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鉴于全球能源短缺以及环境恶化的压力,乙醇(俗称酒精)作为一种清洁的可再生能源,已成为世界各国能源战略的发展方向。我国生产酒精以微生物发酵为主,菌种一般采用酒精酵母,在30℃-34℃条件下发酵,但在炎热的气候下其发酵后期的温度容易升至38℃-40℃,要维持正常的发酵生产,需要消耗大量的冷却水及电能;同时酵母还需要耐受高渗环境和高酒精度,因此,耐高温、高渗的高产精度酵母的选育在工业生产上具有重要意义。
本文通过高温、高酒精度富集培养过程以及随后的酒精发酵实验,首先从酒饼中筛选出高产酒精酵母E23;再通过紫外线与白炽灯相交替照射的方式对酵母E23进行人工诱变,诱变菌株经过40℃高温培养筛选和酒精发酵实验以后,最终获得一株耐高温、高产酒精酵母UT1。发酵结果显示,40℃、发酵时间为72h,UT1的出酒率达到6.0%(V/V),发酵率达66%,在相同条件下比E23的出酒率提高11.1%。
本文还比较了诱变菌UT1和出发菌E23的主要生长特性以及对胁迫环境的耐受能力,为以后酒精发酵的条件选择、优化提供参考。结果显示,UT1和E23的生长曲线趋势相当一致。比较在不同温度和不同pH,以及在高酒精度、高糖分和高盐分的环境下的生长状况,发现UT1和E23对温度、酒精浓度以及葡萄糖浓度的最高耐受程度分别都为40℃、18%(VM和60%(g/100ml),UT1能耐受的最高盐浓度为1.8M,而E23只有1.5M。这说明UT1和E23都是耐高温、耐高渗和耐高酒度的酵母。
最后,本文对诱变菌UT1的发酵条件进行优化,通过单因素实验和正交实验设计,以获得最佳的发酵条件。综观单因素实验结果,发现所添加的4种金属离子对出酒率的提高效果都不大,相反地,碳源、氮源、磷源的变化对出酒率影响较大。因此以碳源、氮源、磷源以及温度、初始pH作为主要考虑因素,通过正交实验设计,获得的最优发酵条件是:木薯淀粉加水比为1:2.5、0.20%(g/100ml)(NH4)2S04、0.15%(g/100ml)KH2PO4、温度为36℃、pH为5.5;在接种量为10%(V/V)、转速为50rmp的条件下发酵72h,最优发酵条件的出酒率比优化前的提高了7.7%。最后以最优条件对UT1进行酒精发酵,发酵66h,其出酒率达到13.0%(V/V),相同条件下比出发菌E23的11.2%(V/V)提高了16.1%,总糖利用率达到95.14%,淀粉出酒率达到51.09%,证明本文采取的人工紫外诱变和发酵条件优化操作,对提高出酒率的效果非常显著。