基本信息
- 项目名称：
- 白酒原料造柴油--大曲华根霉在白酒及生物柴油中的应用
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 为解决化学香精香料己酸乙酯给白酒带来的食品安全问题。本团队在国内首次结合培养和未培养技术从中国大曲中筛选到一株高效的酯合成真菌—华根霉。华根霉可在正庚烷中催化高浓度（2.4mol/L）的己酸与乙醇合成己酸乙酯，转化率高达92.5%。华根霉“生物法生产己酸乙酯”技术已经在江苏洋河酒厂实现了应用。合成己酸乙酯和生物柴油的化学本质相同，均是酯合成反应。利用诱变技术，使华根霉脂肪酶酶活从39 U/g提高至400 U/g，使得华根霉具备了无溶剂体系中合成生物柴油的条件。华根霉对地沟油及大豆油合成生物柴油的转化率分别达到80%和87%，当以麻疯籽油为原料时，转化率高达94%。经过成本核算，生产一吨生柴油酶的成本仅需168元，性价比要远高于国外商品化酶。作品不仅为解决白酒勾兑中的安全问题提供了一套方案，而且创造性的将白酒微生物用于新能源的生产，为生物柴油的生产提供了国内第一个具有自主知识产权的菌种，达到了一举两得的目的。
- 详细介绍：
- 白酒勾兑的原料大多是化学法生产的香精香料，其中用量最大的是己酸乙酯，然而化学法生产的己酸乙酯需要高温、高压、强碱，在食品安全性上有很大缺陷：易使白酒产生絮状沉淀；产品纯度不高，给白酒带来异味；造成环境污染。近年来随着生物技术的进步，微生物酶法合成己酸乙酯有望取代化学合成工艺。微生物酶法生产的己酸乙酯被认为是天然产品，绿色健康。但是当前用于白酒中合成己酸乙酯的报道却很少，尤其是菌种极其匮乏。寻找合适的酯合成菌种成为关键所在。 当今社会化石能源日渐减少，可再生能源的开发十分迫切。生物酶法生物柴油因低能耗、副产物再利用、环境友好被认为是一种极具前景方法。国内很多研究者都对生物柴油的生产做了很出色的工作，但是所采用的生物催化剂均为商品化的菌种或者酶制剂，具有自主知识产权的用于合成生物柴油的菌种极其匮乏。因此，筛选酯合成生物柴油的菌种也是当务之急。 “中国大曲”正是我们的答案所在，它是天然的微生物宝库，里面含有众多的具有酯合成作用的菌种。合成己酸乙酯和生物柴油的化学本质相同，均是酯合成反应，因此，合成己酸乙酯的菌种同样可能用于生物柴油的生产。 本作品在国内首次利用PCR-DGGE（聚合酶链式反应-变性梯度电泳）未培养技术和常规分离技术，从中国大曲中筛选得到一株可以高产己酸乙酯的真菌—华根霉。利用华根霉在正庚烷中生物催化合成了酒用己酸乙酯，底物浓度达到2.4mol/L，转化率达到了92.5%。采用华根霉实现了富含己酸乙酯的洋河“调味酒”的放大生产。国家评委一直认定利用华根霉生产的“调味酒”进行白酒调香后的洋河大曲，实现了酒体质量的提升，并降低了成本。对华根霉进行诱变处理之后，华根霉脂肪酶活从39 U/g提高至400 U/g。改造后的华根霉脂肪酶应用于生物柴油的生产，对地沟油及大豆油的转化率分别达到80%、87%，当以麻疯籽油为原料时，最高转化率甚至达到了94%，可媲美市场上处于垄断地位的诺维信公司的Novo435和日本田野公司的Amano PS-C，经过成本核算，生产一吨生柴油酶的成本仅需168元，性价比要远高于以上商品酶。华根霉脂肪酶初步解决了酶法生产生物柴油的催化剂成本太高的瓶颈，具有良好的发展前景。 作品创造性的将白酒微生物用于新能源的生产，不仅为解决白酒勾兑中的安全问题提供了一套方案，而且为生物柴油的生产提供了国内第一个具有自主知识产权的菌种，达到了一举两得的目的。作品从菌种筛选、工艺优化、工厂应用、菌种诱变、产物提取等几个方面对华根霉合成己酸乙酯和生物柴油做了详尽的说明。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的： 1、解决化学香精香料-己酸乙酯给白酒带来的食品安全性问题。2、生物技术改造大曲功能微生物，筛选并开发具有合成生物柴油功能的脂肪酶，解除国内用于生产生物柴油的催化剂的进口依赖性。 基本思路： “中国大曲”是天然的微生物宝库，含有众多具有酯合成作用的菌种。合成己酸乙酯和生物柴油的化学本质相同，均是酯合成反应。因此，合成己酸乙酯的菌种同样可用于生物柴油的生产。本作品通过PCR-DGGE未培养方法研究大曲优势微生物群落信息的基础上，从中国大曲中筛选到可以高产己酸乙酯的真菌—华根霉，诱变处理后用于生物柴油的生产，最高转化率达到了94%，具有工业化的可能性。 创新点： 1、从大曲中筛选得到生物法生产己酸乙酯的关键菌种-华根霉，并结合工厂实际开发了用于勾兑的“洋河调味酒”的生产工艺。2、填补了国家在采用自主知识产权的高效菌株生产生物柴油这一领域的空白。 技术关键： 1、PCR-DGGE未培养技术可检测到环境中0.1%的微生物。2、离子束诱变、油质诱导和载体固定化等技术，提高脂肪酶酶活。 主要技术指标： 1、在高底物浓度2.4mol/L下,合成了的得率为92.5％的己酸乙酯；以酒厂成本低廉的原料如黄水、酒糟等为底物，在10立方米发酵罐中酯合成得到了华根霉调味酒。2、改造之后的华根霉全细胞脂肪酶酯合成活性从39U/g提高到400 U/g。在无溶剂中，生物柴油得率提高到86%以上，以麻疯籽为原料时，最高转化率甚至达到了94%。
科学性、先进性
- 1、首次结合培养和未培养方法系统研究中国大曲微生物群落结构。PCR-DGGE未培养技术的应用突破了传统培养技术分离鉴定微生物的局限性，为筛选优势微生物提供参考。 2、首次将微生物（华根霉）应用于洋河调味酒的生产，成为提高洋河白酒口感和安全性的有效方法。经过国家级评酒师鉴定，比同类调味酒的口感和调香效果高出一个档次。 3、华根霉脂肪酶经过改造之后，酶活从39 U/g提高至400 U/g，可以媲美诺丹麦维信公司的Novo435和日本天野公司的Amano PS-C，尤其在生产生物柴油方面性价比要远高于以上两种商品酶，具有广阔的市场前景。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试
技术转让方式
- 专利
作品可展示的形式
- 实物、产品，现场演示，图片，样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点：基础雄厚，技术壁垒高，成本低收益高，可延续性强。 适用范围：国内白酒企业和生物柴油企业 推广前景及经济效益预测： 白酒每年的工业产值超过一千亿，市场潜力巨大，利用白酒大曲功能微生物资源，可为白酒行业创造巨大经济效益。 华根霉调味酒按0.18%加入到商品酒中，每吨商品酒需加华根霉凋味酒1.8kg，华根霉调味酒按8万元/t计算，则每吨商品酒需华根霉调味酒费用为1.8×80=144元。而每吨市售中档酒中香精香料费用一般为80元左右，由此可见每吨试验酒费用仅比市售中档酒多60-70元。但应用华根霉调味酒，可以去除新型白酒浮香，每瓶白酒提高10-20元/Kg，按此计算，每年可增加效益几亿元。 以中国石油与化学工业规划院官方对中国生物柴油产量进行了预测，到2020年我国生物柴油产量将达到800万吨，如果这些生物柴油都由酶法生产的，那么就会有将近300亿元的巨大市场。生物柴油必将实现突破，其潜力十分巨大。
同类课题研究水平概述
- 一、白酒方面 国外： 白酒是我国特有的传统饮料酒，其工艺独特，成分复杂，因此国外对白酒的研究非常有限。目前发表的一些有关白酒的英文文章主要由我国一些白酒专家撰写，研究方向主要集中在利用GC-MS、GC-O等先进仪器对中国白酒复杂风味的定性及定量分析。 国内： 70年代初期，周恒刚等在白酒窖泥中首次分离出了己酸菌，通过己酸菌的接种可以使窖池底部大量积累己酸，为主体香己酸乙酯的合成提供前体。但己酸乙酯的合成除了需要前体酒精及己酸外，还需要脂肪酶的催化。生物合成白酒勾兑用己酸乙酯关键是筛选到源于酿酒环境的高产脂肪酶菌株，李燕等筛选到的根霉、刘伟英等筛选到的细菌等均可在有机相中催化合成己酸乙酯，但转化率普遍偏低，成为工业化应用的瓶颈。 二、生物柴油方面 国外： 日本神户大学Hideki Fukuda 教授为中心的研究小组从1988年开始就对全细胞真菌催化油脂改性进行了研究，主要对生物柴油的合成做了广泛的研究。Yuji Shimada 教授为中心的大坂市立技术研究院研究小组主要从事有关脂肪酶用于油脂深加工的运用，包括油脂多产物分离，生物柴油生产等。 国内： 我国开展的酶法生产生物柴油的研究工作主要集中在各大高校等研发单位，基本处于实验研究阶段。清华大学刘德华课题组采用乙酸甲酯代替甲醇酶法生产生物柴油的研究已经申请了多项专利，其实验最终脂肪酸甲酯得率最高可以达到90%以上，反应批次达到了100多次，该课题组还对反应的机理和动力学进行了研究。北京化工大学谭天伟课题组采用生物酶法制备生物柴油技术也已经获得一定成果，其实验最终转化率可达92%，目前正在进行中试实验。 虽然各相关课题组进行酶法生产生物柴油的转化效果都较好，但是其或者采用商品化酶，或是采用有机溶剂体系，无疑这大大增加了生物柴油的制备成本，工业化的可能性很小。
