[其他]利用运动发酵单胞菌使淀粉水解物转化成酒精

说明书

本发明所阐述的，是在微需氧条件下，利用高效细菌-运动发酵单胞菌（Zymomonas    mobtlis）菌株，一步完成淀粉水解物转化成酒精的方法。

酒精生产的传统方法是用酵母分两步进行批量培养。第一步是酵母的需氧繁殖，叫生长期;第二步是无氧或微需氧条件下生产酒精的厌氧过程。在第二步酒精生产过程中，为使酵母能进一步繁殖，需要引入微量空气或氧气。如果要增加整个过程的效率可以通过如沉淀、离心方法，应用酵母细胞临时性循环，则需要氧气。酵母发酵固定地依靠其本身生长与酒精产生速率的协调，所以为使酒精产量达到最高，必须在培养液中加入促生长物质，或提供可控通气装置。

传统酒精发酵过程（第二步）依赖于大量地接菌，几乎达（5～10）×10⁶细胞/毫升。发酵最适温度在30～40℃。通过利用冷却装置来控制其产热。为得到9-11%（体积/体积）的酒精，第2步的批量或半连续系列发酵过程的时间需要40～60小时。通过细胞再循环增加接入菌种密度80～100倍，发酵时间可减少到10小时。为提高淀粉水解物转化成酒精的效率，最好在系列发酵过程中连续接加新鲜酵母。并且，为达到最大利用率，得到11%（体积/体积）的酒精，在第2步里要使用3～5个发酵罐。

酒精发酵的第二种已知方法，是利用细菌运动发酵单胞菌（见欧洲专利NO.0047641-George    Waston    Ltd.）如前述的酵母批量发酵一样，此法也需分两步进行。但这种细菌在其生产期（第一步）不需要引入空气。此法也需加入有机或无机氮源，以及一些附加养料，以利于细胞的生长。为满足严格厌氧，需要向发酵罐缓慢鼓泡通入氮气。在酒精生产的第二步里，糖浓度一定不能超过6%（重量/体积），所以要分步地加入或连续加入浓缩糖液，最适温度在28～33℃，最适PH为5.5。（在此方法的第二步里，是否需要向发酵罐里通入氮气慢泡，上述专利未交待清楚）。

酒精生产的第三种已知方法，是利用固定化的酵母或发酵单胞菌（Zymomonas）的菌株，分两步进行，每一步都限定糖的含量（10%重量/体积）（见英国专利NO.2，055，121-Tanabe    Sugaku    Co.Ltd.）。

酒精生产的第四种已知方法，是以细胞再循环连续方式利用运动发酵单胞菌（澳大利亚专利AU-B-67696/81），或利用絮状的运动发酵单胞菌菌株进行半批量培养（澳大利亚专利AU-B-78199/81）。这两种情况的发酵温度都控制在30℃，PH在5.0，培养液中含有纯葡萄糖和5～10克/升的酵母膏。

酵母发酵时，被转化的碳源可例举出：蔗糖，葡萄糖，糖蜜，甘蔗汁和淀粉水解物。发酵单胞菌发酵时，只限于葡萄糖，在固定化细胞情况下，可以是葡萄糖和糖蜜。以前本发明者申请专利用的都是蔗糖，糖蜜，甘蔗糖浆，甜菜糖浆和葡萄糖/果糖混合物。

本发明的目的是，提供一种方法。它能够从淀粉基本材料，例如从谷物或根类作物的淀粉水解物中，生产出酒精。它以运动发酵单胞菌为发酵菌，而底物的纯度对于这种方法的成功与否并不太重要。

本发明的另一目的是，当发酵液中的葡萄糖组分浓度大于10%（重量/体积）时，本方法可以实施。

本发明进一步的目的是，能提供一种一步完成的批量发酵方法，以及一些对此方法的调节手段，如一次加给、半连续系列发酵罐、连续或多步系统，而其中的能量输入很低。

本发明想达到的其它一些目的，可从下文的叙述中清楚了解。

总的看来，本发明是一种发酵生产酒精的方法，其特征是：在发酵培养基中利用运动发酵单胞菌，在单一的发酵培养基中一步把淀粉水解物发酵成酒精。

发酵步骤包括：

（1）在发酵液中由淀粉葡萄糖苷酶糖化淀粉成葡萄糖，以及

（2）糖化后，通过加到发酵液中的菌株的作用，从葡萄糖生产出酒精。

另一种途径是，菌株对加到发酵液中的淀粉水解物混合物作用，从而生成酒精。

“淀粉水解物”，是对液化淀粉进行物理的、化学的或酶法的处理，所得到的一种复杂混合物，除主要成分葡萄糖外，还有少量的Maltrin、糊精、麦芽糖、脂类和蛋白质等。

“一步发酵”定义为，微生物的生长和酒精的产生同时发生在同一个发酵罐中。把含有运动发酵单胞菌的种子培养液加到盛有发酵培养液的发酵罐中;或者在发酵罐中先装入一部分前一轮发酵的含运动发酵单胞菌的发酵液，然后加入发酵培养液。这两种方法都能启动发酵过程。