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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2010 年第 6 期
休哈塔假丝酵母发酵木糖制乙醇过程研究
李芳芳 郭瓦力 王建武 丁东各 于涛
(沈阳化工学院化学工程学院，沈阳 110142)
摘 要: 木质纤维素原料水解产物的主要成分是葡萄糖和木糖，其中葡萄糖很容易发酵，致使木糖成为木质纤维素发
酵的关键，休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)1766 是自然界木糖发酵性能较好的天然酵母之一。研究了发酵温度、发酵时
间、接种量、初始 pH值、摇床转速等因素对休哈塔假丝酵母 1766 发酵木糖生产乙醇的影响，由正交试验初步确定了休哈塔假
丝酵母发酵木糖制乙醇工艺的适宜条件为好氧条件，发酵时间为 2 d，发酵温度为 28℃，摇床转速为150 r /min，初始 pH 值为
5，此时乙醇收率最高可达 68 62%。
关键词: 木糖 休哈塔假丝酵母 发酵 乙醇
Process of Xylose Fermentation by Candida shehatae to Produce Ethanol
Li Fangfang Guo Wali Wang Jianwu Ding Dongge Yu Tao
(College of Chemical Engineering，Shenyang Institute of Chemical Technology，Shenyang 110142)
Abstract: The basis of lignocelluloses hydrolysate is xylose and glucose，and glucose can be ferment quite easy，so xylose fermen-
tation is the key factor for lignocelluloses fermentation. Candida shehatae is one of the best xy-lose-ferm enting yeast in nature. In this
study，the influence of fermentation temperature，fermentation time，the capacity of inoculation，initial pH and rotating speed on xylose
fermentation by Candida shehatae (Candida shehatae)1766 to produce ethanol were investigated. The superior fermentation conditions
of the xylose ferment to ethanol by Candida shehatae were studied by the orthogonal experiment. The optimal conditions were as follows，
aerobiosis，fermentation time 2 days，fermentation temperature at 28℃，rotating speed at 150 r /min，and initial pH value as 5. 0. Under
this conditions，the yield of ethanol can reach 68 62%。
Key words: Xylose Candida shehatae Fermentation Ethanol
收稿日期:2010-03-09
作者简介:李芳芳，女，硕士研究生，研究方向:化工工艺过程开发和能源利用;E-mail:imlffang@ 163. com
通讯作者:郭瓦力，女，教授，硕士生导师，研究方向:先进能源技术及化工过程与产品开发;E-mail:gwl3730@ yahoo. com. cn
随着能源短缺问题的日益加剧和人们环保意识
的不断增强，寻找一种廉价、清洁、永远无法枯竭的
新能源来替代常规能源的愿望便显得十分迫切，而
燃料乙醇作为一种新型清洁燃料，无可争议地成为
目前世界上可再生能源的发展重点。生产乙醇的传
统原料有玉米、木薯等淀粉质原料，但由于人口增长
和粮食危机的存在，使人们转为使用低成本、低耗能
的天然木质纤维素原料生产乙醇［1］。木质纤维素
中约 30%为半纤维素，而木糖是半纤维素的主要组
成成分［2］，在自然界中的丰富程度仅次于葡萄糖，
可见，木糖的有效利用是木质纤维原料发酵生成乙
醇的关键。
休哈塔假丝酵母是自然界木糖发酵性能较好
的天然酵母之一。本研究选择休哈塔假丝酵母发
酵木糖，研究发酵温度、发酵时间、接种量、初始
pH值、转速等因素对木糖发酵生产乙醇的影响规
律，旨在解决生物质发酵制备乙醇的关键技术
问题。
1 材料与方法
1 1 材料
1 1 1 药品 葡萄糖(AR) ;硫酸镁(AR) ;硫酸
铵(AR) ;尿素(AR) ;磷酸二氢钾(AR) ;酵母浸
膏(BR) ;蛋白胨(BR) ;琼脂(BR) ;麦芽浸膏
(BR)。
2010 年第 6 期 李芳芳等:休哈塔假丝酵母发酵木糖制乙醇过程研究
1 1 2 菌种 休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)
1766，购于中国工业微生物菌种保藏中心。
1 1 3 仪器设备 全自动新型生化培养箱(ZSD-
A1160) ;立式压力蒸汽灭菌器(LDZX-50KB) ;恒温
培养振荡器(ZHWY-200B) ;定温恒温干燥箱(NDO-
700) ;陶瓷封闭式恒温电炉(HP-05) ;高精度电子天
平(JJ 系列) ;分光光度计(UV2600) ;循环水式多用
真空泵(SHB-IIIS) ;垂直流超净工作台(ZHJH-
C1109B) ;旋转蒸发仪(RE52CS) ;GC122 气相色谱
仪等。
1 1 4 培养基 (1)固体斜面培养基:酵母浸膏
3 g;麦芽浸膏 3 g;葡萄糖 10 g;蛋白胨 5 g;琼脂
20 g;H2O 1 000 mL;(2)液体种子培养基:酵母浸膏
3 g;麦芽浸膏 3 g;葡萄糖 10 g;蛋白胨 5 g;H2O
1 000 mL;(3)木糖发酵培养基:木糖 40 g，酵母浸膏
3 g，(NH4)2SO4 10 g，MgSO4 1 g，KH2PO4 2 g，H2O 1
000 mL。
1 2 方法
1 2 1 →技术路线 培养基的配制 培养基灭
→ → → →菌 接种 乙醇发酵 乙醇提取 乙醇含
量分析
1 2 2 种子培养方法 用接种环取斜面培养基
中菌种一环，将菌种接入预先灭过菌的装有 80
mL 种子培养基的 250 mL 三角瓶中，设置恒温
24℃，摇床转速 150 r /min，活化培养 2 d，然后转
入二级种子培养基中，接种量 10%，同样条件培
养 3 d。
1 2 3 休哈塔假丝酵母发酵木糖制乙醇的影响
因素分析 采用单因素研究了休哈塔假丝酵母发
酵木糖制乙醇的规律，分别考察在有氧、无氧条件
下，初始 pH 值，发酵时间、发酵温度，接种量及转
速对乙醇发酵的影响。(1)时间:在温度为 24℃，
转速为 150 r /min，初始 pH 值为 6，接种量为 2%，
时间分别为 1、2、3、4、5 d的条件下，考察不同时间
对乙醇产率的影响。(2)温度:在初始 pH 值为
6，转速为 150 r /min，时间为 2 d，接种量为 5%，
温度分别为 20℃、24℃、28℃、30℃、34℃的条件
下，考察不同温度对乙醇产率的影响。(3)初始
pH 值:在温度为 30℃，转速为 150 r /min，时间为
3 d，接种量为 8%，初始 pH 值分别为 4、5、6、7 的
条件下，考察不同初始 pH 值对乙醇产率的影响。
(4)接种量:在温度为 28℃，转速为 150 r /min，
时间为 2 d，初始 pH 值为 5 的条件下，接种量分
别为 5%、7 5%、10%、12. 5%、15%的条件下，考
察不同接种量对乙醇产率的影响。(5)转速:在温
度为 30℃，接种量为 10%，时间为 3 d，初始 pH值为
5 的条件下，摇床转速分别为 50、100、150、200、250
r /min的条件下，考察不同摇床转速对乙醇产率的
影响。
1 2 4 休哈塔假丝酵母发酵木糖制乙醇工艺条件
的确定 依据单因素分析的结果确定适宜的因素和
水平，选用正交试验设计方法安排试验，详细考察各
因素对乙醇收率影响的显著性，以寻求最适宜的木
糖发酵工艺条件。
1 3 分析测试方法
1 3 1 乙醇含量测定 采用气相色谱法测定乙醇
含量。色谱型号:GC122，检测方式:TCD 检测，固定
相:GDX-105，定量方法:面积归一方法，进样方式:
手动进样。
1 3 2 乙醇收率的计算
乙醇收率(%)= 实际生成乙醇量(g)
理论生成乙醇量(g)
× 100%
其中理论生成乙醇量按木糖转化 0 46 g /g
(M乙醇 /M木糖)计算
［3］。
2 结果及分析
2 1 发酵时间对乙醇收率的影响
厌氧、好氧条件下，不同发酵时间对乙醇收率的
影响见图 1。由图 1 可知，在好氧或厌氧条件下，乙
醇收率均随着发酵时间的增加先增大后减小。在发
酵之前，酵母先要自我增长，生长后才能够利用糖类
进行发酵产乙醇，随着发酵时间的增多，对木糖的利
用逐渐充分，因而乙醇的收率也随之增大;但当发酵
时间过长，菌种死亡率增加，使得代谢能力大大减
小，导致乙醇收率大幅度降低［4］。
对休哈塔假丝酵母发酵木糖发酵时间条件的研
究表明，同样的条件下，好氧条件的乙醇收率 37 71%
明显优于厌氧条件的乙醇收率 9 69%，说明好氧条
件有利于乙醇的生成。
2 2 发酵温度对乙醇收率的影响
厌氧、好氧条件下，不同发酵温度对乙醇收率的
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生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2010 年第 6 期
影响见图 2。由图 2 可知，在好氧或厌氧条件下，乙
醇收率均随发酵温度的增加先增大后减小，这是因
为在温度较低时，菌体的生长不够充分，之后随着温
度的升高，收率反而下降，说明高温会抑制菌体的生
长［5］，菌种死亡率也随之增加，因此存在一个适宜
的发酵温度，由图 2 可见，好氧条件下 28℃时乙醇
收率可达 59. 21%;厌氧条件下 30℃时，乙醇收率可
达 52. 86%;对休哈塔假丝酵母发酵木糖发酵温度
条件的研究表明，在相同的条件下，好氧条件的乙醇
收率明显优于厌氧条件。
2 3 初始 pH对乙醇收率的影响
厌氧、好氧条件下，不同初始 pH 对乙醇收率的
影响见图 3。由图 3可知，在好氧或厌氧条件下，乙醇
收率均随初始 pH值的增加先增大后减小，均在初始
pH值为 5 时达到了最大值 53 35%和 51 87%。说
明初始 pH值较低或较高，对酵母细胞的生长都会
产生影响，抑制其正常的生长和代谢，从而不利于乙
醇的生成。
对休哈塔假丝酵母发酵木糖初始 pH 条件的研
究表明，在相同的条件下，好氧条件的乙醇收率高于
厌氧条件下的乙醇收率。
2 4 接种量对乙醇收率的影响
厌氧、好氧条件下，不同接种量对乙醇收率
的影响见图 4。由图 4 可知，在好氧或厌氧条件
下，乙醇收率均随接种量的增加先增大后减小，
在接种量为 10% 时达到了最大值 58 68% 和
41 73%。试验结果表明，接种量较少时，菌种量
不足以发酵木糖，而接种量太大时，营养成分不够
菌种存活，以致菌种死亡率增加，从而导致乙醇收
率减少［6］。
对休哈塔假丝酵母发酵木糖接种量条件的研究
表明，在相同的条件下，好氧条件下的乙醇收率明显
高于厌氧条件下的乙醇收率。
2 5 摇床转速对乙醇收率的影响
厌氧、好氧条件下，不同摇床转速对乙醇收
率的影响见图 5。由图 5 可知，在好氧或厌氧条
件下，乙醇收率均随转速的增加先增大后减小，
在转速为 150 r /min 时可达到了最大值 58 19%
和 48 20%。
图 1 发酵时间与乙醇收率的关系
图 2 发酵温度与乙醇收率的关系
图 3 初始 pH与乙醇收率的关系
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2010 年第 6 期 李芳芳等:休哈塔假丝酵母发酵木糖制乙醇过程研究
试验结果表明，转速太慢不利于休哈塔假丝酵母的
生长和木糖的代谢，从而影响到乙醇的产量，但是转
速太快，菌体生长旺盛，虽然木糖利用速度加快，但
是用于发酵生成乙醇的量相对减少，也不利于乙醇
的生成［7］。此外，在相同的条件下，好氧条件下的
乙醇收率明显高于厌氧条件下的乙醇收率。
图 4 接种量与乙醇收率的关系
图 5 转速与乙醇收率的关系
2 6 休哈塔假丝酵母发酵木糖制乙醇适宜条件的
确定
单因素试验结果表明，好氧条件下的乙醇收率
明显高于厌氧条件下的乙醇收率，为进一步分析休
哈塔假丝酵母发酵木糖制乙醇工艺的影响因素及确
定适宜的操作条件。本研究以乙醇收率为试验指
标，按 L9(3
4)安排了好氧条件下的正交试验，以确
定发酵时间、发酵温度、摇床转速、初始 pH 对乙醇
收率影响的显著性，寻找适宜的发酵条件，因素水平
见表 1。根据极差分析(表 2)可知，各因素对乙醇
收率影响的显著性依次为发酵时间 >发酵温度 >摇
床转速 >初始 pH，发酵时间对乙醇收率的影响最
大。休哈塔假丝酵母发酵木糖制乙醇工艺的适宜条
件为好氧条件，发酵时间为 2 d，发酵温度为 28℃，
转速为 150 r /min，初始 pH值为 5。
表 1 休哈塔假丝酵母发酵木糖
制乙醇正交试验因素与水平表
因素 水平
发酵时间
(d)
发酵温度
(℃)
转速
(r /min)
初始 pH
1 2 28 150 6
2 3 30 100 5
3 4 24 200 4
表 2 休哈塔假丝酵母发酵木糖
制乙醇正交试验表
试验编号
发酵时间 发酵温度 转速
(d) (℃) (r /min)
初始 pH
乙醇产率
(%)
1 2 28 150 6 67 51
2 2 30 100 5 60 28
3 2 24 200 4 58 06
4 3 28 100 4 55 94
5 3 30 200 6 47 11
6 3 24 150 5 62 22
7 4 28 200 5 52 69
8 4 30 150 4 46 36
9 4 24 100 6 42 82
均值 1 61 95 58 71 58 70 52 48
均值 2 55 09 51 25 53 01 58 40
均值 3 47 29 54 37 52 62 53 45
极差 Dj 14 66 7 46 6 08 5 92
2 7 优化条件下的休哈塔假丝酵母发酵木糖制乙
醇试验
在正交试验优化出的最适宜条件下进行休哈塔
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生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2010 年第 6 期
假丝酵母发酵木糖的试验，即在发酵温度为 28℃，
发酵时间为 2 d，转速为 150 r /min，初始 pH值为 5，
接种量为 10%的条件下，此时测得最大乙醇收率为
68 62%，较之正交试验中乙醇收率略大。
3 结论
本研究表明，休哈塔假丝酵母能够发酵木糖。它
适宜于好氧条件，偏微酸性，初始 pH在 5左右活性最
好，该菌种培养温度为 24℃，发酵温度为 30℃左右，2 －
8℃下冷藏保存，适用于纤维类原材料生产乙醇，具有
可推广性应用前景。发酵时间、发酵温度、摇床转速、
初始 pH对休哈塔假丝酵母发酵木糖制乙醇均产生影
响，发酵时间的影响因素最大。休哈塔假丝酵母发酵
木糖制乙醇工艺的适宜条件为好氧条件下，发酵时间 2
d，发酵温度为28℃，转速为150 r /min，初始 pH5，此时，
乙醇收率最高可达 68 62%。
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