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    利用運動發酵單胞菌把蔗糖轉化成乙醇和其它產品制造技術

    技術編號:1750237 閱讀:383 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
    利用運動發酵單胞菌(Zymomonasmobilis)菌株從以蔗糖為基礎的物質中在微好氧條件下以單個階段發酵法商業性生產乙醇以及果糖和/或山梨醇.已得到運動發酵單胞菌的果糖利用陰性突變株,它能提高發酵效率.(*該技術在2006年保護過期,可自由使用*)

    【技術實現步驟摘要】
    本專利技術是關于利用運動發酵單胞菌的親株或其變株在微好氣條件下,用一步發酵法把蔗糖、葡萄糖-果糖糖漿混合物轉化生成乙醇及與之一起的其他產品的方法。 制糖工業已經成為與由許多主要食品與飲料制造公司接連不斷的宣傳有關,他們希望用從玉米糖漿,果糖/山梨醇或果糖/葡萄糖(右旋糖)混合物中來的果糖以供應日常的,保健的和糖尿病市場的需要。果糖近乎有二倍蔗糖的甜度,因此在同一甜度水平,只需要一半的供應量,果糖熱值低是這個保健養生界中一個重量方面,此外山梨醇和果糖對糖尿病比之于蔗糖是更安全的甜味劑。 把玉米糖漿要轉化成果糖是與能量有關的。因為玉米糊首先要被變成葡萄糖,這一步正常是用淀粉酶或葡萄糖糖化酶來完成的。而葡萄糖以后必須用葡萄糖異構酶進一步變成果糖。這個酶法的轉化結果成為近50∶50的葡萄糖與果糖的混合物。為要得到較高果糖值,葡萄糖必須用色層分析法去除它,這個方法是很費錢的而且從混合物中仍不能完全除盡葡萄糖。 從蔗糖生產乙醇是大家熟知的,在巴西乙醇是與石油混合以產生“石油醇”(gasohol)或單獨地用作卡車燃料。在美國乙醇主要是從玉米中產生,而從蔗糖原料中生產乙醇則比較少,其中乙醇主要是在不加鉛的石油中用作辛烷增強劑,有這樣辛烷增強劑的混合物稱作為“超級不加鉛的汽油。 傳統的生產乙醇方法是利用酵母菌經過兩個階段成批發酵完成,其中第一階段包括酵母細胞的好氣性增殖稱為生長階段;第二個階段包括在少氧或缺氧條件下嫌氣發酵產生乙醇。為了在乙醇生產的第二階段能進一步增殖酵母細胞,而需要少量加入空氣或氧氣。如果要提高整個發酵過程的效率,通過沉淀和離心系統,偶而把酵母細胞再循環使用則加入少量空氣和氧氣也是需要的。因為酵母發酵恒定地依靠菌體生長和乙醇生產率兩個因素的配合,為使乙醇產量高,其培養液中則必補充促進生長的物質或妥善地控制通氣條件。 因此,傳統的酵母發酵法(階段2)建立在巨大的接種量上,幾乎達每毫升5-10百萬個細胞。較適宜的發酵溫度是30℃,發酵產生的熱量通過利用冷卻設備而受到控制。用階段2批量發酵法得到9-11%(體積/體積)乙醇,發酵時間是30-70小時。通過菌體循環使用以增加接種菌密度到80-100倍時,則發酵時間可減少10小時。 第二個發酵方法是大家所知道的,它是利用運動發酵單胞菌(Zymomonas mobilis)細菌(參見歐州專利號0047641-George Weston Lta.)。這個方法也是一個二個階段發酵法像如上用酵母菌所述那樣,但細菌在生長階段(階段1)不需要添加空氣。替代以增加適量氮氣來維持厭氣條件。在產生乙醇的第二階段,糖的濃度決不能超過6%(重量/體積),因而需要分步地添加或流加濃縮的糖液。較適宜的發酵溫度是28-33℃。較適宜的PH是5.5。這個方法也需要供給氮氣和額外的營養物質。 第三個生產乙醇的方法也已敘述過了,它在二個階段發酵中利用固定化酵母或固定化發酵單胞菌(Zymomonas)的菌株,每階段都用限量的糖(即10%重量/體積)。(見英國專利號2055121-Tanabe Sugaku Co.Ltd.)。 對在用酵母發酵的實施例中已知被轉化的碳源是蔗糖、葡萄糖、糖蜜和甘蔗汁;而利用發酵單胞菌(Zymomonas)的兩個階段發酵的實施例中碳源限定為葡萄糖;在用固定化細胞發酵中,則限定是葡萄糖和糖蜜。 生產乙醇的二個發酵法已知是利用葡萄糖作為基質,一個是再循環的方法,發酵后生物量(菌體)從啤酒中分離出來,再循環到發酵系統中(見美國專利4,403,034號(Rogers ct al)和澳大利亞專利申請號78199181(unisearch Ltd.)。第二個方法是利用水解淀粉衍生來的葡萄糖連續發酵生產乙醇。所有這二個方法都在30℃與PH5進行發酵。 本專利技術的目的在于提供一種以蔗糖為基礎的物質(例如甘蔗汁或其糖漿。甜菜汁或甜菜糖漿、糖蜜、棕櫚糖汁或棕櫚糖漿,粗制或精制糖)和/或葡萄糖-果糖混合物(例如高果糖玉米糖漿、人造混合液、高級糖蜜或轉化糖溶液)生產乙醇及與之一起的果糖,山梨醇或果糖-山梨醇混合物。 本專利技術的較好目的是提供這樣一種單階段批量發酵的方法。如果需要,還可以調節這個培養方法,例如批量給養料流加,或多階段系統,其中放入的能量是低的。 進一步較好的目的是提供一種方法,其中基質的純度不是使本方法成功的主要因素。 進一步還有一個較好目的是提供一種方法,其中生產乙醇過程能用作能源以維持方法的妥貼進行,而在發酵罐中產生的粘質物是可被除去的,至少是極少的。 進一步還有一個較好目的是產生果糖利用陰性運動發酵單胞菌(Zymomonas mobilis)的菌株以適合上述的方法。 本專利技術其他較好的目的,將從下面的敘述中變得清楚明白。 本專利技術一個方面在于從蔗糖為基礎的物質和/或葡萄糖-果糖混合物中生產乙醇的方法是與果糖和/或山梨醇一起產生的。其發酵的特征在于用微生物運動發酵單胞菌(Zymomonas mobilis)以單階段發酵法,把罐中發酵培養液中含有的以蔗糖為基礎的物質,和/或葡萄糖-果糖混合物作為基質在微好氣條件下進行發酵。 “單階段發酵”是指發酵中生長和產生乙醇階段都在同一發酵罐中發生。發酵開始可用含有運動發酵單胞菌(Zymomonus mobi-lis)種子培養物加到含有發酵培養基的罐中來完成,或把發酵培養基加到含有前批發酵的一部分發酵過的培養基的罐中來完成,該發酵過的培養基含有運動發酵單胞菌(Zymomonas mobilis)。 “微好氣條件”是指在培養條件不加入氣體(氧,空氣,氮氣等等)到發酵罐中。而發酵培養基暴露于大氣中。運動發酵單胞菌在從生長和生產乙醇中不需要空氣或氧氣(好氣的)或氮氣(嫌氣的),但能忍受發酵培養基表面存在的空氣。 用微生物游離形式或固定化形式都可完成發酵。以蔗糖為基礎的物質包括甘蔗汁或其糖漿,甜菜汁或其糖漿,糖蜜,棕櫚糖汁或其糖漿,粗制或精制糖。葡萄糖和/或果糖混合物包括玉米高果糖漿,人造混合物,高級糖蜜或轉化糖溶液。 最好基礎培養基要包括酵母浸取物,酪蛋白水介物,硫酸銨或尿素,硫酸鎂,磷酸二氫鉀,和/或葡萄糖。在這個基礎培養基中所有的成分較好是在0.01到0.2%的范圍,更好是在0.2%到1%(重量/體積)。最好在近30℃培養一段期間例如2到15小時。果糖與葡萄糖加到培養基中的量,較好的范圍在0.5到3%,更好在1到2%(重量/體積)。 微生物運動發酵單胞菌(Zymomonas mobilis)一個較好的親株已經保存在澳大利亞路兩州,昆士蘭昆士蘭大學,微生物系中菌種庫中。保存號為VQM2716,1984年4月24日也把菌保存在美國標準菌種庫(ATCC),12301,Purklawn,Drive,Rockville,Maryland,20852,USA)中,其保存號為39676,這個菌株是從ATCC運動發酵單胞菌菌株保存號為2919發展來的,它是適合用于本專利技術第二個較好的親株,這個親株也已在英國AB98DG Aberdeed,Abbey路,Torry研究站國家工業細菌保存庫保存本文檔來自技高網...

    【技術保護點】
    一個從以蔗糖為基礎的物質和/或葡萄糖-果糖混合液中生產乙醇與生產果糖和/或山梨醇一起的方法,其發酵特征在于用微生物運動發酵單胞菌(Zymomonas—mobilis)以單階段在微好氣條件下發酵以蔗糖為基礎的混合物和/或葡萄糖-果糖混合物,其中蔗糖為基礎的物質和/或葡萄糖混合液是含在發酵培養基中用作發酵基質。

    【技術特征摘要】
    AU 1985-2-21 PG.9396;AU 1985-8-6 PH.1811書中所限定的范圍,是很清楚的。權利要求1、一個從以蔗糖為基礎的物質和/或葡萄糖-果糖混合液中生產乙醇與生產果糖和/或山梨醇一起的方法,其發酵特征在于用微生物運動發酵單胞菌(Zymomonas mobilis)以單階段在微好氣條件下發酵以蔗糖為基礎的混合物和/或葡萄糖-果糖混合物,其中蔗糖為基礎的物質和/或葡萄糖混合液是含在發酵培養基中用作發酵基質。2、按照權利要求1的方法特征在于運動發酵單胞菌是保存于美國標準菌種庫(ATCC)的菌株,其保存號為39676或39676一個突變株或39676的變異株。3、按照權利要求2的方法特征在于突變株是一個果糖利用陰性突變株,其在美國標準菌種庫(ATCC)保存基保存號為53431或一個ATCC 53431的果糖利用陰性突變株或ATCC 53431的變異株。4、按照權利要求1的方法特征在于運動發酵單胞菌是一個菌株保存于美國標準菌種庫(ATCC)其保存號為2919或ATCC29191的突變株或其變異株。5、按照權利要求4的方法,特征在于突變株是一個果糖利用陰性突變株,在美國標準菌種庫(ATCC)保存,保存號為53432或ATCC 53432的果糖利用陰性突變株或其變異株。6、按照權利要求1到5任何一個方法,特征在于蔗糖為基礎的物質包含粗制糖,精制糖,甘蔗汁,或其糖漿,甜菜汁或其糖漿,棕櫚汁或其糖漿或兩個聯合一起或這些中更多的聯合一起。7、按照權利要求6的方法特征在于蔗糖濃度在以蔗糖為基礎的物質中在5到20%(重量/體積)的范圍內。8、按照權利要求1到5的任何一個方法,特征在于葡萄糖-果糖混合液包含高果糖的玉米糖漿,人造葡萄糖-果糖混合液,高級的糖漿或轉化糖溶液或二個聯合一起或這些中更多聯合一起。9、按照權利要求8的方法,特征在于在葡萄糖-果糖混合液中,葡萄糖和果糖二者的濃度是在5-20%(重量/體積)的范圍內。10、按照權利要求1到9的任何一個方法,特征在于發酵培養基含有一種或更多的下列成分蛋白胨,酵母浸取物,磷酸二氫鉀,硫酸銨或尿素,硫酸鎂,每種成分的濃度在0.01到0.5%(重量/體積)的范圍內。11、按照權利要求10的方法特征在于每個成分的濃度是0.2%(重量/體積)。12、按照權利要求1到11的任何一項方法特征在于發酵培養基的PH維持在4.0到7.0...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:霍斯特沃納多爾,
    申請(專利權)人:昆士蘭大學,
    類型:發明
    國別省市:AU[澳大利亞]

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