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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(duì)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(shí)，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(jià)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(gè)具有自主知識(shí)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(bào)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(huì)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(duì)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(shí)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(píng)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(duì)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(duì)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(shí)，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(jià)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(gè)具有自主知識(shí)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(gè)方面對(duì)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(jì)、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(shí)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(shí)，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(jí)評(píng)酒師鑒定，比同類調(diào)味酒的口感和調(diào)香效果高出一個(gè)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(jià)比要遠(yuǎn)高于以上兩種商品酶，具有廣闊的市場前景。
獲獎(jiǎng)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(jì)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(jì)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(duì)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(huì)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(duì)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(duì)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(duì)全細(xì)胞真菌催化油脂改性進(jìn)行了研究，主要對(duì)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(qǐng)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(duì)反應(yīng)的機(jī)理和動(dòng)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。
