本發明專利技術是一種基于氧化還原電位自動控制重復批次乙醇發酵過程方法，該方法包括：培養乙醇生產菌的步驟、重復批次發酵生產乙醇的步驟和利用氧化還原電位監測自動控制步驟。通過本發明專利技術的方法，充分發揮了自絮凝酵母沉降特性，在每一次批次過程中累積細胞，實現了高效乙醇生產過程。特別采用了氧化還原電位監控的方式，提高了該過程的自動化水平，避免了人工值守，極大地降低了人力成本，為目前以降低成本為目的燃料乙醇生產提供了有力的技術支持。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種自動控制絮凝酵母重復批次乙醇發酵的方法，屬于生物工程領域。
技術介紹
燃料乙醇是現今利用最為廣泛的生物能源產品。目前國內外燃料乙醇都以糖質或淀粉質原料生產，生產成本高的問題十分突出，致使這一可再生能源產業在相當大的程度上依賴政府的直接補貼和優惠的稅收政策（非專利文獻1）。使用木質纖維素原料是未來的發展方向，但是在實際工業化應用中，還面臨著原料收集困難，預處理能耗高，纖維素酶成本高，可用發酵菌性能差等技術難題，大規模應用仍需較長的時間（非專利文獻2）。通過改善現有乙醇發酵工藝，既可以直接降低現有乙醇生產成本，也可以為今后以木質纖維素為原料的燃料乙醇生產做好技術儲備。使用自絮凝酵母的重復批次發酵技術，充分利用了細胞絮凝沉降自動實現與發酵液分離的特性，在發酵結束后停止攪拌，待細胞沉降后排出上清，繼而加入新鮮的培養基進行發酵。與傳統批次發酵過程相比較，菌體得到了重復利用，而且由于菌體分離沒有使用過濾和離心等對細胞活性有影響的分離方式，細胞活性保持良好。此外，生物量在重復批次過程中得到了累積，使得乙醇的生產強度顯著增高。再次，重復批次過程是一種近似的連續過程，不存在批次間的清洗設備和準備時間，進一步增強了乙醇發酵的強度，提高了設備的利用效率。（非專利文獻3）在重復批次過程，每批次結束時刻的判斷十分重要，如果批次結束時殘糖未耗盡，那么發酵液中的殘糖將增加后期蒸餾和廢水處理的難度。但若殘糖耗完后沒有及時更換新鮮培養基，一方面酵母會利用乙醇作為底物，降低終點乙醇濃度；另一方面，饑餓條件下細胞的整體活性會降低，對后續發酵不利。因此，最理想的狀態是殘糖剛好利用完的時刻更換培養基。不幸的是，現今并沒有簡單廉價的實時葡萄糖濃度檢測方法，一般的做法是由操作員每隔一定時間采樣分析判斷，這樣極大的增加了人工負擔，并不利于實現過程的自動化。而且現有文獻及專利未有針對該問題的解決策略。使用氧化還原電位（ORP）為表征，檢測發酵過程中的細胞狀態，能夠通過ORP變化曲線找出殘糖消耗完畢的時刻（非專利文獻4）。因此，本文基于這一原理，開發出能夠自動控制的使用自絮凝酵母的重復批次發酵新技術。非專利文獻1：Solange?IM,?Dragone?G,?Guimaraes?PMR,?Silva?JPA,?Carneiro?LM,?Roberto?IC,?et?al.?2010.?Technological?trends,?global?market,?and?challenges?of?bio-ethanol?production.?Biotechnology?Advances?28:817-30.非專利文獻2：Bai?FW,?Liu?CG,?Huang?H,?Tsao?GT.?2012.?Biotechnology?in?China?III:?Biofuels?and?Bioenergy.?Springer,?New?York.非專利文獻3：Li?F,?Zhao?XQ,?Ge?XM,?Bai?FW.?2009.?An?innovative?consecutive?batch?fermentation?process?for?very?high?gravity?ethanol?fermentation?with?self-flocculating?yeast.?Applied?Microbiology?and?Biotechnology?84:1079-86.非專利文獻4：Liu?CG,?Lin?YH,?Bai?FW.?2011.?Development?of?redox?potential-controlled?schemes?for?very-high-gravity?ethanol?fermentation.?Journal?of?Biotechnology?153:42-7.
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種自動的重復批次乙醇發酵過程從而提高乙醇產率并降低勞動成本的方法。一種基于氧化還原電位監測通過程序控制發酵過程方法，該方法包括：（1）培養乙醇生產菌的步驟；?（2）重復批次發酵生產乙醇的步驟；和（3）利用氧化還原電位監測自動控制步驟（2）。在本專利技術的方法中，乙醇生產菌為具有自絮凝特征的釀酒酵母。在內容（2）中，當殘糖耗盡時，停止該批次的發酵。完全停止攪拌和通氣，以便讓絮凝顆?？焖偻耆某两?。待細胞完全沉降分離后，排出上清液，加入新鮮培養基，開始下一次批次過程。在內容（3）中，控制ORP在設定點，如發酵后期氧化還原電位在1?h內持續回升速度大于2?mV/h時，則認為是底物耗盡的指示，控制系統識別底物消耗完畢的信息，通過程序完成細胞沉降、排出發酵液和補充培養基的操作，開始下一批次過程。通過本專利技術的方法，充分發揮了自絮凝酵母沉降特性，在每一次批次過程中累積細胞，實現了高效乙醇生產過程。特別采用了氧化還原電位監控的方式，提高了該過程的自動化水平，避免了人工值守，極大地降低了人力成本。為目前以降低成本為目的燃料乙醇生產提供了有力的技術支持。附圖說明圖1?為本專利技術中用于發酵及控制裝置結構示意圖。圖2?為本專利技術中進行自動控制的流程圖。圖3?為示范例中發酵過程中ORP曲線變化圖。具體實施方式<培養絮凝酵母細胞>?首先，如圖1所示，在種子培養罐（T4）中，使用YPD種子培養基來培養自絮凝酵母。該設計需要有自絮凝能力的釀酒酵母（Saccharomyces?cerevisiae）。所述種子培養基使用較低糖濃度（<100?g/L），?加入足量的酵母粉（>10?g/L）和蛋白胨(>5?g/L)。在121℃滅菌10分鐘，冷卻到室溫后，接入斜面保存的酵母菌株。為保證種子量滿足要求并且處于生長最活躍的對數生長期。培養時間優選為15-20?h，更優選為18?h；培養溫度優選為28-32℃，更優選為30℃。大量通氣0.2?vvm加速生物量積累。<采用連續批次發酵生產乙醇>?將上述步驟中得到的含有自絮凝釀酒酵母的種子液從種子培養罐（T4）經泵（P3）接入到攪拌式生物反應器（T2）中，開始發酵。發酵培養基中以葡萄糖為碳源，也可以以淀粉、糖蜜、木薯或者纖維素水解液（例如秸稈水解液）等為發酵培養基中的碳源。所述發酵培養基在接入絮凝酵母種子之前，優本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于氧化還原電位監測通過程序控制重復批次乙醇發酵過程方法，其特征在于，該方法包括：（1）培養乙醇生產菌的步驟；（2）重復批次發酵生產乙醇的步驟；和（3）利用氧化還原電位監測自動控制步驟（2）。
【技術特征摘要】
1.一種基于氧化還原電位監測通過程序控制重復批次乙醇發酵過程方法
，其特征在于，該方法包括：
（1）培養乙醇生產菌的步驟；
（2）重復批次發酵生產乙醇的步驟；和
（3）利用氧化還原電位監測自動控制步驟（2）。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟（1）所述乙醇生產
菌為具有自絮凝特性的釀酒酵母。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟（2）中使用停止
攪拌細胞形成大顆粒后自由沉降的分離方式。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，<...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉晨光，白鳳武，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：
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