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1、(10)申请公布号 CN 102093961 A (43)申请公布日 2011.06.15 CN 102093961 A *CN102093961A* (21)申请号 201010585801.0 (22)申请日 2010.12.13 CGMCC NO.4126 2010.08.31 C12N 1/16(2006.01) C12P 7/06(2006.01) C12R 1/865(2006.01) (71)申请人 山东轻工业学院 地址 250014 山东省济南市历下区解放东路 58 号 (72)发明人 李敬龙 王超萍 李敬爱 司振军 邱怡筠 杨捷 (74)专利代理机构 济南金迪知识产权代理有限。
2、 公司 37219 代理人 李宝成 (54) 发明名称 一株酿酒酵母 SC1230 及其在生产乙醇中的 应用 (57) 摘要 本发明涉及一株酿酒酵母 SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230) 及 其在生产乙醇中的应用， 属于生物工程技术领域。 该酿酒酵母SC1230， 2010年8月31日在中国微生 物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏， 保 藏号为CGMCC No.4126。 本发明还保护上述酿酒酵 母 SC1230 在利用纤维素粉渣生产乙醇中的应用。 本发明所述的酿酒酵母 SC1230 具有生长繁殖快、 戊糖与己糖降解速率高、 对环境耐受力强等特点，。
3、 是一株以纤维素粉渣为原料生产酒精的酿酒酵母 菌株。 (83)生物保藏信息 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 CN 102093967 A1/1 页 2 1.一株酿酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)， 2010年8月31日在中 国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏， 保藏号为 CGMCC No.4126。 2.权利要求1所述的酿酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)在利用纤 维素粉渣生产乙醇中。
4、的应用。 3. 如权利要求 2 所述的应用， 其特征在于， 步骤如下 ： (1) 对纤维素粉渣进行预处理， 水解纤维素后， 得到含木糖的滤液和滤渣 ； (2) 向 步 骤 (1) 制 得 的 含 木 糖 的 滤 液 中 接 种 活 化 后 的 嗜 鞣 管 囊 酵 母 (Pachysolentannophilus)， 进行液态发酵， 得液态发酵醪液 ； (3)向步骤(1)制得的滤渣中接种活化后的酿酒酵母SC1230， 进行固态发酵， 得固态酒 醅 ； (4) 将步骤 (2) 制得的液态发酵醪液和步骤 (3) 制得的固态酒醅分别蒸馏， 混合， 再经 精馏后， 得到高浓度酒精。 4. 如权利要求 3。
5、 所述的应用， 其特征在于， 步骤 (1) 中的预处理， 步骤如下 ： 粉碎纤维素粉渣至粒径不大于 1.0mm， 按重量比 1 1 3 与 80 100水混合浸泡 0.5 1.5h 后， 在 1.2 1.6MPa、 180 195的条件下， 通入氧气， 持气量为 200 500mg/ m3， 同时， 每隔 4 9s 采用高压蒸汽爆破法爆破一次， 共爆破 3 6 次。 5. 如权利要求 3 所述的应用， 其特征在于， 所述步骤 (1) 中水解纤维素， 步骤如下 ： 将经预处理后的物料冷却至 30 45， 添加物料重量 0.1 5.0的纤维素酶， 水解 30 50min 后， 过滤得含木糖的滤液和。
6、滤渣。优选的， 纤维素酶酶活为 40000U。 6. 如权利要求 3 所述的应用， 其特征在于， 所述步骤 (2) 中接种活化后的嗜鞣管囊酵 母， 步骤如下 ： 调节含木糖的滤液的pH至4.55.0， 添加微生物营养液， 使含木糖的滤液中木糖含量 30 60g/L、 硫酸铵含量 2.5 5.0g/L、 磷酸二氢钾含量 0.5 1.5g/L、 硫酸镁含量 0.3 1.0g/L ； 按每升含木糖的滤液接入 1108 5108个活化后的嗜鞣管囊酵母。 7. 如权利要求 3 所述的应用， 其特征在于， 所述步骤 (2) 中的液态发酵， 条件为 ： 发酵 温度 30 37， 发酵时间 4 5 天。 8.。
7、 如权利要求 3 所述的应用， 其特征在于， 所述步骤 (3) 中接种活化后的酿酒酵母 SC1230， 步骤如下 ： 向滤渣中加 1 1.5 倍重量的水， 按 10U/g 滤渣的量分别加入纤维素酶、 木聚糖酶与 - 葡聚糖酶， 30 45酶解 1 2h， 然后按每千克滤渣接入 5107 5109个活化后的 酿酒酵母 SC1230。 9. 如权利要求 3 所述的应用， 其特征在于， 所述步骤 (3) 中的固态发酵， 条件为 ： 发酵 温度 15 35， 静止发酵 5 10 天。 10. 如权利要求 3 所述的应用， 其特征在于， 所述步骤 (4) 中的液态蒸馏温度为 ： 95 112； 固态蒸馏。
8、温度为 ： 95 100； 精馏温度为 ： 93 108， 制得 95 96 v/v 的高浓 度酒精。 权 利 要 求 书 CN 102093961 A CN 102093967 A1/5 页 3 一株酿酒酵母 SC1230 及其在生产乙醇中的应用 技术领域 0001 本发明涉及一株酿酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)及其在生 产乙醇中的应用， 属于生物工程技术领域。 背景技术 0002 我国纤维素粉渣资源丰富， 以马铃薯为代表， 其种植面积达 500 万公顷， 年总产量 近8000万吨， 每年有5000多万吨的马铃薯用于生产淀粉， 然而产生的。
9、含有大量粗纤维物质 的粉渣至今没有得到充分的利用， 造成纤维素资源大量浪费。随着现代工业的迅速发展， 煤、 石油和天然气等非可再生能源愈加短缺， 同时带来的环境问题日益突出， 大规模开发绿 色环保的可再生资源变得更加紧迫。可再生能源进入能源市场， 已成为世界各国能源战略 的重要组成部分。因此， 以具有丰富来源的纤维素粉渣为原料生产酒精具有很大的开发前 景。 0003 目前以玉米为原料生物转化燃料乙醇的技术已较为成熟， 但其原料成本高达总成 本的 70 80， 并且我国是人口大国， 粮食短缺一直是制约我国发展的重要因素， 故以玉 米为原料进行酒精生产不符合我国国情与社会发展的要求。 利用纤维素原。
10、料大规模生产燃 料乙醇的主要障碍为 ： (1) 纤维素糖化率低， 处理成本过高并造成环境污染。(2) 缺乏经济 可行的五碳糖发酵技术。中国专利 CN101024848A( 申请号 ： 200710010720.6) 公开了一种 用甜高粱秸秆制取乙醇的方法， 有如下步骤 ： (1) 取甜高粱秸秆， 去掉甜高粱秸秆的穗和根 切成 10 20 毫米的段 ； (2) 把秸秆段放入发酵罐加水， 调节糖度、 温度和 pH 值， 得到液体 物料 ； (3) 在液体物料内加入酒精酵母， 搅拌均匀， 得到接种液体物料 ； (4) 把接种液体物料 在温度 28 32下发酵 52 72 个小时， 得到发酵醪 ； (。
11、5) 把发酵醪在蒸馏塔里蒸馏， 得到 体积浓度 95以上的乙醇。该专利采用把甜高粱切碎的方法制取发酵液， 其原料预处理效 果差、 纤维素糖化率低。 发明内容 0004 本发明针对现有技术的不足， 提供一株酿酒酵母 SC1230 及其在生产乙醇中的应 用。 0005 一株酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae)SC1230， 2010 年 8 月 31 日在中国微 生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏， 保藏地址 ： 北京市朝阳区北辰西路 1 号院 3 号中国科学院微生物研究所， 保藏号为 CGMCC No.4126。 0006 酿酒酵母 SC1230 菌株， 是从堆积。
12、在自然环境中的粉渣中筛选分离纯化出来的， 具 有生长繁殖快、 戊糖与己糖降解速率高、 对环境耐受力强等特点， 是一株以纤维素粉渣为原 料生产乙醇的酿酒酵母菌株。 该菌株的生物学特征 ： 个体形态呈长圆形， 细胞大小为1.2 3.54.6 7.5 微米， 繁殖的方法为出芽生殖 ； 菌落湿润， 乳白色， 较透明， 表面光滑， 容易 挑起， 菌落质地均匀， 正面与反面以及边缘与中央部位的颜色一致 ； 其细胞有两种生活形 态， 分别为单倍体和二倍体。 说 明 书 CN 102093961 A CN 102093967 A2/5 页 4 0007 上述酿酒酵母SC1230(Saccharomyces c。
13、erevisiae SC1230)在利用纤维素粉渣生 产乙醇中的应用。 0008 上述应用， 步骤如下 ： 0009 (1) 对纤维素粉渣进行预处理， 水解纤维素后， 得到含木糖的滤液和滤渣 ； 0010 (2) 向 步 骤 (1) 制 得 的 含 木 糖 的 滤 液 中 接 种 活 化 后 的 嗜 鞣 管 囊 酵 母 (Pachysolentannophilus)， 进行液态发酵， 得液态发酵醪液 ； 0011 (3)向步骤(1)制得的滤渣中接种活化后的酿酒酵母SC1230， 进行固态发酵， 得固 态酒醅 ； 0012 (4) 将步骤 (2) 制得的液态发酵醪液和步骤 (3) 制得的固态酒醅。
14、分别蒸馏， 混合， 再经精馏后， 得到高浓度酒精。 0013 所述步骤 (1) 中的纤维素粉渣来源广泛， 包括各种含纤维素的植物秸秆与作物加 工后的废渣。 0014 所述步骤 (1) 中的预处理， 步骤如下 ： 0015 粉碎纤维素粉渣至粒径不大于 1.0mm， 按重量比 1 1 3 与 80 100水混合 浸泡 0.5 1.5h 后， 在 1.2 1.6MPa、 180 195的条件下， 通入氧气， 持气量为 200 500mg/m3， 同时， 每隔 4 9s 采用高压蒸汽爆破法爆破一次， 共爆破 3 6 次 ； 0016 所述步骤 (1) 中水解纤维素， 步骤如下 ： 0017 将经预处理。
15、后的物料冷却至 30 45， 添加物料重量 0.1 5.0的纤维素酶， 水解 30 50min 后， 过滤得含木糖的滤液和滤渣。优选的， 纤维素酶酶活为 40000U。 0018 所述步骤 (2) 中接种活化后的嗜鞣管囊酵母， 步骤如下 ： 0019 调节含木糖的滤液的pH至4.55.0， 添加微生物营养液， 使含木糖的滤液中木糖 含量 30 60g/L、 硫酸铵含量 2.5 5.0g/L、 磷酸二氢钾含量 0.5 1.5g/L、 硫酸镁含量 0.3 1.0g/L ； 按每升含木糖的滤液接入 1108 5108个活化后的嗜鞣管囊酵母。所述 活化后的嗜鞣管囊酵母是指处于对数生长期的嗜鞣管囊酵母，。
16、 其活化方法可按本领域常规 管囊酵母的惯用活化方法操作。 0020 所述步骤 (2) 中的液态发酵， 条件为 ： 发酵温度 30 37， 发酵时间 4 5 天。 0021 所述步骤 (3) 中接种活化后的酿酒酵母 SC1230， 步骤如下 ： 0022 向滤渣中加 1 1.5 倍重量的水， 按 10U/g 滤渣的量分别加入纤维素酶、 木聚糖 酶与 - 葡聚糖酶， 30 45酶解 1 2h， 然后按每千克滤渣接入 5107 5109个活 化后的酿酒酵母 SC1230。所述活化后的酿酒酵母 SC1230 是指处于对数生长期的酿酒酵母 SC1230， 其活化方法可按本领域常规酿酒酵母的惯用活化方法操。
17、作。 0023 所述步骤 (3) 中的固态发酵， 条件为 ： 发酵温度 15 35， 静止发酵 5 10 天。 0024 所述步骤 (4) 中的液态蒸馏温度为 ： 95 112 ； 固态蒸馏温度为 ： 95 100 ； 精馏温度为 ： 93 108， 制得 95 96 v/v 的高浓度酒精。 0025 上述操作方法及工艺条件如无特别说明， 均采用本领域常用操作方法及工艺条 件。 0026 有益效果 0027 (1) 本发明所述的酿酒酵母 SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230) 具有生 长繁殖快、 戊糖与己糖降解速率高、 对环境耐受力强等特点， 是一株以纤。
18、维素粉渣为原料生 说 明 书 CN 102093961 A CN 102093967 A3/5 页 5 产酒精的酿酒酵母菌株。 0028 (2) 本发明采用纤维素粉渣做为主要原料， 原料来源广泛， 包括各种含纤维素的植 物秸秆与作物加工后的废渣， 不仅大大节约了生产酒精的成本， 克服了传统酒精发酵需要 以粮食为原料的弊端， 而且回收利用了农副产品废弃物， 减小了对的环境污染。 0029 (3) 本发明采用了湿氧化法与高压蒸汽爆破法相结合来处理纤维素粉渣， 大大提 高了纤维素的降解率， 为下一步嗜鞣管囊酵母和酿酒酵母SC1230提供了良好的发酵环境。 附图说明 0030 图 1 是本发明利用纤维。
19、素粉渣生产酒精的工艺流程图。 具体实施方式 0031 下面结合实施例对本发明做进一步阐述， 但本发明所保护范围不限于此。 0032 实施例中的嗜鞣管囊酵母购自济南瑞丰生物工程有限公司， 纤维素酶 ( 酶活为 40000U)、 木聚糖酶与 - 葡聚糖酶购自 Sigma 公司。 0033 实施例 1 0034 一株酿酒酵母 SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)， 2010 年 8 月 31 日在 中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏， 保藏号为 CGMCC No.4126。 0035 酿酒酵母 SC1230 菌株， 是从堆积在自然环境中的粉渣中筛。
20、选分离纯化出来的， 具 有生长繁殖快、 戊糖与己糖降解速率高、 对环境耐受力强等特点， 是一株以纤维素粉渣为原 料生产酒精的酿酒酵母菌株。 该菌株的生物学特征 ： 个体形态呈长圆形， 细胞大小为1.5 3.54.5 7.5 微米， 繁殖的方法为出芽生殖 ； 酵母菌落湿润， 乳白色， 较透明， 表面光滑， 容易挑起， 菌落质地均匀， 正面与反面以及边缘与中央部位的颜色一致。 其细胞有两种生活 形态， 分别为单倍体和二倍体。 0036 实施例 2 0037 上述酿酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)在利用纤维素粉渣生 产乙醇中的应用， 步骤如下 ： 。
21、0038 (1) 原料预处理 0039 取50kg干燥洁净的马铃薯粉渣和绿豆粉渣(将马铃薯和绿豆粉碎干燥后制得， 含 水率 7.3 )， 用细碎机 ( 直径为 1.0mm 筛孔 ) 将颗粒度不同的马铃薯粉渣和绿豆粉渣磨成 直径均一的粉末 ； 将水与马铃薯和绿豆粉渣按 1 1 混合， 100水浸处理 1h， 通入氧气， 持 气量为 400mg/m3， 在 1.2MPa， 180条件下每隔 5s 采用高压蒸汽爆破法爆破一次， 共爆破 3 次 ； 然后将物料降温至30， 添加0.1纤维素酶水解50min， 过滤处理 ； 向含木糖的滤液中 流加微生物营养液， 使含木糖的滤液中木糖含量 30g/L、 硫。
22、酸铵含量 2.5g/L、 磷酸二氢钾含 量 0.5g/L、 硫酸镁含量 0.3g/L， 同时调节 pH 为 5.0。 0040 (2) 液态发酵与固态发酵 0041 在液态发酵过程中， 向以含木糖的滤液中接入能分解戊糖产酒精的嗜鞣管囊酵母 (Pachysolen tannophilus) 菌液， 使每升该菌液中含有处于对数生长期的活嗜鞣管囊酵母 2108个， 34， 静止发酵 4 天， 得液态发酵醪液。在固态发酵过程中， 向滤渣中加相同重量 的水， 按 10U/g 滤渣分别加入纤维素酶、 木聚糖酶与 - 葡聚糖酶， 35酶解 1h ； 接入已经 说 明 书 CN 102093961 A CN 。
23、102093967 A4/5 页 6 活化的酿酒酵母 SC1230 菌液， 使每升该菌液中含有处于对数生长期的酿酒酵母 SC1230 数 为 8107个， 25， 静止发酵 10 天， 得固态酒醅。 0042 (3) 酒精蒸馏及精馏 0043 液态发酵醪液中的酒精浓度为 12， 将液态发酵醪液打入粗馏塔进行蒸馏， 蒸馏 温度为 ： 95 112， 得到 68 v/v 的酒精。固态酒醅中酒精含量为 7， 固态蒸馏后得到 51 v/v 的酒精， 蒸馏温度为 ： 95 100。将液态蒸馏与固态蒸馏出的酒液泵入精馏塔进 行精馏， 精馏温度为 ： 93 108， 得到 95 v/v 的高浓度酒精。 00。
24、44 经实际生产计算， 每吨纤维素粉渣可生产 95 v/v 的高浓度酒精 0.135 吨。 0045 实施例 3 0046 上述酿酒酵母SC1230(Saccharomyces cerevisiae SC1230)在利用纤维素粉渣生 产酒精中的应用， 步骤如下 ： 0047 (1) 原料预处理 0048 取50kg干燥洁净的玉米秸秆和红薯粉渣(将玉米秸秆和红薯粉碎干燥后制得， 含 水率 8.2)， 用细碎机(直径为1.0mm筛孔)将颗粒度不同的玉米秸秆和红薯粉渣磨成直 径均一的粉末 ； 将水与玉米秸秆和红薯粉渣按 1 2 混合， 90水浸处理 1h， 通入氧气， 持 气量为 300mg/m3，。
25、 在 1.4MPa， 190条件下每隔 7s 采用高压蒸汽爆破法爆破一次， 共爆破 5 次 ； 然后， 将物料降温至 40， 添加 3.0纤维素酶水解 30min， 过滤处理 ； 向含木糖的滤液 中流加微生物营养液， 使含木糖的滤液中木糖含量 45g/L、 硫酸铵含量 3.5g/L、 磷酸二氢钾 含量 1.0g/L、 硫酸镁含量 0.8g/L， 同时调节 pH4.5。 0049 (2) 液态发酵与固态发酵 0050 在液态发酵过程中， 向以含木糖的滤液中接入能分解戊糖产酒精的嗜鞣管囊酵母 (Pachysolen tannophilus) 菌液， 使每升该菌液中含有处于对数生长期的活嗜鞣管囊酵母。
26、 3108个， 30， 静止发酵 4.5 天， 得液态发酵醪液。在固态发酵过程中， 向滤渣中加 1.2 倍 重量的水， 按 10U/g 干物质分别加入纤维素酶、 木聚糖酶与 - 葡聚糖酶， 40酶解 1.5h ； 接入已经活化的酿酒酵母 SC1230 菌液， 使每升该菌液中含有处于对数生长期的酿酒酵母 SC1230 数为 5108个， 30， 静止发酵 7 天， 得固态酒醅。 0051 (3) 酒精蒸馏及精馏 0052 液态发酵醪液中的酒精浓度为 11， 将液态发酵醪液打入粗馏塔进行蒸馏， 蒸馏 温度为 ： 95 112， 得到 66 v/v 的酒精。固态酒醅中酒精含量为 8， 固态蒸馏后得到。
27、 53 v/v 的酒精， 蒸馏温度为 ： 95 100。将液态蒸馏与固态蒸馏出的酒液泵入精馏塔进 行精馏， 精馏温度为 ： 93 108， 得到 96 v/v 的高浓度酒精。 0053 经实际生产计算， 每吨纤维素粉渣可生产 96 v/v 的高浓度酒精 0.141 吨。 0054 实施例 4 0055 (1) 原料预处理 0056 取50kg干燥洁净的马铃薯粉渣和红薯粉渣(将马铃薯和红薯粉碎干燥后制得， 含 水率 6.8 )， 用细碎机 ( 直径为 1.0mm 筛孔 ) 将颗粒度不同的马铃薯粉渣和红薯粉渣磨成 直径均一的粉末 ； 将水与马铃薯和红薯粉渣按 1 3 混合， 80水浸处理 1h， 。
28、通入氧气， 持 气量为500mg/m3， 在1.6MPa， 195条件下每隔9s采用高压蒸汽爆破法爆破一次， 爆破6次 ； 然后， 将物料降温至 45， 添加 5.0纤维素酶水解 40min， 过滤处理 ； 向含木糖的滤液中流 说 明 书 CN 102093961 A CN 102093967 A5/5 页 7 加适量微生物营养液， 使含木糖的滤液中木糖含量 60g/L、 硫酸铵含量 5.0g/L、 磷酸二氢钾 含量 1.5g/L、 硫酸镁含量 1.0g/L， 同时调节 pH 4.8。 0057 (2) 液态发酵与固态发酵 0058 在液态发酵过程中， 向以含木糖的滤液中接入能分解戊糖产酒精的。
29、嗜鞣管囊酵母 (Pachysolen tannophilus) 菌液， 使每升该菌液中含有处于对数生长期的活嗜鞣管囊酵母 5108个， 37， 静止发酵 5 天， 得液态发酵醪液。在固态发酵过程中， 向滤渣中加 1.1 倍重 量的水， 按 10U/g 干物质分别加入纤维素酶、 木聚糖酶与 - 葡聚糖酶， 45酶解 2h ； 接入 已活化的酿酒酵母 SC1230 菌液， 使每升该菌液中含有处于对数生长期的酿酒酵母 SC1230 数为 3109个， 35， 静止发酵 5 天， 得固态酒醅。 0059 (3) 酒精蒸馏及精馏 0060 液态发酵醪液中的酒精浓度为 10， 将发酵醪液打入粗馏塔进行蒸馏， 蒸馏温度 为 ： 95 112， 得到 64 v/v 的酒精。固态酒醅中酒精含量为 9， 固态蒸馏后得到 55 v/v 的酒精， 蒸馏温度为 ： 95 100。将液态蒸馏与固态蒸馏出的酒液泵入精馏塔进行精 馏， 精馏温度为 ： 93 108， 得到 96 v/v 的高浓度酒精。 0061 经实际生产计算， 每吨纤维素粉渣可生产 96 v/v 的高浓度酒精 0.144 吨。 说 明 书 CN 102093961 A CN 102093967 A1/1 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 102093961 A 。