酵母菌株的扩培方法以及生产乙醇的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及发酵领域，具体地，涉及一种酵母菌株的扩培方法，以及利用酵母发酵 生产乙醇的方法。
【背景技术】
[0002] 目前，诸多如石油等不可再生的化石能源日益枯竭，使得可再生能源特别是生物 燃料受到越来越多的关注，并带来了巨大的商机和社会意义。
[0003] 乙醇是清洁的可再生液体燃料，许多国家已经开始使用添加了一定比例乙醇的汽 油一汽油醇，以代替汽油的消耗。这种新型燃料既能缓解石油的消耗速率，又可以减少汽车 尾气污染，具有极大的应用和发展潜力。我国从2001年起开始推广使用汽油醇，目前汽油 醇占汽油类燃料总消耗量的约20%，并处于逐年增长的势头。
[0004] 目前国内外生产乙醇所使用的主要原料是玉米等粮食作物。随着世界人口的不断 增长，粮食日益短缺，因此从长远来看，粮食作物不是生产乙醇的理想原料。
[0005] 生物质能源是未来能源领域中一种重要的可再生能源。近年来，世界各国都在大 力开发综合利用生物质的相关技术，并在利用生物质生产燃料乙醇、生物柴油、生物氢气、 生物沼气等方面取得了一定的成果，今后生物质能源的相关技术仍是各国研究与开发的热 点。我国具有丰富的生物质资源，据统计，我国每年仅秸杆的产量即可达7亿吨，这之中蕴 藏了极为可观的生物质能源，仍需进一步的开发与利用。
[0006] 目前，采用生物质发酵的方式生产乙醇的相关技术，即将生物质中的木质纤维素 发酵，进而生产乙醇的相关技术，已形成了一定的产业化规模。但普遍存在以下问题：1)现 有方法扩培的酵母菌株的方法生产成本高，得到的酵母扩培液的酵母活性较差，从而使得 乙醇的发酵水平较差；2)现有扩培方法对酵母菌株进行多级扩培后酵母的活性会大大降 低。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种能够提高扩培后酵母活性并且能够进 行多级扩培的酵母菌株的扩培方法，以及由此能够提高乙醇发酵水平的利用酵母生产乙醇 的方法。
[0008] 为了实现上述目的，本发明提供一种酵母菌株的扩培方法，该方法包括：在淀粉质 原料糖化液中对酵母种子活化液进行至少一级培养，得到酵母培养液A，然后再将酵母培养 液A在作物秸杆液化液中进行至少一级培养，得到酵母种子扩培液。
[0009] 优选地，在淀粉质原料糖化液中对酵母种子活化液进行培养的条件包括：以淀粉 质原料糖化液的总体积为基准，上一级培养所得培养液的接种量为3-10体积％ ;培养的温 度为28-33°C，pH值为4. 5-5. 5,通气量为0· 5-0. 7体积：体积?分钟，转速为250-350rpm， 时间为10-14小时；
[0010] 其中，在淀粉质原料糖化液中对酵母种子活化液进行一级培养时，接种的为所述 酵母种子活化液。
[0011] 优选地，在作物秸杆液化液中对酵母培养液A进行培养的条件包括：以作物秸杆 液化液的总体积为基准，上一级培养所得培养液的接种量为3-10体积％ ;培养的温度为 28-33°C，通气量为0· 08-0. 12体积：体积?分钟，转速为200-300rpm，时间为10-20小时；
[0012] 其中，在进行一级培养时，接种的为所述酵母培养液A。
[0013] 优选地，所述酵母菌株为酿酒酵母菌株424A (LNH - ST)。
[0014] 另一方面，本发明提供了一种利用酵母发酵生产乙醇的方法，该方法包括：（1)将 酵母种子活化液按照如上所述方法进行扩培；（2)将步骤（1)中得到的扩培液接入到乙醇 发酵培养基中进行发酵。
[0015] 通过上述技术方案，先将酵母菌株在淀粉质原料糖化液中对酵母种子活化液进行 至少一级培养，然后再在作物秸杆液化液中进行至少一级培培，所得到的酵母种子扩培液 的活性得到了明显的提高。另外，采用本发明的方法，即使对酵母种子活化液分别在淀粉质 原料糖化液和作物秸杆液化液中进行多级扩培后，所得酵母种子的活性仍然能够保持在较 高的水平，从而有效地提高了乙醇的发酵水平。
[0016] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【具体实施方式】
[0017] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0018] 本发明提供了一种酵母菌株的扩培方法，该方法包括：在淀粉质原料糖化液中对 酵母种子活化液进行至少一级培养，得到酵母培养液A，然后再将酵母培养液A在作物秸杆 液化液中进行至少一级培养，得到酵母种子扩培液。
[0019] 本发明主要在于淀粉质原料糖化液和作物秸杆液化液的结合使用，从而有效地进 行菌株的增殖以及强化，不但提高了酵母的繁殖速度，还缩短了扩培周期，并且相比于现有 技术，还有效地降低了扩培培养基中乙酸（酵母的抑制物）的浓度，降低了乙酸对酵母的毒 害作用。将如此扩培后的酵母种子接种至乙醇发酵培养基中，能够大大提高乙醇的发酵水 平。
[0020] 根据本发明，所述淀粉质原料糖化液中葡萄糖的浓度的可选范围较宽，可以为常 规的用于酵母扩培的葡萄糖浓度，只要不影响酵母的生长繁殖以及正常的代谢活动即可。 优选的，在本发明的淀粉质原料糖化液中，葡萄糖的含量为15_25g/L。
[0021] 根据本发明，所述淀粉质原料糖化液的制备方法可以采用本领域公知的淀粉质原 料糖化液中的制备方法，例如，可以包括将淀粉质原料粉碎，将淀粉质原料粉碎后的产物调 浆，并加入淀粉酶对淀粉进行第一次水解；对第一次水解产物进行固液分离，并在得到的液 相组分中加入糖化酶进行第二次水解，得到淀粉质原料糖化清液。优选地，所述粉碎使淀粉 质原料过30目筛的通过率大于75%，更优选过30目筛的通过率为100%。所述调浆的方 法为本领域技术人员所熟知，但优选地，所述调浆的方法可以包括将淀粉质原料粉碎后的 产物加入到水中混合均匀，水的加入量使得到的浆液的波美度可以为9-17Β?°。术语"波 美度"是表示溶液浓度的一种方法，是通过波美比重计检测溶液得到的度数。
[0022] 根据本发明，所述第一次水解中，以每克粉碎后的产物的干重计，所述淀粉酶的 用量可以为10-30酶活力单位，所述酶解的温度可以为88-92°C，所述酶解的时间可以为 90-120分钟，所述酶解的pH值可以为5. 5-6. 0。所述固液分离的条件没有特别的限定，优 选地，所述固液分离的条件使得到的液相组分中的固含量为19-22重量％，更优选为20-21 重量％。
[0023] 根据本发明，所述第二次水解中，以每克液相组分计，所述糖化酶的用量可以为 110-130 g每活力单位，所述酶解的温度为可以55-65°C，所述酶解的时间可以为420-600分 钟，所述酶解的pH值可以为4. 0-4. 5。
[0024] 本发明所述酶的酶活力单位的定义为：在pH值为6. 0、温度为70°C的条件下，1分 钟将1毫克淀粉转化为还原性糖所需的酶量为一个酶活力单位。
[0025] 淀粉酶是指能够分解淀粉糖苷键的一类酶的总称，所述淀粉酶一般包括α -淀粉 酶、β -淀粉酶。
[0026] α -淀粉酶又称淀粉1，4-糊精酶，它能够任意地、不规则地切开淀粉链内部的 α -1，4-糖苷键，将淀粉水解为麦芽糖、含有6个葡萄糖单位的寡糖和带有支链的寡糖。生 产此酶的微生物主要有枯草杆菌、黑曲霉、米曲霉和根霉。
[0027] β -淀粉酶又称淀粉1，4-麦芽糖苷酶，能够从淀粉分子非还原性末端切开1，4-糖 苷键，生成麦芽糖。此酶作用于淀粉的产物是麦芽糖与极限糊精。此酶主要由曲霉、根霉和 内孢霉产生。
[0028] 根据本发明，优选使用α -淀粉酶。
[0029] 根据本发明，所述糖化酶优选为a -1，4-葡萄糖水解酶。
[0030] 按照本发明，所述淀粉质原料可以为本领公知的各种含有淀粉的原料，例如，可以 选自玉米、薯类（如木薯）和小麦中的一种或几种。
[0031] 根据本发明，所述作物秸杆液化液中葡萄糖和木糖的浓度的选择范围较宽，只要 它们的含量不影响酵母的生长繁殖以及正常的代谢活动即可。优选地，所述作物秸杆液化 液中葡萄糖的含量为60-80g/L，木糖的含量为25-35g/L。
[0032] 所述作物秸杆液化液的制备方法可以采用本领域