摘 要

【目的】探讨和分析原位预处理糖蜜促进酿酒酵母生长和乙醇生产的原因，开发一条绿色、低成本糖蜜乙醇生产途径。【方法】先在不同温度和初始糖浓度条件下，考察酿酒酵母原始菌株Saccharomyces cerevisiae A及其突变株Saccharomyces cerevisiae AQ的生长和乙醇生产性能差异，再以原位预处理前后糖蜜为发酵底物，测定突变株Saccharomyces cerevisiae AQ在不同培养基中的生长量、出芽率、乙醇产量、胞内超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶、细胞质内ATP酶和线粒体内ATP酶活力，研究原位预处理糖蜜对其生理特性的影响。【结果】在高温发酵糖蜜过程中，突变株Saccharomyces cerevisiae AQ较原始菌株Saccharomyces cerevisiae A表现出更好的生长和乙醇发酵稳定性。当原位预处理糖蜜作为Saccharomyces cerevisiae AQ唯一碳源时，胞内SOD酶、过氧化物酶、细胞质内ATP酶和线粒体内ATP酶活力较以糖蜜原料为唯一碳源时分别增加了2.51、0.92、1.80和1.45倍，乙醇收率为31.07%，较糖蜜原料时提高了36.26%。【结论】突变株Saccharomyces cerevisiae AQ较原始菌株Saccharomyces cerevisiae A更适用于糖蜜发酵乙醇体系，且新型的原位预处理方法能通过增强Saccharomyces cerevisiae AQ在糖蜜培养基中的呼吸作用，提高菌株活力，从而进一步提高乙醇收率。
关键词: 糖蜜 原位预处理 乙醇 酿酒酵母

Abstract

【Objective】The positive effects of the in situ pretreated molasses on Saccharomyces cerevisiae cell growth and ethanol production were explored and analyzed in order to develop a green and low cost pathway of ethanol production from molasses. 【Method】First ，the difference of growth and ethanol production performance from were compared between the original strain Saccharomyces cerevisiae A and the mutant strains Saccharomyces cerevisiae AQ；then both un-treated and in situ pretreated molasses were used as fermentation substrate， in which different parameters of the mutant strain Saccharomyces cerevisiae AQ were measured， including the cell growth， budding rate， ethanol production， and the activity of intracellular superoxide dismutase (SOD)， peroxidase，ATP enzyme in the cytoplasm and the mitochondria， to investigate the effects of the in suit pretreatment molasses on the physiological characteristics of Saccharomyces cerevisiae AQ. 【Result】During the fermentation process of molasses under high temperature condition， the mutant strain Saccharomyces cerevisiae AQ presented better stability in cell growth and ethanol yield than the primitive strain Saccharomyces cerevisiae A. When the in situ pretreated molasses was used as the single carbon source of Saccharomyces cerevisiae AQ， the activities of intracellular SOD enzyme， peroxidase， ATP enzyme in the cytoplasm and ATP enzyme in the mitochondria respectively increased by 2.51， 0.92， 1.80， and 1.45 times than that obtained in raw molasses material mediums. The obtained ethanol yield from pretreated molasses was 31.07%， which was 36.26% more than the ethanol yield obtained from molasses raw material. 【Conclusion】The mutant strain Saccharomyces cerevisiae AQ was more suitable for molasses ethanol fermentation system than the primitive strain Saccharomyces cerevisiae A， and the new in situ pretreatment method could further increase ethanol yield through enhancing Saccharomyces cerevisiae AQ respiration and cell vitality in molasses mediums.

Key words: molasses，in situ pretreatment，ethanol，Saccharomyces cerevisiae

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1糖蜜及其应用简介 1

1.1.1糖蜜介绍 1

1.1.2糖蜜的用途 1

1.2糖蜜预处理的方法 2

1.2.1物理方法·稀释澄清 2

1.2.2化学方法·碱和碱/聚合物体系 2

1.2.3生物方法·糖脂生物表面活性剂 3

1.2.4原位预处理方法 4

1.2.5方法对比 4

1.3实验内容 5

1.4研究意义 5

1.5拟解决的关键问题 6

第二章 材料和方法 7

2.1材料 7

2.1.1甘蔗糖蜜 7

2.1.2菌株 7

2.1.3培养基 7

2.2方法 8

2.2.1种子培养 8

2.2.2发酵培养 8

2.3分析 9

第三章结果与分析 10

3.1 温度对乙醇发酵的影响 10

3.2 初始糖浓度对乙醇发酵的影响 12

3.3 预处理对乙醇发酵的影响 14

3.4 预处理对胞内SOD活力的影响 16

3.5 预处理对胞内过氧化物酶活力的影响 16

3.6 预处理对ATP酶活力的影响 17

4讨论 19

5展望 19

参考文献 20

毕业设计期间发表文章 24

致谢 25

第一章 文献综述

1.1糖蜜及其应用简介

1.1.1糖蜜介绍

甘蔗糖蜜盛产于广西云南等地，从甘蔗中提取出来，简称糖蜜。它是以甘蔗为原料，经过一系列物理方法而分离的褐色粘稠状液体，它的产量基本是甘蔗的2.5~3.0%。糖蜜显现成深棕色、是黏稠状的，总糖分≥48%，纯度（总糖分 / 折射锤度）≥60%。其成分主要是水分、糖分、非糖分^[16]。其中糖分包括蔗糖、果糖和葡萄糖等；非糖分包括蛋白质、氨基酸、胶体物质，除此，还包括钠、钾、钙、氯、磷等离子。

1.1.2糖蜜的用途

糖蜜是那种功能相对来说很多样性的原料，可以被投入众多生产领域，包括化工，轻工，食品，医药以及建材等各种行业。糖蜜还可以被用来生产成一些发酵产品，比如酒精，味精，柠檬酸，赖氨酸和酵母等产物。除此之外，糖蜜中的糖含量非常高，并且因为它本身就含有很多的可发酵性糖，于是就可以被用来生产焦糖色素，还可以直接用于饲料添加剂，广泛用于饲料中。

1.1.2.1糖蜜发酵生产乙醇

通过生物法生产乙醇的材料当前大都包含:甘蔗、薯类等其他农产品，而糖蜜正是这类物质的研究重点。糖蜜中水分含量为24%，干燥后含有固状体76%。糖蜜中的全糖的含量在48% -56%之间，其中主要的形式是以蔗糖存在，约占糖蜜总质量的30%-40%^[19]。被当做糖厂的三级产品，糖蜜的用途不大，将糖蜜用于乙醇的制备的原材料从而达到糖酒联合生产的目标不仅能够用来提升它们的综合经济利益，减轻其对环境造成的污染，而且可以有效地降低乙醇生产的原料成本，大大地提高其市场竞争的能力。已知中国的糖蜜资源量在南方和北方都有，大都汇集于各种各样的制糖厂^[20]。因此将这个资源进行有效地利用，将对生物乙醇的制备具有深远的作用。

1.1.2.2糖蜜生产乙醇的问题

糖蜜成分复杂而且黏度高，培养基中的高浓度糖蜜就会减弱发酵过程的传质和传热作用，从而抑制微生物菌株正常的生理代谢，降低细胞活力，导致乙醇产量偏低^[5-7] 。

由此我们提出先对糖蜜进行预处理作用 ，从而降低糖蜜的黏度，再将预处理糖蜜进行发酵生产乙醇。

1.2糖蜜预处理的方法

对糖蜜进行脱毒预处理，可以去除或降低其中对微生物生长产生抑制作用的有害物，从而不断提高目标产品的生产效率^[8-10]。但是，现有预处理工艺需要对糖蜜原料进行稀释、加热、强酸/碱处理，工艺过程相对复杂，成本相对较高，且易产生环境污染。然而研究微生物细胞在预处理糖蜜与糖蜜原料中的生理特性差异也鲜有报道。

1.2.1物理方法·稀释澄清

传统的糖蜜预处理方法是采用的物理的方式处理，通过综合工艺进行改善：糖蜜原料→加酸稀释→调节pH值→沉淀或者絮凝沉淀→离心操作→清液闪蒸灭菌→糖蜜的酸化溶液^[17]，该种物理方法由于在工业化大规模地制备过程中成本较高。

1.2.2化学方法·碱和碱/聚合物体系

当62℃的温度下，通过美国Texas销售的500型旋转滴界面张力仪，从而分开监测碱和碱/聚合物体系的油水表面张力动态最低值随着碱的浓度而发生改变，并绘制曲线。经过实验曲线得出，碱/聚合物复合体系的表面张力曲线和单一碱体系的表面张力的曲线趋势相同，但是比单一碱体系的数值还要小。碱与原油反应，产生乳化作用，于是能够将原油粘性得到大大地减小;尽管二元复合物中的碱剂能够让聚合物的粘度减小很多，从表面上来看，将碱与聚合物进行混合，不利于降低他们之间的粘度，然而实际上，浓度1000mg/L3430的单一聚合物体系(黏度23mP.as)与油的粘度比为5.56，而1%NaZCO3 1000mg/L复合物体系(粘度.6smPa·s)，由于碱与原油反应，降低了原油的粘性，实际上碱与油的粘度比为1.51;数值模拟结果表明，只要驱替体系的粘度较水增加4倍，即可使体积有较大幅度提高，所以从某种角度来观察，碱/聚合物复合体系能够很大程度上改善油水的流度比。

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