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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 白酒原料造柴油--大曲華根霉在白酒及生物柴油中的應(yīng)用
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 為解決化學(xué)香精香料己酸乙酯給白酒帶來的食品安全問題。本團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)首次結(jié)合培養(yǎng)和未培養(yǎng)技術(shù)從中國大曲中篩選到一株高效的酯合成真菌—華根霉。華根霉可在正庚烷中催化高濃度（2.4mol/L）的己酸與乙醇合成己酸乙酯，轉(zhuǎn)化率高達(dá)92.5%。華根霉“生物法生產(chǎn)己酸乙酯”技術(shù)已經(jīng)在江蘇洋河酒廠實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用。合成己酸乙酯和生物柴油的化學(xué)本質(zhì)相同，均是酯合成反應(yīng)。利用誘變技術(shù)，使華根霉脂肪酶酶活從39 U/g提高至400 U/g，使得華根霉具備了無溶劑體系中合成生物柴油的條件。華根霉對地溝油及大豆油合成生物柴油的轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到80%和87%，當(dāng)以麻瘋籽油為原料時，轉(zhuǎn)化率高達(dá)94%。經(jīng)過成本核算，生產(chǎn)一噸生柴油酶的成本僅需168元，性價比要遠(yuǎn)高于國外商品化酶。作品不僅為解決白酒勾兌中的安全問題提供了一套方案，而且創(chuàng)造性的將白酒微生物用于新能源的生產(chǎn)，為生物柴油的生產(chǎn)提供了國內(nèi)第一個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的菌種，達(dá)到了一舉兩得的目的。
- 詳細(xì)介紹：
- 白酒勾兌的原料大多是化學(xué)法生產(chǎn)的香精香料，其中用量最大的是己酸乙酯，然而化學(xué)法生產(chǎn)的己酸乙酯需要高溫、高壓、強(qiáng)堿，在食品安全性上有很大缺陷：易使白酒產(chǎn)生絮狀沉淀；產(chǎn)品純度不高，給白酒帶來異味；造成環(huán)境污染。近年來隨著生物技術(shù)的進(jìn)步，微生物酶法合成己酸乙酯有望取代化學(xué)合成工藝。微生物酶法生產(chǎn)的己酸乙酯被認(rèn)為是天然產(chǎn)品，綠色健康。但是當(dāng)前用于白酒中合成己酸乙酯的報道卻很少，尤其是菌種極其匱乏。尋找合適的酯合成菌種成為關(guān)鍵所在。 當(dāng)今社會化石能源日漸減少，可再生能源的開發(fā)十分迫切。生物酶法生物柴油因低能耗、副產(chǎn)物再利用、環(huán)境友好被認(rèn)為是一種極具前景方法。國內(nèi)很多研究者都對生物柴油的生產(chǎn)做了很出色的工作，但是所采用的生物催化劑均為商品化的菌種或者酶制劑，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的用于合成生物柴油的菌種極其匱乏。因此，篩選酯合成生物柴油的菌種也是當(dāng)務(wù)之急。 “中國大曲”正是我們的答案所在，它是天然的微生物寶庫，里面含有眾多的具有酯合成作用的菌種。合成己酸乙酯和生物柴油的化學(xué)本質(zhì)相同，均是酯合成反應(yīng)，因此，合成己酸乙酯的菌種同樣可能用于生物柴油的生產(chǎn)。 本作品在國內(nèi)首次利用PCR-DGGE（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)-變性梯度電泳）未培養(yǎng)技術(shù)和常規(guī)分離技術(shù)，從中國大曲中篩選得到一株可以高產(chǎn)己酸乙酯的真菌—華根霉。利用華根霉在正庚烷中生物催化合成了酒用己酸乙酯，底物濃度達(dá)到2.4mol/L，轉(zhuǎn)化率達(dá)到了92.5%。采用華根霉實(shí)現(xiàn)了富含己酸乙酯的洋河“調(diào)味酒”的放大生產(chǎn)。國家評委一直認(rèn)定利用華根霉生產(chǎn)的“調(diào)味酒”進(jìn)行白酒調(diào)香后的洋河大曲，實(shí)現(xiàn)了酒體質(zhì)量的提升，并降低了成本。對華根霉進(jìn)行誘變處理之后，華根霉脂肪酶活從39 U/g提高至400 U/g。改造后的華根霉脂肪酶應(yīng)用于生物柴油的生產(chǎn)，對地溝油及大豆油的轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到80%、87%，當(dāng)以麻瘋籽油為原料時，最高轉(zhuǎn)化率甚至達(dá)到了94%，可媲美市場上處于壟斷地位的諾維信公司的Novo435和日本田野公司的Amano PS-C，經(jīng)過成本核算，生產(chǎn)一噸生柴油酶的成本僅需168元，性價比要遠(yuǎn)高于以上商品酶。華根霉脂肪酶初步解決了酶法生產(chǎn)生物柴油的催化劑成本太高的瓶頸，具有良好的發(fā)展前景。 作品創(chuàng)造性的將白酒微生物用于新能源的生產(chǎn)，不僅為解決白酒勾兌中的安全問題提供了一套方案，而且為生物柴油的生產(chǎn)提供了國內(nèi)第一個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的菌種，達(dá)到了一舉兩得的目的。作品從菌種篩選、工藝優(yōu)化、工廠應(yīng)用、菌種誘變、產(chǎn)物提取等幾個方面對華根霉合成己酸乙酯和生物柴油做了詳盡的說明。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的： 1、解決化學(xué)香精香料-己酸乙酯給白酒帶來的食品安全性問題。2、生物技術(shù)改造大曲功能微生物，篩選并開發(fā)具有合成生物柴油功能的脂肪酶，解除國內(nèi)用于生產(chǎn)生物柴油的催化劑的進(jìn)口依賴性。 基本思路： “中國大曲”是天然的微生物寶庫，含有眾多具有酯合成作用的菌種。合成己酸乙酯和生物柴油的化學(xué)本質(zhì)相同，均是酯合成反應(yīng)。因此，合成己酸乙酯的菌種同樣可用于生物柴油的生產(chǎn)。本作品通過PCR-DGGE未培養(yǎng)方法研究大曲優(yōu)勢微生物群落信息的基礎(chǔ)上，從中國大曲中篩選到可以高產(chǎn)己酸乙酯的真菌—華根霉，誘變處理后用于生物柴油的生產(chǎn)，最高轉(zhuǎn)化率達(dá)到了94%，具有工業(yè)化的可能性。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1、從大曲中篩選得到生物法生產(chǎn)己酸乙酯的關(guān)鍵菌種-華根霉，并結(jié)合工廠實(shí)際開發(fā)了用于勾兌的“洋河調(diào)味酒”的生產(chǎn)工藝。2、填補(bǔ)了國家在采用自主知識產(chǎn)權(quán)的高效菌株生產(chǎn)生物柴油這一領(lǐng)域的空白。 技術(shù)關(guān)鍵： 1、PCR-DGGE未培養(yǎng)技術(shù)可檢測到環(huán)境中0.1%的微生物。2、離子束誘變、油質(zhì)誘導(dǎo)和載體固定化等技術(shù)，提高脂肪酶酶活。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1、在高底物濃度2.4mol/L下,合成了的得率為92.5％的己酸乙酯；以酒廠成本低廉的原料如黃水、酒糟等為底物，在10立方米發(fā)酵罐中酯合成得到了華根霉調(diào)味酒。2、改造之后的華根霉全細(xì)胞脂肪酶酯合成活性從39U/g提高到400 U/g。在無溶劑中，生物柴油得率提高到86%以上，以麻瘋籽為原料時，最高轉(zhuǎn)化率甚至達(dá)到了94%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1、首次結(jié)合培養(yǎng)和未培養(yǎng)方法系統(tǒng)研究中國大曲微生物群落結(jié)構(gòu)。PCR-DGGE未培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用突破了傳統(tǒng)培養(yǎng)技術(shù)分離鑒定微生物的局限性，為篩選優(yōu)勢微生物提供參考。 2、首次將微生物（華根霉）應(yīng)用于洋河調(diào)味酒的生產(chǎn)，成為提高洋河白酒口感和安全性的有效方法。經(jīng)過國家級評酒師鑒定，比同類調(diào)味酒的口感和調(diào)香效果高出一個檔次。 3、華根霉脂肪酶經(jīng)過改造之后，酶活從39 U/g提高至400 U/g，可以媲美諾丹麥維信公司的Novo435和日本天野公司的Amano PS-C，尤其在生產(chǎn)生物柴油方面性價比要遠(yuǎn)高于以上兩種商品酶，具有廣闊的市場前景。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品，現(xiàn)場演示，圖片，樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 技術(shù)特點(diǎn)：基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)壁壘高，成本低收益高，可延續(xù)性強(qiáng)。 適用范圍：國內(nèi)白酒企業(yè)和生物柴油企業(yè) 推廣前景及經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測： 白酒每年的工業(yè)產(chǎn)值超過一千億，市場潛力巨大，利用白酒大曲功能微生物資源，可為白酒行業(yè)創(chuàng)造巨大經(jīng)濟(jì)效益。 華根霉調(diào)味酒按0.18%加入到商品酒中，每噸商品酒需加華根霉凋味酒1.8kg，華根霉調(diào)味酒按8萬元/t計算，則每噸商品酒需華根霉調(diào)味酒費(fèi)用為1.8×80=144元。而每噸市售中檔酒中香精香料費(fèi)用一般為80元左右，由此可見每噸試驗(yàn)酒費(fèi)用僅比市售中檔酒多60-70元。但應(yīng)用華根霉調(diào)味酒，可以去除新型白酒浮香，每瓶白酒提高10-20元/Kg，按此計算，每年可增加效益幾億元。 以中國石油與化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院官方對中國生物柴油產(chǎn)量進(jìn)行了預(yù)測，到2020年我國生物柴油產(chǎn)量將達(dá)到800萬噸，如果這些生物柴油都由酶法生產(chǎn)的，那么就會有將近300億元的巨大市場。生物柴油必將實(shí)現(xiàn)突破，其潛力十分巨大。
同類課題研究水平概述
- 一、白酒方面 國外： 白酒是我國特有的傳統(tǒng)飲料酒，其工藝獨(dú)特，成分復(fù)雜，因此國外對白酒的研究非常有限。目前發(fā)表的一些有關(guān)白酒的英文文章主要由我國一些白酒專家撰寫，研究方向主要集中在利用GC-MS、GC-O等先進(jìn)儀器對中國白酒復(fù)雜風(fēng)味的定性及定量分析。 國內(nèi)： 70年代初期，周恒剛等在白酒窖泥中首次分離出了己酸菌，通過己酸菌的接種可以使窖池底部大量積累己酸，為主體香己酸乙酯的合成提供前體。但己酸乙酯的合成除了需要前體酒精及己酸外，還需要脂肪酶的催化。生物合成白酒勾兌用己酸乙酯關(guān)鍵是篩選到源于釀酒環(huán)境的高產(chǎn)脂肪酶菌株，李燕等篩選到的根霉、劉偉英等篩選到的細(xì)菌等均可在有機(jī)相中催化合成己酸乙酯，但轉(zhuǎn)化率普遍偏低，成為工業(yè)化應(yīng)用的瓶頸。 二、生物柴油方面 國外： 日本神戶大學(xué)Hideki Fukuda 教授為中心的研究小組從1988年開始就對全細(xì)胞真菌催化油脂改性進(jìn)行了研究，主要對生物柴油的合成做了廣泛的研究。Yuji Shimada 教授為中心的大坂市立技術(shù)研究院研究小組主要從事有關(guān)脂肪酶用于油脂深加工的運(yùn)用，包括油脂多產(chǎn)物分離，生物柴油生產(chǎn)等。 國內(nèi)： 我國開展的酶法生產(chǎn)生物柴油的研究工作主要集中在各大高校等研發(fā)單位，基本處于實(shí)驗(yàn)研究階段。清華大學(xué)劉德華課題組采用乙酸甲酯代替甲醇酶法生產(chǎn)生物柴油的研究已經(jīng)申請了多項(xiàng)專利，其實(shí)驗(yàn)最終脂肪酸甲酯得率最高可以達(dá)到90%以上，反應(yīng)批次達(dá)到了100多次，該課題組還對反應(yīng)的機(jī)理和動力學(xué)進(jìn)行了研究。北京化工大學(xué)譚天偉課題組采用生物酶法制備生物柴油技術(shù)也已經(jīng)獲得一定成果，其實(shí)驗(yàn)最終轉(zhuǎn)化率可達(dá)92%，目前正在進(jìn)行中試實(shí)驗(yàn)。 雖然各相關(guān)課題組進(jìn)行酶法生產(chǎn)生物柴油的轉(zhuǎn)化效果都較好，但是其或者采用商品化酶，或是采用有機(jī)溶劑體系，無疑這大大增加了生物柴油的制備成本，工業(yè)化的可能性很小。
