ltd.）。

对在用酵母发酵的实施例中已知被转化的碳源是蔗糖、葡萄糖、糖蜜和甘蔗汁;而利用发酵单胞菌（Zymomonas）的两个阶段发酵的实施例中碳源限定为葡萄糖;在用固定化细胞发酵中，则限定是葡萄糖和糖蜜。

生产乙醇的二个发酵法已知是利用葡萄糖作为基质，一个是再循环的方法，发酵后生物量（菌体）从啤酒中分离出来，再循环到发酵系统中（见美国专利4，403，034号（Rogers    ct    al）和澳大利亚专利申请号78199181（unisearch    Ltd.）。第二个方法是利用水解淀粉衍生来的葡萄糖连续发酵生产乙醇。所有这二个方法都在30℃与PH5进行发酵。

本发明的目的在于提供一种以蔗糖为基础的物质（例如甘蔗汁或其糖浆。甜菜汁或甜菜糖浆、糖蜜、棕榈糖汁或棕榈糖浆，粗制或精制糖）和/或葡萄糖-果糖混合物（例如高果糖玉米糖浆、人造混合液、高级糖蜜或转化糖溶液）生产乙醇及与之一起的果糖，山梨醇或果糖-山梨醇混合物。

本发明的较好目的是提供这样一种单阶段批量发酵的方法。如果需要，还可以调节这个培养方法，例如批量给养料流加，或多阶段系统，其中放入的能量是低的。

进一步较好的目的是提供一种方法，其中基质的纯度不是使本方法成功的主要因素。