海帶發(fā)酵制取生物乙醇的影響因素與優(yōu)化條件

夏天虹，翁煥新

（浙江大學(xué)環(huán)境與生物地球化學(xué)研究所，杭州310027）

海帶發(fā)酵制取生物乙醇的影響因素與優(yōu)化條件

夏天虹，翁煥新

（浙江大學(xué)環(huán)境與生物地球化學(xué)研究所，杭州310027）

針對海帶的碳水化合物不易被單一菌株發(fā)酵轉(zhuǎn)化為乙醇的難題，通過酸化、勻漿和消化等預(yù)處理和正交試驗，利用多酶系多菌種微生物復(fù)合發(fā)酵劑的釀酒曲，研究海帶發(fā)酵制取生物乙醇的影響因素與優(yōu)化條件。結(jié)果表明：在預(yù)處理試驗中，加入一定量的Na2CO3，可以提高海帶液中還原性糖和總糖的含量；消化溫度對總糖影響相對較大，而對還原性糖的影響較小；過濾不利于得到較高濃度的乙醇；在優(yōu)化條件中，發(fā)酵液的初始酸堿度是最重要的，其次是發(fā)酵溫度和基質(zhì)濃度，發(fā)酵液體積的影響程度相對較小。在基質(zhì)（海帶）質(zhì)量濃度為0.15 g／L、溫度34℃、起始pH 6.5和發(fā)酵液體積200 mL時，可以獲得最大的乙醇產(chǎn)量4.09 g（以100 g海帶計）。

生物乙醇；發(fā)酵；海帶

生物乙醇是一種理想的可再生生物能源，它可以從不同的生物質(zhì)原料中制取。海帶生長不依靠土地資源，也不使用化肥和淡水資源，且產(chǎn)量高。在眾多的生物能源原料中，海帶具有明顯優(yōu)勢，被認(rèn)為是典型的第三代生物能源原料［1］。利用海帶制備生物乙醇不僅可以避免能源與糧食的沖突，而且海帶不含木質(zhì)素［2］，有利于海帶制取乙醇的預(yù)處理。另外，規(guī)模化種植海帶一方面有利于沿海污染海域生態(tài)環(huán)境的修復(fù)，另一方面藻類植物的光合作用可以固定空氣中的CO2，減少溫室氣體的凈排放。因此，大型海藻（海帶）是提取生物乙醇最理想的原料之一。

海帶中的碳水化合物含量可達(dá)30%～50%［3-4］，但其組成較復(fù)雜，多以多聚糖的形式存在，如褐藻酸和纖維素等，難以通過單一菌株使海帶進(jìn)行糖化同時發(fā)酵。因而依靠單一菌株發(fā)酵海帶具有很大的局限性［4-5］。Lee等［6］研究發(fā)現(xiàn)，這個局限性可由不同微生物，即多種菌共同發(fā)酵來克服，也可通過基因工程的方法［7］以達(dá)到高效制取生物乙醇的目的。Wargacki等［7］通過基因工程手段建立了一個可同時降解、攝取以及代謝海藻酸鈉的微生物平臺，利用此系統(tǒng)，海帶糖分轉(zhuǎn)化為乙醇可達(dá)最大理論產(chǎn)值的80%。但是，這是一個非常復(fù)雜的綜合工藝，工業(yè)化實施過程存在較大困難。我國的釀酒歷史悠久，釀酒曲能夠提供豐富的發(fā)酵菌種和酶系［8］，有利于海帶的糖化和發(fā)酵同時進(jìn)行。

為了探索相對簡便且可行的海帶制取生物乙醇的工藝路徑，筆者對比了幾種預(yù)處理方法，選擇消化法作為后續(xù)發(fā)酵的前處理，并通過正交試驗，分析各種影響因素，確定能夠獲得生物乙醇產(chǎn)量較高的優(yōu)化條件，以期為開發(fā)大型褐藻（海帶）生物能源提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

海帶（Laminaria japonica）購于市場。將海帶試樣剪碎成小塊，放入60℃的烘箱中干燥，至恒質(zhì)量后取出，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎至0.177～0.841 mm，密封在試樣袋中待用。

釀酒曲：安琪酵母股份有限公司，屬于多酶系多菌種微生物復(fù)合發(fā)酵劑，主要含有釀酒酵母和根霉菌。

1.2 方法

1.2.1 預(yù)處理試驗

海帶的碳水化合物組成測定見表1。從表1可知：6種碳水化合物占被試海帶干質(zhì)量的51.32%，其中褐藻酸所占比例最大，達(dá)到30.52%，其次是甘露醇和粗纖維，分別為12.27%和5.43%，能被發(fā)酵菌直接利用的淀粉和還原性糖不到2%。由此可見，海帶不利于直接發(fā)酵，通過預(yù)處理可以提高初始發(fā)酵液中的還原性糖和總糖含量。為了確定合適的預(yù)處理方式，進(jìn)行方法的選擇試驗和影響因素試驗。

表1 海帶的碳水化合物組成［3，9-10］Table 1 Com ponents of carbohydrate in the kelp

1）預(yù)處理方法的選擇試驗。稱取1.5 g粉碎海帶于250mL燒杯中，加100mL去離子水，在不同條件下進(jìn)行預(yù)處理試驗：①將試樣直接放入65℃恒溫水浴中加溫消化；②用2 mmol／L HCl調(diào)海帶液pH至2，在65℃恒溫水浴中加溫消化；③海帶液經(jīng)攪拌機(jī)1 min處理后制備為勻漿，放入65℃恒溫水浴中加溫消化；④勻漿后直接放置于常溫消化；⑤加入0.6 g Na2CO3后放置于室溫下消化；⑥海帶液經(jīng)勻漿后加0.6 g Na2CO3，在65℃恒溫水浴中加溫消化。以上每種處理的消化時間均為1 h，然后分別測定還原性糖和總糖的含量。

2）Na2CO3含量對消化反應(yīng)的影響試驗。稱取1.5 g粉碎海帶于攪拌機(jī)中，加去離子水100 mL，經(jīng)1 min處理后制備為勻漿，分別加入Na2CO30.3、0.6、0.9、1.2和1.5 g，放置于65℃的恒溫水浴中加溫1 h，分別測定還原性糖和總糖含量。

3）消化時間和溫度的影響試驗。稱取1.5 g粉碎海帶于攪拌機(jī)中，加去離子水100 mL，1 min勻漿，再加入0.6 g Na2CO3制備成一個取樣時間的試樣，一組（6個試樣）放入65℃恒溫水浴中加溫消化，另一組（6個試樣）放置于室溫消化，分別消化0、15、30、45、60和90 min后取樣，測定還原性糖和總糖的含量。

4）過濾對發(fā)酵的影響試驗。稱量15 g粉碎海帶，加1 500 mL去離子水，制備為勻漿，放入3 g Na2CO3后于65℃恒溫水浴1 h。預(yù)處理后的海帶液分成2組，一組為原始海帶液，另一組海帶液經(jīng)4層紗布過濾，兩者分別調(diào)pH至6.5后，量取150 mL于250 mL錐形瓶中，121℃下滅菌20 min，冷卻至常溫后加入0.2 g釀酒曲，用厭氧塞封口，在30℃下，100 r／min恒溫振蕩器中培養(yǎng)，在不同的時間內(nèi)取液，分別測定還原性糖、總糖和乙醇的含量。

1.2.2 發(fā)酵試驗

將海帶經(jīng)過勻漿后，每克添加0.2 g Na2CO3于65℃恒溫水浴中進(jìn)行預(yù)處理1 h。然后用2 mol／L HCl調(diào)節(jié)海帶液pH，量取至250 mL錐形瓶中，放入121℃滅菌鍋中滅菌20 min，取出后放置于無菌操作臺，待冷卻，每150 mL海帶液中加入0.2 g釀酒曲，用厭氧塞密封錐形瓶，于100 r／min恒溫振蕩器中培養(yǎng)。選擇基質(zhì)（預(yù)處理后的海帶）質(zhì)量濃度、發(fā)酵溫度、滅菌前起始pH和發(fā)酵液體積4個因子，進(jìn)行正交試驗L16（44），因子水平見表2。發(fā)酵160 h，測定乙醇的濃度值。

表2 L16（44）正交設(shè)計因子水平Table 2 Factors and levels of L16（44）orthogonal design

1.2.3 試樣分析

1）還原性糖和總糖測定。反應(yīng)液的pH調(diào)至6～9后，取10 mL于離心管中，4 000 r／min離心15 min，取上清液。還原性糖用3，5-二硝基水楊酸比色法測定［10］；總糖用苯酚-H2SO4比色法測定［11］。

2）乙醇測定。取50 mL發(fā)酵液于250 mL圓底燒瓶中，加入50mL去離子水和幾顆玻璃珠，裝好蒸餾裝置，用50 mL容量瓶接收（外用冰水浴），小火加熱蒸餾至接近刻度50 mL，定容、搖勻。取10 mL H2SO4和10 mL K2Cr2O7（1∶1）于50 mL容量瓶中，冷卻后加入25 mL蒸餾液，定容后混勻，放置10 min，在594 nm下測定吸光度［12-13］。重復(fù)試樣的分析誤差小于5%。

2 結(jié)果與討論

2.1 Na2CO3提高還原性糖和總糖的作用

圖1顯示了經(jīng)過不同預(yù)處理后海帶液中總糖和還原性糖的含量變化。從圖1可知：將海帶顆粒在65℃恒溫水浴中進(jìn)行加溫1 h或經(jīng)過酸處理，溶出的還原性糖和總糖雖然都略有增加，但不如直接將試樣制備成勻漿效果明顯，這表明通過勻漿處理可以破壞海帶組織結(jié)構(gòu)，使部分糖分溶出。在勻漿中加入Na2CO3，并在65℃下恒溫加熱消化，可以獲得較高的還原性糖和總糖，分別為6.68和136.67 mg（以1 g海帶計）。這是由于褐藻膠是海帶細(xì)胞壁的重要組成部分，且Na2CO3可以與褐藻酸鈣鹽（褐藻膠在海帶中的主要存在狀態(tài)）發(fā)生消化反應(yīng)［14］，使海帶細(xì)胞膨脹而破壞，結(jié)果導(dǎo)致海帶中的糖分溶出，從而使溶液中還原性糖和總糖濃度提高。

圖1 不同處理海帶液中還原性糖和總糖含量Fig.1 Content of reducing sugar and total sugar in the extract after different treatments

圖1左上角小圖顯示了消化液中還原性糖和總糖含量隨Na2CO3添加量的變化?？梢钥吹剑?dāng)Na2CO3的添加量逐漸增大時（0～0.3 g），消化液中還原性糖和總糖濃度快速上升，當(dāng)添加量為0.3 g時，還原性糖和總糖質(zhì)量濃度分別達(dá)到0.093和2.08 mg／mL。當(dāng)Na2CO3的添加量從0.3 g增加到0.6 g時，消化液中的還原性糖和總糖濃度略有增加，然后隨著Na2CO3添加量繼續(xù)增加，消化液中的還原性糖和總糖濃度不再增加，這表明了此時消化反應(yīng)破壞海帶細(xì)胞壁已飽和。季仲強(qiáng)［4］研究發(fā)現(xiàn)，增加Na2CO3會加大消化液中的鹽度，盡管釀酒酵母能耐受一定的鹽度，對乙醇產(chǎn)率影響不大［4］，然而高鹽溶液對微生物具有毒害和抑制作用［15］。因此，選擇Na2CO3的添加量為0.3 g（相當(dāng)于0.2 g／g干海帶）時，可以較大限度地破壞海帶細(xì)胞壁，從而獲得較大的還原性糖和總糖含量，同時鹽度相對較低。

2.2 時間和溫度對消化反應(yīng)的影響

圖2顯示了海帶液中還原性糖和總糖含量隨消化時間的變化。由圖2可知：消化液中還原性糖和總糖的含量開始時隨時間的增加而逐漸增加，而后隨著消化時間的延長有下降的趨勢。如常溫下消化反應(yīng)的總糖在30 min時達(dá)到最大值1.44 mg／mL，而還原性糖在45 min時達(dá)到0.099 mg／mL的最大值，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，總糖和還原性糖的含量均開始下降；65℃下消化時，還原性糖和總糖的增加速率比常溫下消化要快，在30 min時達(dá)到還原性糖的最大值，之后緩慢下降，總糖在60 min時達(dá)到最大值后下降。消化溫度對還原性糖濃度影響相對較小，在45 min時，65℃和常溫下的還原性糖濃度值相差較??；溫度對總糖濃度影響比對還原性糖濃度影響大，65℃下的消化效果明顯優(yōu)于常溫消化，在65℃下消化60 min時，總糖量達(dá)到最大值（2.058 mg／mL）。

圖2 消化時間對還原性糖和總糖含量的影響Fig.2 Effects of digesting time on reducing sugar and total sugar contents w ith digesting time

2.3 過濾對發(fā)酵影響

圖3顯示了海帶液過濾前后發(fā)酵情況。從圖3（a）可以看到，經(jīng)滅菌后的未過濾海帶液總糖比過濾的總糖質(zhì)量濃度大0.2 mg／mL，在之后的發(fā)酵過程中，總糖含量下降，到24 h后，由于釀酒曲中多種微生物共同作用，與褐藻膠緊密結(jié)合的碳水化合物溶于溶液中，總糖含量明顯增加，而后持續(xù)下降。經(jīng)滅菌后，過濾海帶液和未過濾海帶液的還原性糖含量無明顯差別，這表明過濾對還原性糖的初始值影響不大。由于根霉菌具有較強(qiáng)的糖化力和液化力［16］，當(dāng)發(fā)酵一段時間后，其轉(zhuǎn)化的還原性糖大于發(fā)酵消耗的還原性糖，還原性糖濃度開始上升，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，還原性糖濃度持續(xù)下降。

圖3 海帶液過濾與未過濾處理后的發(fā)酵情況Fig.3 Results of fermentation after kelp liquid w ith and w ithout filtration and no treatment

發(fā)酵初期主要由釀酒酵母直接利用易發(fā)酵的原始還原性糖作為發(fā)酵底物，因此過濾海帶液和未過濾海帶液發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇含量接近（圖3（b））。但隨著發(fā)酵的進(jìn)行，乙醇的產(chǎn)生需要根據(jù)根霉的水解和糖化能力。釀酒曲中微生物的作用與底料濃度有密切關(guān)系，在一定范圍內(nèi)，微生物生長量和酶反應(yīng)速度均隨著底料濃度的增加而成正比的增大。由于未過濾的海帶液底料濃度比過濾的高，因此，未過濾海帶液中的微生物生長量大，酶濃度高，代謝快，還原性糖消耗快，產(chǎn)生更多乙醇。在40 h時后，過濾的海帶液的乙醇含量幾乎保持不變，而未經(jīng)過過濾的海帶液發(fā)酵的乙醇濃度則繼續(xù)增加，并在160 h達(dá)到最大值0.232 mL／L。

褐藻膠黏性較大，4層紗布過濾海帶液可將大多褐藻膠及相應(yīng)的纖維素去除。釀酒曲中含多種酶及微生物，在發(fā)酵的過程中，主要成分的微生物根霉可產(chǎn)纖維素酶，能利用轉(zhuǎn)化海帶中的纖維素。因此，未過濾的海帶液能進(jìn)一步利用纖維素發(fā)酵得到較高的乙醇濃度。這個實驗結(jié)果表明，過濾不利于發(fā)酵得到較高的乙醇濃度。

2.4 最佳發(fā)酵條件的確定

采取添加0.2 g Na2CO3于65℃恒溫水浴中1 h的預(yù)處理，不過濾直接進(jìn)入優(yōu)化條件試驗。為了確定最優(yōu)化的發(fā)酵條件，選擇發(fā)酵溫度、初始pH、發(fā)酵液體積和基質(zhì)濃度4個基本參數(shù)，作為控制因子進(jìn)行海帶發(fā)酵的正交試驗。表3列出了各正交試驗的乙醇含量。

從表3可以看出，各正交試驗組乙醇含量隨時間呈現(xiàn)出不同的變化趨勢，其中，9號試驗產(chǎn)生的乙醇體積濃度最大，在160 h時達(dá)0.728 5 mL／L，相當(dāng)于100 g干海帶產(chǎn)3.84 g乙醇；其次是試驗10，在24 h時乙醇體積濃度為0.630 8 mL／L（100 g干海帶產(chǎn)3.99 g乙醇），特別是試驗13，雖然在112 h時達(dá)到的最大乙醇體積濃度為0.537 2 mL／L，沒有試驗9和試驗10那樣高，但是卻獲得了全部試驗的最大產(chǎn)率：100 g干海帶可產(chǎn)4.25 g乙醇。

表3 正交試驗結(jié)果Table 3 Results of orthogonal experiment

表4列出了各正交試驗乙醇最大含量的極差分析結(jié)果，表4給出的數(shù)據(jù)顯示，對于溫度因素，第3水平34℃的T3值為1.622 5，明顯大于該因素的其他水平值；對比初始pH一列的各Ti值大小，可以確定該因素的最佳水平為初始pH＝6.5（T1＝1.743 7）；同理，分別對比發(fā)酵液和基質(zhì)濃度的Ti值，可得到發(fā)酵液為第4水平200 mL時（T4＝1.675 4）以及基質(zhì)濃度為第4水平的0.15 g／L時（T4＝1.895 3）效果最佳。這表明，在此試驗范圍內(nèi)，最優(yōu)的發(fā)酵條件：34℃、初始pH 6.5、發(fā)酵液體積200 mL和基質(zhì)質(zhì)量濃度0.15 g／L。

在溫度、初始pH、發(fā)酵液和基質(zhì)濃度4個因子中，極差（R）大小的排序：初始pH（R＝0.351 9）、溫度（R＝0.271 2）、基質(zhì)濃度（R＝0.265 6）、發(fā)酵液（R＝0.194 7）。從R值的這個排序可知：在海帶制取乙醇發(fā)酵過程的各影響因素中，發(fā)酵液的初始酸堿度是最重要的，其次是發(fā)酵溫度和基質(zhì)濃度，來自發(fā)酵液體積的影響程度相對較小。

表4 釀酒曲正交試驗各組乙醇最大含量的極差分析Table 4 Range analysis of themaximum ethanol content by Angel Distiller′s yeast in different groups of orthogonal experiments

F檢驗結(jié)果也表明（表5），在顯著水平為0.025時，初始pH、溫度及基質(zhì)濃度對乙醇含量影響顯著，而發(fā)酵液體積對乙醇含量影響不顯著；當(dāng)顯著性水平為0.05時，這4個因子對乙醇生產(chǎn)濃度的影響都比較顯著。

根據(jù)正交試驗確定的最佳條件，進(jìn)行海帶發(fā)酵制取乙醇試驗，圖4顯示了用基質(zhì)質(zhì)量濃度為0.15 g／L的發(fā)酵液200 mL，以初始pH為6.5和34℃下進(jìn)行發(fā)酵制取乙醇的情況，從圖4可知：發(fā)酵進(jìn)行24 h時，乙醇體積濃度達(dá)到最大值，為0.787 3 mL／L。如果除去釀酒曲自身產(chǎn)出的乙醇，這時，乙醇的產(chǎn)率相當(dāng)于4.09 g乙醇（以100 g海帶計）。以海帶批發(fā)價3元／kg，乙醇7 500元／t［17］計算，本文的乙醇產(chǎn)值仍低于生產(chǎn)成本，但可結(jié)合褐藻膠和生物碘的提取共同開發(fā)以降低成本和增加產(chǎn)值。隨著發(fā)酵時間的延長，乙醇的濃度迅速降低，當(dāng)60 h后，乙醇體積濃度在0.1～0.2 mL／L之間波動。乙醇濃度在發(fā)酵24 h達(dá)到峰值后開始下降，說明酵母開始消耗乙醇，一般只有當(dāng)糖類質(zhì)量濃度下降至4 mg／L時才出現(xiàn)這種情況，但此臨界濃度隨酵母菌種、培養(yǎng)條件等不同而有所不同［18］。實驗中海帶基質(zhì)濃度很低是峰值乙醇濃度值不高的最主要原因，可考慮液化降黏和補(bǔ)料措施提高乙醇濃度，并維持較高濃度。

表5 發(fā)酵正交試驗方差分析Table 5 Analysis of variance of orthogonal experiments

圖4右上角小圖顯示了釀酒曲與海帶＋釀酒曲的總糖和還原性糖隨發(fā)酵時間的變化。從圖4右上角小圖中可以看到，發(fā)酵劑釀酒曲中的還原性糖和總糖的起始質(zhì)量濃度分別為0.017 7和0.176 4 mg／mL，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，還原性糖和總糖濃度快速下降到較低水平，對海帶制取乙醇的貢獻(xiàn)值不大。在海帶＋釀酒曲中，還原性糖和總糖的起始質(zhì)量濃度分別為0.075和2.3 mg／mL，在0～24 h的發(fā)酵時間內(nèi)，總糖濃度上升，隨著發(fā)酵時間的延長，總糖濃度逐漸減少，但發(fā)酵進(jìn)行到64～112 h時，總糖濃度再次上升，此時，發(fā)酵液從原來的稠黏狀轉(zhuǎn)變?yōu)榱税肓黧w狀液體，pH也明顯下降，這可能是隨著發(fā)酵的進(jìn)行，原黏附在褐藻膠上的糖分進(jìn)入發(fā)酵液中，反映了發(fā)酵液的環(huán)境因素對總糖濃度產(chǎn)生的影響。在發(fā)酵0～24 h時，還原性糖濃度明顯上升，這一方面是由于釀酒曲中含有還原性糖，在加菌的同時增加了發(fā)酵液的還原性糖，另一方面是釀酒曲中根霉菌的糖化作用，將溶液中的多糖轉(zhuǎn)化為單糖，從而使還原性糖大于其發(fā)酵的消耗量。隨著發(fā)酵時間的延長，還原性糖濃度逐漸下降。

圖4 優(yōu)化條件的發(fā)酵情況Fig.4 Ferm entation under the optimum conditions

3 結(jié) 論

在預(yù)處理試驗中，向海帶液中加入一定量的Na2CO3，可明顯地提高消化液中的還原性糖和總糖濃度，且適宜的Na2CO3劑量為0.3 g。預(yù)處理時間和溫度會影響海帶的消化反應(yīng)，影響總糖和還原糖的溶出。消化溫度對還原性糖的含量影響較小，而對總糖含量的影響較大，65℃條件下的消化效果明顯優(yōu)于常溫消化。65℃條件下，預(yù)處理60 min時，還原性糖和總糖相對較高。海帶液經(jīng)過濾后總糖含量相應(yīng)降低，未過濾的海帶液發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇濃度明顯高于過濾液產(chǎn)生的乙醇濃度。

對于消化預(yù)處理，釀酒曲發(fā)酵海帶制取生物乙醇的最佳條件：溫度34℃、初始pH 6.5、發(fā)酵液體積為200 mL和基質(zhì)質(zhì)量濃度0.15 g／L。在顯著性水平為0.05時，發(fā)酵基質(zhì)濃度、發(fā)酵恒溫培養(yǎng)溫度、滅菌前起始pH和發(fā)酵液體積4個因子對乙醇含量的影響都比較顯著，其中，發(fā)酵液的初始酸堿度是最重要的，其次是發(fā)酵溫度和基質(zhì)濃度，發(fā)酵液體積的影響程度相對較小。在優(yōu)化條件下，海帶發(fā)酵24 h時可得到最大乙醇含量產(chǎn)量4.09 g（以100 g海帶計）。

［1］ Goh C S，Lee K T.A visionary and conceptual macroalge?based third?generation bioethanol（TGB）biorefinery in Sabah，Malaysia as an underlay for renewable and sustainable development［J］. Renew Sustain Energy Rev，2010，14（2）：842?848.

［2］ Park J I，Lee JW，Sim S J，et al.Production of hydrogen from marine macro?algae biomass using anaerobic sewage sludge microflora［J］.Biotechnol Bioprocess Eng，2009，14（3）：307?315.

［3］ 紀(jì)明侯，張燕霞.我國經(jīng)濟(jì)褐藻的化學(xué)成分研究：各種經(jīng)濟(jì)褐藻的主要成分［J］.海洋與湖沼，1962，4（3／4）：161?168.

［4］ 季仲強(qiáng).近岸海域氮磷污染生態(tài)修復(fù)與大型海藻生物能源提取研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2011.

［5］ 張志奇，翁煥新.海帶發(fā)酵生產(chǎn)乙醇及其影響因素的控制研究［J］.能源工程，2006（6）：9?15.

［6］ Lee S M，Lee J H.The isolation and characterization of simultaneous saccharification and fermentation microorganism for Laminaria japonica utilization［J］.Bioresour Technol，2011，102：5962?5967.

［7］ Wargacki A J，Leonard E，Win M N，et al.An engineered microbial platform for direct biofuel production from brown macroalgae［J］.Science，2012，335（6066）：308?313.

［8］ 徐穎宣，徐爾尼，馮乃憲，等.微生物混菌發(fā)酵應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.中國釀造，2008（9）：1?4.

［9］ 紀(jì)明侯.海藻化學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，1997：208?354.

［10］ 張彩瑩，肖連冬.生物化學(xué)實驗［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：21?23.

［11］ 邵雪嶺，毛歆，郭一清.生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗指導(dǎo)［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2003：159?160.

［12］ 魏冬梅，張艷芳，張予林.利用比色法測定葡萄酒的酒精度［J］.食品工業(yè)，2001（4）：45?46.

［13］ 馬美范，王君高.比色法測定醬油中乙醇含量［J］.中國調(diào)味品，1994（7）：26?27.

［14］ 陳正霖，高金誠，王學(xué)良.褐藻膠［M］.青島：中國海洋大學(xué)出版社，1989：70?71.

［15］ Vyrides I，Stuckey D C.Effect of fluctuations in salinity on anaerobic biomass and production of soluble microbial products（SMPs）［J］.Biodegradation，2009，20（2）：165?175.

［16］ 謝邦祥.農(nóng)家小曲酒釀造實用技術(shù)［M］.北京：金盾出版社，2003：21.

［17］ 中國化工網(wǎng).乙醇市場價格保持堅挺走勢［EB／OL］.［2012?09?23］.http：∥news.chemnet.com／item／2011?02?23／1506887.html.

［18］ 于景芝，陳堯燊，俞學(xué)鋒.酵母生產(chǎn)與應(yīng)用手冊［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2005：45.

The influencing factors and optim ization of ethanol production from kelp fermentation

XIA Tianhong，WENG Huanxin

（Institute of Environment＆Biogeochemistry，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China）

Kelp（Laminaria japonica）was acidified，homogenized，or digested，and then added into broth of Angel Distiller′s yeast for further fermentation.The influencing factorswere determined and optimized. The results showed that，the content of reducing sugar and total sugar could be increased by adding Na2CO3during pretreatment.The digestion temperature had more effect to the total sugar content than the reducing sugar content.Filtration raised concentration of ethanol.Among the factors affecting the ethanol production，the initial pH of fermentation was themost remarkable one，and fermentation temperature and initial kelp concentration came second.When the initial kelp concentration was 0.15 g／L，the fermentation temperature 34℃，the initial pH 6.5 and the volume of fermentation was 200 mL，the maximum ethanol concentration was reached，with the equivalent of 4.09 g ethanol per 100 g kelp.This work provides scientific basis and technical support for finding an operational path in ethanol production from kelp fermentation.

ethanol；fermentation；kelp

TQ517

A

1672-3678（2013）06-0001-08

10.3969／j.issn.1672-3678.2013.06.001

2012-10-20

國家自然科學(xué)基金（40873058）

夏天虹（1987—），女，四川宜賓人，碩士研究生，研究方向：生物質(zhì)乙醇；翁煥新（聯(lián)系人），教授，E?mail：gswenghx＠zju.edu.cn