鲜甘薯原料的运动发酵单胞菌快速乙醇发酵条件

摘 要 对运动发酵单胞菌232B同步糖化发酵(SSF)鲜甘薯快速生产燃料乙醇的条件进行了研究. 通过单因素试验和正交试验获得了乙醇发酵的最佳参数为：初始pH值6.0~7.0，硫酸铵5.0 g/kg，糖化酶量1.6 AUG/kg淀粉，初始总糖浓度200 g/kg，接种量φ=12.5%. 经过21 h发酵，乙醇浓度为95.15 g/kg，发酵效率可达94%. 同时对不灭菌发酵也进行了研究，发酵效率可达92%. 残糖的HPLC分析结果说明，发酵液中已没有葡萄糖存在，经酸水解后又出现了葡萄糖、半乳糖、甘露糖等成分，说明发酵结束后的残糖是多种低聚糖. 图4 表4 参19

    我国在“十一五”可再生能源规划中明确指出要大力发展以甘薯等非粮能源作物为原料的燃料乙醇. 甘薯是一种富含淀粉的块根作物，鲜甘薯一般含淀粉15%~25%，我国常年种植面积逾460×104 hm2，收获1.1×108 t以上，占世界甘薯产量的80%以上[1]. 与使用薯干(含水量约10%)相比，鲜甘薯(含水量约为70%)发酵生产乙醇可以节约60%的发酵用水，能够进一步降低乙醇生产成本. 由于收获季节在初冬，甘薯易于冻伤和腐烂，每年腐烂的甘薯约占总产量的30%~50%. 而采用干燥保存甘薯，成本高，能源消耗大，不具有经济性，也不符合燃料乙醇生产所遵循的净能源产出最大化原则. 此外，目前乙醇发酵强度较高的方法大多是采用以固定化或自絮凝菌体为基础的糖质原料及淀粉质原料的糖化清液连续发酵技术. 由于甘薯的脂肪和蛋白质含量相对较低，分离产品附加值低，若进行固液分离会增加能耗，提高乙醇生产成本，故固定化和自絮凝技术不适合鲜甘薯乙醇发酵. 因此，迫切需要开发适合鲜甘薯全原料的快速乙醇发酵技术.
    运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)是一种革兰氏阴性、兼性厌氧菌. 与传统生产乙醇的酵母相比，该菌显示出多方面的优越性，如转化率高，副产物少，且发酵过程中不需要通气，设备工艺比较简单，可以降低乙醇生产的成本等[2].但Z. mobilis乙醇发酵的缺点是碳源利用范围窄，仅限于葡萄糖、果糖和蔗糖；营养条件苛刻，常需添加多种营养物质. 目前国内的乙醇发酵生产多以酵母为主，生产周期长(大于40h)、效率低(小于85%)、乙醇浓度较低(φ=11%~12%) [3~5]；对甘
薯原料的研究多以甘薯干为主. 以鲜甘薯为原料、利用细菌同步糖化发酵生产乙醇的研究还未见报道.
    本文通过单因素和正交试验对运动发酵单胞菌发酵鲜甘薯生产燃料乙醇的条件进行了优化，同时对不灭菌发酵也进行了研究，取得了良好效果，为运动发酵单胞菌的工业化应用提供了依据. 在发酵过程中采用低温液化(85 ℃)和同步糖化发酵(SSF)模式，大大降低了乙醇生产中的能耗，实现了鲜甘薯快速高效转化生产燃料乙醇，有利于减轻甘薯储存压力和部分解决我国燃料乙醇生产中长期存在的发酵周期长、生产成本高等问题.