全 文 ：第 １４卷第 ２期
２０１６年 ３月
生　 物　 加　 工　 过　 程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ􀆰 １４ Ｎｏ􀆰 ２
Ｍａｒ􀆰 ２０１６
ｄｏｉ：１０􀆰 ３９６９ ／ ｊ􀆰 ｉｓｓｎ􀆰 １６７２－３６７８􀆰 ２０１６􀆰 ０２􀆰 ００３
收稿日期：２０１５－０９－２５
基金项目：山东大学微生物技术国家重点实验室开放基金项目（Ｍ２０１２－１４）；济南市引进海内外高层次人才创业项目（２０１１０４４）；山东省住房
城乡建设科学技术项目计划（ＫＹ００７）
作者简介：张　 超（１９７８—），男，山东济南人，讲师，研究方向：发酵工学，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｍｅｉｌｉ８２９２＠ ｓｉｎａ．ｃｏｍ
同步糖化发酵菊芋生产酒精
张　 超１，王　 静２，唐　 波３，李奇建２
（１． 山东建筑大学 市政与环境工程学院，山东 济南 ２５０１０１；２． 济南太和生物工程有限公司，
山东 济南 ２５００１３； ３． 江苏联海生物科技有限公司，江苏 海门 ２２６１３３）
摘　 要：以黑曲霉 Ａ １５ 形成的菌丝球作为载体对酿酒酵母 Ｃ １５进行固定化，研究各种因素对黑曲霉 Ａ １５菌
丝球吸附率的影响。 结果表明：在 ４０ ℃、８０ ｒ ／ ｍｉｎ、菌种个数混合比例为 １ ∶ １０ 时，菌丝球对酵母的吸附可达到
６６􀆰 ９％；以菊粉为底物，利用混合菌丝球进行同步糖化与发酵，３０ ℃发酵 ４８ ｈ，发酵醪酒精体积分数达到 １２􀆰 ８％，并
且混合菌丝球可以耐受 １９％的酒精。
关键词：菌丝球；载体发酵；乙醇；同步糖化发酵
中图分类号：Ｘ１７２　 　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 　 文章编号：１６７２－３６７８（２０１６）０２－００１２－０５
Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅｔｈａｎｏｌ ｆｒｏｍ Ｊｅｒｕｓａｌｅｍ ａｒｔｉｃｈｏｋｅ ｆｌｏｕｒ ｂｙ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ
ｓａｃｃｈａｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ＺＨＡＮＧ Ｃｈａｏ１， ＷＡＮＧ Ｊｉｎｇ２，ＴＡＮＧ Ｂｏ３，ＬＩ Ｑｉｊｉａｎ２
（１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５０１０１，Ｃｈｉｎａ；
２． Ｊｉｎａｎ Ｔａｉｈｅ Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ． Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ ２５００１３，Ｃｈｉｎａ；
３． Ｊｉａｎｇｓｕ Ｌｉａｎｈａｉ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ． Ｌｔｄ．，Ｈａｉｍｅｎ ２２６１３３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｙｃｅｌｉａｌ ｐｅｌｌｅｔｓ ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ａ⁃１５ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅ ｔｈｅ ａｌｃｏｈｏｌ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ
ｙｅａｓｔ Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ Ｃ⁃１５． Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｆａｃｔｏｒｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ａｇｉｔａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ， ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｉｘｅｄ
ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒａｉｎｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ６６􀆰 ９％ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｈｅｎ ｓｐｅｅｄ ｗａｓ ８０ ｒ ／ ｍｉｎ，
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｓ ４０ ℃ ａｎｄ ｍｉｘｅｄ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｗａｓ １ ∶ １０． Ｗｉｔｈ Ｊｅｒｕｓａｌｅｍ ａｒｔｉｃｈｏｋｅ ｆｌｏｕｒ ａｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ，１２􀆰 ８％
（Ｖ ／ Ｖ） ｏｆ ｅｔｈａｎｏｌ ｗａｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｗｉｔｈｉｎ ４８ ｈ ｏｆ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｂｙ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｓａｃｃｈａｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｕｓｉｎｇ ｍｙｃｅｌｉａｌ ｐｅｌｌｅｔｓ ａｔ ３０ ℃． Ａｎｄ ｍｙｃｅｌｉａｌ ｐｅｌｌｅｔｓ ｃｏｕｌｄ ｔｏｌｅｒａｔｅ １９％（ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ） ａｌｃｏｈｏｌ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｙｃｅｌｉａｌ ｐｅｌｌｅｔ；ｃａｒｒｉｅｒ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ；ａｌｃｏｈｏｌ；ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｓａｃｃｈａｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ
　 　 燃料乙醇最早采用玉米为原料发酵制成，但这
一过程使用玉米量较大，对国家粮食安全构成了威
胁［１－２］。 菊芋（俗称洋姜、姜不辣、鬼子姜）主要成分
是菊粉，是最简单的一类果聚糖，含糖量为其干质
量的 ６０％ ～ ７０％。 菊芋水解比淀粉质原料容易，不
需要高温液化，直接用菊粉酶水解即可获得可发酵
性糖，工艺流程简单，能耗低，与目前人们普遍关注
的以农作物秸秆为代表的木质纤维素类生物质相
比，更易于实现产业化。 菊芋耐贫瘠、耐寒、耐旱、
种植简易、产量高，可在沙漠、盐碱地或滩涂地种
植［３－５］，是一种极具潜力的非粮乙醇发酵原料［６－８］。
以菊芋为原料制备乙醇的生物发酵所用菌种
一般为酵母菌，因为菊芋不能直接利用，需要先糖
化，所以发酵方法有同步糖化发酵和先糖化后发
酵。 同步糖化发酵可以使发酵醪中水解下来的可
发酵性糖被及时发酵为乙醇，在过程中不积累，防
止糖积累而抑制菊粉酶分泌，避免底物抑制现象出
现，可以有效防止杂菌污染，提高乙醇收率，但是目
前国内以菊芋为原料酒精发酵技术水平低，菊糖利
用率不高，损失较大［９－１０］。 另外，菌种游离存在菌种
难以回收的问题，造成生产成本过高、环境污染，而
固定化细胞技术能很好地解决这一问题。 在乙醇
制备中，将酵母固定化会大大提高酶促反应效率，
因此具有很好的应用前景。 但是目前公开的酵母
固定化技术成本高、固定技术单一［１１－１２］。 此外，提
高酵母菌的酒精耐受力、解除高浓度酒精的抑制作
用也是人们的研究热点［１３－１４］。
针对现有技术中存在的不足，笔者提出了一种
载体发酵技术。 在采用产菊粉酶的黑曲霉和酿酒
酵母作为菌种同步糖化发酵制备乙醇的基础上，根
据菊芋需要先糖化再发酵的特性，将黑曲霉和酿酒
酵母进行混合培养，形成了黑曲霉吸附酿酒酵母的
菌种混合体，该菌种混合体将酿酒酵母吸附在黑曲
霉中，使酿酒酵母固定，并进行同步糖化发酵制备
乙醇，以期简化工艺，提高酵母细胞对于乙醇的耐
受性和乙醇产率。
１　 材料与方法
１􀆰 １　 材料
１􀆰 １􀆰 １　 供试菌株及材料
黑曲霉 Ａ １５（ＣＭＣＣ９８００３）保存于笔者所在
实验室；酿酒酵母 Ｃ １５，安琪酵母股份有限公司。
酵母膏，上海生化技术公司；蛋白胨、ＮａＣｌ，中国
医药（集团）上海试剂公司；ｐＨＳ ３ 型酸度计，上海
精密科学仪器有限公司；７２１ 型可见光分光光度计，
北京光学仪器厂。
１􀆰 １􀆰 ２　 培养基
种子培养基（ｇ ／ Ｌ）：酵母膏 １０，蛋白胨 ２０，葡萄
糖 ２０；自然 ｐＨ。
产酶培养基（ｇ ／ Ｌ）：菊芋粉 ２５，（ＮＨ４） ２ＳＯ４ ５，蛋
白胨 １０ ， ＫＨ２ ＰＯ４ ６， ＮａＣｌ ５， ＭｇＳＯ４·７Ｈ２ Ｏ ０􀆰 ５，
ＦｅＳＯ４·７Ｈ２Ｏ ０􀆰 ００１；ｐＨ ５，０􀆰 １ ＭＰａ灭菌 １５ ｍｉｎ。
发酵培养基（ｇ ／ Ｌ）：菊粉 ２００，蛋白胨 ５，酵母膏
５，（ＮＨ４） ２ ＳＯ４ ２，ＫＨ２ ＰＯ４ ２，玉米浆 ５；ｐＨ ５􀆰 ０，０􀆰 １
ＭＰａ灭菌 １５ ｍｉｎ。
ＹＰＤ固体培养基（ｇ ／ Ｌ）：酵母膏 １０、蛋白胨 ２０、
葡萄糖 ２０、琼脂 ２０；自然 ｐＨ。
１􀆰 ２　 方法
１􀆰 ２􀆰 １　 菌体培养
将酿酒酵母菌种按照 ５％（体积分数）的接种量
接种到装有 １００ ｍＬ 种子培养基的 ２５０ ｍＬ 三角瓶
中，在 ３０ ℃、１００ ｒ ／ ｍｉｎ 的摇床中培养 ３０ ｈ，发酵液
在５ ０００ ｒ ／ ｍｉｎ离心 ５ ｍｉｎ，收集酵母细胞。
将黑曲霉用无菌水配成孢子悬浮液，按照 ４％
的接种量接种到装有 １００ ｍＬ产酶培养基的 ２５０ ｍＬ
三角瓶中，在 ３０ ℃、４０ ｒ ／ ｍｉｎ的摇床中培养 ３０ ｈ，至
形成菌丝球，过滤收集菌丝球。
１􀆰 ２􀆰 ２　 吸附试验
用 １００ ｍＬ 蒸馏水悬浮酵母细胞，装入 ２５０ ｍＬ
三角瓶中，每瓶加入 ５ ｇ（湿质量）的菌丝球，在摇床
上不同温度、转速和不同菌种的混合比例下吸附 ２
ｈ，然后过滤，用分光光度计测定滤液中剩余的菌浓
度并计算吸附率，见式（１）。
吸附率（Ｒ） ＝ （吸附前菌液 ＯＤ６００ 值 － 吸附后
菌液 ＯＤ６００ 值） ／ 吸附前菌液 ＯＤ６００ 值 × １００％
（１）
１􀆰 ２􀆰 ３　 发酵试验
１）普通同步糖化　 按照菌体培养方法收集酵母
细胞和黑曲霉孢子悬浮液，将两者按一定比例混合，
混合菌过滤后按照 １０％的接种量倒入含有 ２００ ｍＬ发
酵培养基的 ５００ ｍＬ 三角瓶中， 在 ３０ ℃、４０ ｒ ／ ｍｉｎ的
摇床中进行同步糖化发酵 ４８ ｈ生产乙醇。
２）吸附同步糖化 　 将酵母细胞和黑曲霉按照
不同的菌种个数比混合后，在摇床上恒定温度、恒
定转速下吸附 ２ ｈ，制得混合菌丝球，过滤后按照
１０％的接种量倒入含有 ２００ ｍＬ 发酵培养基的 ５００
ｍＬ三角瓶中，在 ３０ ℃、４０ ｒ ／ ｍｉｎ的摇床中进行同步
糖化发酵 ４８ ｈ生产乙醇。
１􀆰 ２􀆰 ４　 混合菌丝球回用技术的稳定性
当一次发酵结束时，将发酵液在 １ ０００ ｒ ／ ｍｉｎ 无
菌离心 １５ ｍｉｎ 后倾出上清液，菌体用无菌生理盐水
洗涤后离心，全部转接入新鲜的发酵培养基中，在
３０ ℃、４０ ｒ ／ ｍｉｎ的摇床中进行同步糖化发酵生产乙
醇，实验结果取 ３次实验的平均值。
１􀆰 ２􀆰 ５　 混合菌丝球酒精耐受能力检测
向已经灭菌的 ＹＰＤ 固体培养基中加入不同体
３１　 第 ２期 张　 超等：同步糖化发酵菊芋生产酒精
积的无水酒精，调整体积分数分别为 １２％、１４％、
１６％、１８％、１９％和 ２０％，将初筛的菌株分别接种至
不同酒精体积分数的平板上，标记静置 １０ ｍｉｎ 后，
于 ２８ ℃下恒温培养 ４８ ｈ。
１􀆰 ２􀆰 ６　 分析方法
酵母菌计数：使用血球计数板。
霉菌计数：参照细菌总数菌落计数方法。
酒精浓度的测定［１５－１６］：离心发酵醪，除去细胞，
取 １００ ｍＬ 上清液，加入 １００ ｍＬ 蒸馏水后蒸馏出
１００ ｍＬ冷凝液，测量馏出液酒精浓度。
还原糖的检测：采用 ＤＮＳ 法，用果糖作标样绘
制 ＤＮＳ显色的标准曲线。
总糖含量测定：取 １ ｍＬ 待测溶液，加入 ５０ ｍＬ
体积分数 ２􀆰 ８％的 Ｈ２ＳＯ４溶液，８０ ℃水浴酸解 １ ｈ。
冷却至室温，用 ２ ｍｏｌ ／ Ｌ ＮａＯＨ 调节 ｐＨ 至中性，并
定容至 １００ ｍＬ。 采用 ＤＮＳ 法测定其中还原糖浓
度，将测定出的数值放大 １００ 倍即为总糖浓度。
菊粉酶酶活的测定：参照文献［１７］的方法测
定。 其中，酶活力的定义为在 ｐＨ５􀆰 ４、温度 ５５ ℃的
条件下，每分钟水解底物生成 １ μｍｏｌ还原糖所需的
最少酶量为一个酶活力单位，Ｕ ／ ｍＬ。
酶活的计算，见式（２）。
酶活 ＝ ρ（葡萄糖）
× 稀释倍数 × １ ０００
１８０ × １０
（２）
式中：１８０—葡萄糖的相对分子质量；１０—反应时间
（ｍｉｎ）；１ ０００—单位换算系数。
乙醇得率的计算，见式（３）。
乙醇得率 ＝ ｍ（生成的乙醇）
ｍ（发酵液中减少的总糖）
× １００％
（３）
　 　 化学需氧量（ＣＯＤ）的测定采用重铬酸钾法。
２　 结果与讨论
２􀆰 １　 温度对吸附率的影响
选择温度作为变化参数，将 ５ ｇ（湿质量）的菌
丝球加到 １００ ｍＬ酵母菌菌悬液中，分别在不同的温
度下（２５、３０、３５、４０、４５ 和 ５０ ℃）振荡（１００ ｒ ／ ｍｉｎ）
吸附 ２ ｈ，结果如图 １ 所示。 由图 １ 可见，在 ４０ ℃
时，菌丝球对酵母菌的吸附可达到 ６２􀆰 ３％以上，故
选择 ４０ ℃作为菌丝球的吸附温度。
２􀆰 ２　 转速对吸附率的影响
选择转速作为变化参数，将 ５ ｇ（湿质量）的菌
丝球加到 １００ ｍＬ的酵母菌菌悬液中，分别在不同的
图 １　 温度对菌丝球吸附酵母菌的影响
Ｆｉｇ􀆰 １　 Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ
ｒａｔｉｏ ｏｆ ｙｅａｓｔ
转速下（４０、６０、８０、１００和 １２０ ｒ ／ ｍｉｎ）振荡吸附 ２ ｈ，
结果如图 ２所示。 由图 ２ 可见，在转速为 ８０ ｒ ／ ｍｉｎ
时，菌丝球对酵母的吸附可达到 ６５􀆰 １％，故在实验
中选择 ８０ ｒ ／ ｍｉｎ作为菌丝球的吸附转速。
图 ２　 转速对菌丝球吸附酵母菌的影响
Ｆｉｇ􀆰 ２　 Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ｏｎ ｔｈｅ
ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｙｅａｓｔ
２􀆰 ３　 不同的菌种混合比例对发酵效果的影响
按照黑曲霉和酿酒酵母的菌种个数比分别为１ ∶
１、１ ∶ ３、１ ∶ ６、１ ∶ １０、１ ∶ １２进行混合，最终吸附率如图
３所示。
图 ３　 混合比例对菌丝球吸附酵母菌的影响
Ｆｉｇ􀆰 ３　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｍｉｘｅｄ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ
ｒａｔｉｏ ｏｆ ｙｅａｓｔ
由图 ３ 可知，混合菌丝球的形成对两种菌个数
４１ 生　 物　 加　 工　 过　 程　 　 第 １４卷　
的比例有要求，混合比例过低或过高均会影响到混
合菌丝球的吸附效果。 由图 ３ 可见，菌种之间最佳
混合比例为 １ ∶ １０，菌丝球对酵母的吸附可达
到 ６６􀆰 ９％。
２􀆰 ４　 不同发酵方式对发酵效果的影响
不同发酵方式对发酵效果的影响如表 １ 所示。
由表 １可知：吸附后形成混合菌丝球的发酵方式比
传统的同步糖化发酵方式具有更高的乙醇浓度和
更低的残糖浓度；并且，废水 ＣＯＤ 的测定表明发酵
液酒精精馏后产生废糟液的 ＣＯＤ 从现有酒精发酵
工艺的 ５４ ６１２ ｍｇ ／ Ｌ降低到了 ２７ ６４１ ｍｇ ／ Ｌ，有利于
实现污染物源头减废。
表 １　 不同发酵方式的比较
Ｔａｂｌｅ １　 Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｓ
培养方式 φ（乙醇） ／ ％ 乙醇得率 ／ ％ ρ（残糖） ／（ｇ·Ｌ－１）
菊粉酶酶活 ／
（Ｕ·ｍＬ－１）
ρ（废水 ＣＯＤ） ／
（ｍｇ·Ｌ－１）
普通同步糖化 １０􀆰 ８ ５４􀆰 ２ ５􀆰 ８ ２０􀆰 １８ ５４ ６１２
吸附同步糖化 １２􀆰 ８ ６４􀆰 ４ １􀆰 ５ ２４􀆰 ６８ ２７ ６４１
２􀆰 ５　 混合菌丝球回用技术的稳定性
考察混合菌丝球回用技术的稳定性，结果如图
４所示。 由图 ４ 可看出，当混合菌丝球回用至第 １０
次时，酒精产量仍然稳定在较高的水平，说明该技
术使用寿命长且能反复使用，操作方便粗放，成本
低廉，具有很好的工业化生产前景。
图 ４　 回用细胞次数对发酵结果的影响
Ｆｉｇ􀆰 ４　 Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｅ ｔｉｍｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ
２􀆰 ６　 混合菌丝球酒精耐受能力检测
Ｈａｙａｓｈｉｄａ等［１６］研究发现：酵母菌对酒精的耐
受能力不仅仅是由于酵母细胞自身对不同水平的
酒精耐受的内在能力，而且与酵母原生质膜的脂类
组成及功能、发酵营养状况、环境参数、碳水化合物
底物补充方式等因素有密切关系。 临界酒精浓度
导致质膜磷脂裂解，如果菌株质膜本身或发酵时具
备相当营养及环境条件适宜等，酵母就对酒精毒性
有所适应和抵抗，特别是温度尤为明显。 随着温度
的不断提高，酵母质膜的磷脂量很快降低，以维持
质膜的流动性和维持细胞活性。 由于黑曲霉菌丝
体中富含有脂蛋白，这种物质已经被证明可以改善
酵母原生质膜的结构，从而显著提高酵母的发酵活
力和耐酒精能力。 笔者采用黑曲霉结合酿酒酵母
的发酵方式，可以显著提高酿酒酵母的酒精耐受能
力，结果如表 ２所示。
表 ２　 混合菌丝球的酒精耐受性
Ｔａｂｌｅ ２　 Ａｌｃｏｈｏｌ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎｓ
菌株
φ（酒精） ／ ％
１２ １４ １６ １８ １９ ２０
酵母 Ｃ １５ ＋＋＋ ＋ － － － －
黑曲霉 Ａ １５ ＋＋＋ ＋＋ － － － －
混合菌丝球 ＋＋＋ ＋＋＋ ＋＋＋ ＋＋ ＋ －
　 注：“＋＋＋”表示菌株生长良好；“＋＋”表示菌株能生长；“ ＋”表示菌
株生长较困难；“－”表示菌株不能生长。
由表 ２可知，随着酒精体积分数的增大，酵母菌
和黑曲霉的生长逐渐受到抑制，但如果利用载体发
酵技术，其制备的混合菌丝球对酒精的耐受能力加
强，可耐受 １９％的酒精。
３　 结论
笔者将同步糖化发酵工艺和微生物固定化技
术进行了结合，以黑曲霉 Ａ １５ 形成的菌丝球作为
载体对酿酒酵母 Ｃ １５ 进行固定化，研究各种因素
对黑曲霉 Ａ １５菌丝球吸附率的影响。 结果表明：
在 ４０ ℃、８０ ｒ ／ ｍｉｎ、菌种个数混合比例为 １ ∶ １０ 时，
菌丝球对酵母的吸附可达到 ６６􀆰 ９％；以菊粉为底
物，利用混合菌丝球进行同步糖化与发酵，３０ ℃发
酵 ４８ ｈ，发酵醪酒精体积分数达到 １２􀆰 ８％，并且混
合菌丝球可以耐受 １９％的酒精。 这一工艺思路具
５１　 第 ２期 张　 超等：同步糖化发酵菊芋生产酒精
有以下优点：
１）载体发酵技术边产酶边糖化，使发酵醪中水
解下来的可发酵性糖被及时发酵为乙醇，在过程中
不积累，防止糖积累而抑制菊粉酶分泌，避免底物
抑制现象出现，可以有效防止杂菌污染，提高乙醇
收率。 ２）本技术采用菌丝球作为固定化手段，降低
了固定化成本。 ３）本研究利用黑曲霉对酿酒酵母
实现了固定化，不用额外的载体，节约了细胞固定
化成本，酿酒酵母从发酵系统中容易回收，使用寿
命长且能反复使用，操作方便粗放，成本低廉，容易
实现工业化生产。 ４）由于将酿酒酵母包裹在黑曲
霉中形成菌丝球，黑曲霉菌丝体富含能提高酵母活
力和耐酒精能力的脂蛋白，使固定化后酿酒酵母细
胞所处的微环境改变，酿酒酵母细胞对于乙醇的耐
受性增强。 ５）利用菊芋作为乙醇发酵底物，具有更
强的经济性。 菊芋与目前国内外普遍关注的以农
作物秸秆为代表的木质纤维素类生物质原料和常
规的淀粉质原料相比，既不需要技术难度大、糖分
损耗高的预处理技术，也不需要成本昂贵的酶制
剂。 由于菊粉的聚合度低，菊芋原料的水解比淀粉
质原料还容易，不需要高温液化，同步菊粉酶水解
就可以获得可发酵性糖，工艺流程简单，能耗低。
由此可见，菊芋不论是农学形状，还是加工转化特
征，都是替代粮食类淀粉质原料的理想选择。
参考文献：
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（１０）：３２⁃３４．
［ ２ ］ 　 ＬＩＮ Ｙ．Ｅｔｈａｎｏｌ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｂｉｏｍａｓｓ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ：ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔａｔｅ
ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ［Ｊ］ ．Ａｐｐｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２００６，６９：６２７⁃６４２．
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［ ５ ］ 　 ＧＨＯＳＨ Ｐ， ＧＨＯＳＥ Ｔ Ｋ． Ｂｉｏｅｔｈａｎｏｌ ｉｎ Ｉｎｄｉａ： ｒｅｃｅｎｔ ｐａｓｔ ａｎｄ
ｅｍｅｒｇｉｎｇ ｆｕｔｕｒｅ［Ｊ］ ．Ａｄｖ Ｂｉｏｃｈｅｍ Ｅｎｇ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２００３，８５：ｌ⁃２７．
［ ６ ］ 　 ＳＨＡＨＢＡＺＩ Ａ， ＬＩ Ｙ， ＭＩＭＳ Ｍ Ｒ． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ
ａｑｕｅｏｕｓ ｓｔｅａｍ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｔｏ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｆｔｗｏｏｄ［Ｊ］ ．Ａｐｐ
Ｂｉｏｃｈｅｍ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２００５，１５：９７３⁃９８７．
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（责任编辑　 管　 珺）
６１ 生　 物　 加　 工　 过　 程　 　 第 １４卷