一種利用產黃青霉菌渣發酵生產乙醇的方法技術

本發明專利技術涉及一種利用產黃青霉菌渣發酵生產乙醇的方法，其采用含有產黃青霉菌渣的降解處理產物的發酵培養基利用發酵菌種進行厭氧發酵獲得富含乙醇的發酵醪液，然后將富含乙醇的發酵醪液進行分離純化制得乙醇產品。所述方法實現了產黃青霉菌渣的完全無害化處理，降解產物中無青霉素殘留；另外，將產黃青霉菌渣降解產物與底物糖混合后，直接用于乙醇的厭氧發酵生產，節約了生物乙醇的生產成本；通過厭氧發酵，在獲得高附加值乙醇的同時，獲得氨基酸含量豐富的酵母副產物。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于生物化工與生物醫藥領域，具體涉及一種利用產黃青霉菌渣發酵生產乙醇的方法。
技術介紹
產黃青霉菌是生產青霉素的重要工業菌種。在利用產黃青霉菌發酵生產抗生素的過程中，會產生大量發酵菌渣，這些菌渣中除水分外，還含有豐富的有機氮源、磷源和無機鹽。但是這些菌渣中同時殘留有抗生素，是一種危險生物廢棄物。若這些菌渣得不到合理、有效處置，會對自然環境產生危害和不利影響。近年來，我國抗生素濫用情況較為突出，抗生素無序排放污染水體，而抗生素在動植物中的富集，嚴重危害人類健康。長期以來，人們一直在積極尋求經濟、高效且徹底的青霉素菌渣處理方法。在傳統的處理方法中，焚燒法成本高，環境危害大，焚燒過程中產生大量有毒有害物質；填埋或用作肥料同樣造成菌渣中殘留抗生素在微生物及植物體內的積累，形成抗藥性，且造成土地污染。利用菌渣發酵生產沼氣的策略會產生富含抗生素的沼渣，同樣存在環境污染的問題和風險。相比之下，利用酵母菌二次發酵處理危險廢棄菌渣是可取的策略之一。但是在目前的現有技術中，主要通過發酵過程之后酵母菌的收集，實現廢棄菌渣的資源化，其附加值較低。而在這類的方法中，酵母發酵底物碳源濃度較低，并輔以好氧環境發酵，除滿足酵母生物量自身代謝外，這類方法基本無法提供除酵母菌體外其他的高附加值的產物。綜上所述，目前對產黃青霉菌的無害化處理或循環利用的研究基本無可借鑒的成熟技術。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是針對現有技術的不足提供了一種利用產黃青霉菌渣發酵生產乙醇的方法。該方法實現了產黃青霉菌渣的無害化、徹底處理，同時獲得了高附加值產物乙醇。為此，本專利技術提供了一種利用產黃青霉菌渣發酵生產乙醇的方法，其包括采用含有產黃青霉菌渣的降解處理產物的發酵培養基利用發酵菌種進行厭氧發酵獲得富含乙醇的發酵醪液的步驟。在一些實施例中，所述富含乙醇的發酵醪液中乙醇的濃度≥20g/L，優選富含乙醇的發酵醪液中乙醇的濃度為25-140g/L。根據本專利技術，所述產黃青霉菌渣由水分和干物質組成。在本專利技術的一些實施例中，所述產黃青霉菌渣中水分的重量含量為5％-95％，優選所述產黃青霉菌渣中水分的重量含量為40％-90％，更優選所述產黃青霉菌渣中水分的重量含量為60％-90％。在本專利技術的另一些實施例中，所述干物質中總蛋白的重量含量為30％-70％，殘糖的重量含量為0-2％，鉀元素的重量含量為0.1％-0.7％，鈉、鈣、鐵和鎂元素的重量含量均為0.03％-0.3％，錳元素的重量含量為0.0001％-0.01％，磷元素的重量含量為0.1％-8％。根據本專利技術，所述發酵培養基中含有產黃青霉菌渣的降解處理產物和底物糖。在本專利技術的一些實施例中，所述發酵培養基中產黃青霉菌渣的降解處理產物的含量為1％-20％(w/v)。在本專利技術的另一些實施例中，所述發酵培養基中底物糖的含量為6％-35％(w/v)。在本專利技術的又一些實施例中，所述底物糖包括木糖、葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、甘露糖、果糖、麥芽糖、蔗糖、纖維二糖、乳糖、纖維素、淀粉和半纖維素中的一種或多種。根據本專利技術，所述降解處理的方法包括化學法、物理法和生物法中的一種或多種。在本專利技術的一些實施例中，所述化學法包括酸法、堿法、有機溶劑法和水熱法中的一種或多種。在本專利技術的另一些實施例中，所述物理法包括蒸汽爆破法、高壓勻漿法、球磨法和超聲法中的一種或多種。本專利技術中，采用酸法進行降解處理所用的酸液的質量濃度為1％-20％。優選所述酸包括硫酸、鹽酸、硝酸、高氯酸和磷酸中的一種或多種。在本專利技術的一些實施例中，采用酸法進行降解處理的溫度為20-150℃。在本專利技術的另一些實施例中，采用酸法進行降解處理的時間為10-180min。本專利技術中，采用堿法進行降解處理所用的堿液的質量濃度為1％-20％。優選所述堿為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀。在專利技術的一些實施例中，采用堿法進行降解處理的溫度為20-150℃。在本專利技術的另一些實施例中，采用堿法進行降解處理的時間為10-180min。根據本專利技術，所述發酵菌種包括釀酒酵母、假絲酵母、面包酵母和經基因工程改造具備乙醇生產能力的菌株中的一種或多種。在本專利技術的一些實施例中，所述厭氧發酵的溫度為25-45℃，優選所述厭氧發酵的溫度為30-37℃。在本專利技術的另一些實施例中，所述厭氧發酵的pH值為3-9。在本專利技術的又一些實施例中，所述厭氧發酵的攪拌轉速為50-500rpm，優選所述厭氧發酵的攪拌轉速為180-250rpm。根據本專利技術，所述方法還包括將富含乙醇的發酵醪液進行分離純化制得乙醇產品的步驟。在本專利技術的一些實施例中，所述分離純化的方法包括普通蒸餾、減壓精餾、液液萃取、滲透汽化、蒸汽滲透、汽提、真空抽提和吸附法中的一種或多種。根據本專利技術，所述分離純化在厭氧發酵終止后進行，或與厭氧發酵過程耦合進行原位分離。附圖說明下面將結合附圖來說明本專利技術。圖1為本專利技術中利用產黃青霉菌渣發酵生產乙醇的方法的流程圖。圖2為實施例1發酵過程中，乙醇的發酵產量和剩余葡萄糖變化情況示意圖。圖3為實施例2發酵過程中，乙醇的發酵產量和殘糖變化情況示意圖。圖4為實施例3發酵過程中，乙醇的發酵產量和剩余葡萄糖變化情況示意圖。具體實施方式為使本專利技術容易理解，下面將詳細說明本專利技術。如前所述，由于黃青霉菌渣無害化處理難、不徹底，菌渣實現綜合利用后，產物附加值低等問題，目前對產黃青霉菌的無害化處理或循環利用的研究基本無可借鑒的成熟技術。研究發現，產黃青霉菌生產的主要活性物質青霉素G為β-內酰胺類抗生素的鹽類化合物。這類化合物的降解方式有很多。在酸性條件下可發生裂解，產生青霉酸和青霉醛酸，進而可降解為青霉醛和二氧化碳。在堿性條件下，堿性基團或酶中親核性基團向β-內酰胺環進攻，生成青霉酸，而青霉酸在加熱時生成青霉噻唑酸和二氧化碳。在遇到醇類物質時，β-內酰胺環同樣會受到醇類物質的進攻，生成青霉酰胺或青霉酸酯，由此可以達到青霉素滅活的目的?；诖?，本專利技術人發現可以將產黃青霉菌渣進行降解處理并將降解處理產物作為外源營養物質，在一些發酵菌種的作用下進行厭氧發酵可以用于生產乙醇，從而實現產黃青霉菌渣的無害化、徹底處理，并獲得了高附加值產物乙醇，該過程的流程圖如圖1所示。本專利技術正是基于上述發現作出的。因此，本專利技術所涉及的利用產黃青霉菌渣發酵生產乙醇的方法可以理解為產黃青霉菌渣在發酵生產乙醇中的應用，其包括采用含有產黃青霉菌渣的降解處理產物的發酵培養基利用發酵菌種進行厭氧發酵獲得富含乙醇的發酵醪液的步驟。在一些實施例中，所述富含乙醇的發酵醪液中乙醇的濃度≥20g/L，優選富含乙醇的發酵醪液中乙醇的濃度為25-140g/L。根據本專利技術，所述產黃青霉菌渣由水分和干物質組成；其中，水分的重量含量為5％-95％，優選水分的重量含量為40％-90％，更優選所述產黃青霉菌渣中水分的重量含量為60％-90％；余量為干物質。在本專利技術的一些實施例中，所述的干物質包括鉀、鈉、鈣、鐵、鎂、錳和磷等元素，蛋白以及任選的殘糖。在本專利技術的一些具體實施例中，所述干物質中各成分的重量含量分別為：蛋白：30％-70％；鉀：0.1％-0.7％；鈉：0.03％-0.3％；鈣：0.03％-0.3％；鐵：0.03％-0.3％；鎂：0.03％-0.3％；錳：0.0001％-0.01％本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用產黃青霉菌渣發酵生產乙醇的方法，其包括采用含有產黃青霉菌渣的降解處理產物的發酵培養基利用發酵菌種進行厭氧發酵獲得富含乙醇的發酵醪液的步驟。

【技術特征摘要】
1.一種利用產黃青霉菌渣發酵生產乙醇的方法，其包括采用含有產黃青霉菌渣的降解處理產物的發酵培養基利用發酵菌種進行厭氧發酵獲得富含乙醇的發酵醪液的步驟。2.根據權利要求1所述的方法，所述富含乙醇的發酵醪液中乙醇的濃度≥20g/L，優選富含乙醇的發酵醪液中乙醇的濃度為25-140g/L。3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述產黃青霉菌渣由水分和干物質組成；優選所述產黃青霉菌渣中水分的重量含量為5％-95％，進一步優選所述產黃青霉菌渣中水分的重量含量為40％-90％，更優選所述產黃青霉菌渣中水分的重量含量為60％-90％；優選所述干物質中總蛋白的重量含量為30％-70％，殘糖的重量含量為0-2％，鉀元素的重量含量為0.1％-0.7％，鈉、鈣、鐵和鎂元素的重量含量均為0.03％-0.3％，錳元素的重量含量為0.0001％-0.01％，磷元素的重量含量為0.1％-8％。4.根據權利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于，所述發酵培養基中含有產黃青霉菌渣的降解處理產物和底物糖；優選所述發酵培養基中產黃青霉菌渣的降解處理產物的含量為1％-20％(w/v)；優選所述發酵培養基中底物糖的含量為6％-35％(w/v)；優選所述底物糖包括木糖、葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、甘露糖、果糖、麥芽糖、蔗糖、纖維二糖、乳糖、纖維素、淀粉和半纖維素中的一種或多種。5.根據權利要求1-4中任意一項所述的方法，其特征在于，所述降解處理的方法包括化學法、物理法和生物法中的一種或多種；優選所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：譚天偉，蔡的，秦培勇，張長偉，李萍，傅朝暉，
申請(專利權)人：北京化工大學，
類型：發明
國別省市：北京;11