酒精酵母菌的高密度培養及其發酵性能的研究

張昊 王德宇 張慶軍 陳亮（吉林燃料乙醇有限公司，吉林 吉林 132101）

酒精酵母菌的高密度培養及其發酵性能的研究

張昊 王德宇 張慶軍 陳亮（吉林燃料乙醇有限公司，吉林 吉林 132101）

通過對酒精酵母的高密度培養發酵技術及其發酵性能的研究，提高酵母細胞的酒精耐力，降低它的產物，進而提高酒精的生產效率，這是發酵工業近幾年重要的研究方向之一，它推動了國家綠色能源的發展，減少了環境的污染。實驗通過三種方法研究對酒精酵母細胞生長的影響因素。通過分批培養、分批補料培養和連續流加培養來進行實驗。實驗結果表明第二種和第三種方法更加有利于酒精酵母菌的高密度生長。

酒精酵母菌;高密度培養;發酵性能

酵母菌的快速生長是當代工藝技術水平的特征指標，也是工業酒精發酵的首選。酒精酵母的高密度培養和其發酵性能的研究成為研究人員關注的熱點。當今社會上研究人員對酵母菌的研究并不少，但是對酵母菌高密度培養的報道卻不是很多。世界各國現在都在采用微生物發酵技術進行酵母菌培養實驗，這是提高細胞密度的主要內容，對減少環境的污染有重要意義。本文對酵母菌的高密度培養以及酒精酵母菌的發酵性能進行研究。

1 材料和方法

1.1 材料

菌種：酒精酵母、木薯淀粉

培養基：葡萄糖、甘氨酸、蛋白、酵母浸膏

流加培養基：葡萄糖、甘氨酸、蛋白、酵母浸膏

發酵培養基：木薯淀粉水解液、甘氨酸、酵母浸膏

1.2 培養方法

搖瓶種子培養、分批培養、分批補料流加培養、恒速流加培養、循環酒精發酵

1.3 分析方法

a.殘糖測定法：DNS

b.乙醇濃度測定：采用FID檢測器

c.酵母細胞存活率測定：采用次甲基染色法和雪球計數板計數法

d.酵母細胞濃度測定：采用干重法測定

2 結果與討論

2.1 初始糖濃度對酒精酵母菌生長的影響

分別取40g/L、60g/L、80g/L的濃度的葡萄糖藥瓶培養基，分別對酵母細胞的生長過程進行跟蹤。從結果中可以看出來，培養基濃度在40g/L和60g/L時比80g/L濃度的生長更早的達到細胞生物量積累的最高點。而且葡萄糖的濃度為60g/L的時候細胞生物量的底物轉化效率最高。

2.2 甘氨酸對酒精酵母菌生長速度

通過研究結果可以發現一定濃度的甘氨酸可以促使細胞生長。當甘氨酸的用量達到3g/ml細胞生物量提高到了20g/ml。與不加甘氨酸相比較，細胞濃度比現在提高了86.88%。而且酒精酵母細胞的存活率非常的高。所以可以得出添加適當地甘氨酸可以對酒精酵母細胞的生長速度和密度積累有重要的幫助。

2.3 通氣量對酒精酵母的生長密度積累的影響

將三個發酵罐中的通氣量分別設定為不同的值。保持葡萄糖的濃度不變。在攪拌速度也不變的情況下分析酵母細胞的生長情況。實驗發現通氣量低的與高的相比較細胞生物量增加了82.233%。但通氣量為1.5vvm時，細胞的生長量提高了13.09%。所以適當的通氣有助于酒精酵母菌的生長和高密度培養。

2.4 分批培養對酒精酵母細胞的生長密度積累的影響

通過對酒精酵母細胞的生長和糖消耗的能量進行定時的取樣檢測，結果發現達到43小時后糖的消耗速率逐漸降低。細胞濃度也不在繼續升高，因為培養基中碳源的濃度太高，使溶液的滲透壓也升高抑制了酵母菌的生長。

2.5 分批補料培養對酒精酵母菌高密度培養的影響

細胞生長的量隨著糖的消耗逐漸增加的時候，細胞的生物量達到了71.33克每毫升。所以與分批培養相比較，培養液中的細胞濃度提高了156.77%。

2.6 連續恒速流加補料對酒精酵母細胞高密度培養的影響

葡萄糖流加12小時速率為0.159g/L，45小時以后細胞積累量為75.01g/L,在這個過程中，葡萄糖有一定的積累量。可以得出：流加培養過程中葡萄糖有過量累積，糖流加速率高于細胞吸收的速率。所以流加速率對酒精酵母菌生長是有一定影響的。速率如果過慢，不利于實現酒精酵母細胞密度的培養，并且，細胞快速生長的營養需求得到滿足。如果速率太快的話也會影響細胞對糖的吸收利用。葡萄糖在細胞內過度積累會引起細胞膜內滲透壓升高，進而影響酒精酵母菌的生長速率。所以要適當的控制好流加速率。

3 高密度培養的酒精酵母菌發酵性能研究

在發酵罐中，可以研究出高密度酒精酵母的發酵性能。發酵四十小時以后如果發酵液的糖濃度和酒精濃度并沒有明顯的上下波動，就把發酵液過濾從發酵罐中拿出。將新鮮的發酵底物溶液用泵打入，隨后跟蹤檢測其參數變化，多次重復的進行發酵實驗，對酒精酵母高密度重復發酵生產酒精的能力進行考察。

結果發現，高糖濃度對高密度酵母酒精發酵性能有很大的影響。將高密度培養的酒精酵母液加入，每個瓶子中加入相同體積的酵母液，跟蹤檢測它的變化。可得到不同濃度酒精對酵母的影響，對細胞的正常呼吸和代謝有抑制性作用。高密度酵母可忍受12%濃度的酒精。這個實驗驗證了酵母發酵時酒精的濃度只適合于在12%。高密度酵母發酵后，如果投入酒精生產過程的話可以重復使用。但如果重復到第七次的使用的時候會發現酒精濃度仍然很高。如果使用次數增加的話可以發現，細胞產生酒精的能力和速度明顯的下降，第九次重復使用以后酒精濃度降低到10%。因此可以確定高濃度酒精酵母活化重復使用的次數為七次。

4 結語

高密度酒精酵母在發酵生產乙醇時可以使其濃度達到16.3%。普通的發酵時間可以縮短十二個小時。如果不經過活化直接進行循環讓酒精發酵的話，可以發現，前四次使用時濃度保持在14%以上。如果使用次數在四次以上的話能力就會下降。但經過活化的高密度酒精酵母菌可以重復七次的循環使用并能達到13%以上。實驗證明了酵母活化的重要性。活化的酵母菌可以展示它良好的性能，這也為可重復循環發酵能力的進一步研究奠定了基礎。

[1]朱作華，嚴理，李智敏，耐高溫、高濃度酒精酵母高密度培養條件優化.《中國釀造》.2010.

[2]成少寧，許先猛，馬欣，廢糖液酒精發酵中酵母菌的分離、篩選和驗證.《食品與發酵科技》.2016.