我国广西地区广泛种植木薯,近年来以木薯为原料的燃料乙醇生产取得重大成果,但浓醪发酵酒度仅达到14%(v/v)左右且残糖高、发酵周期长。为了解决浓醪发酵过程的一系列问题,实现高浓度酒精发酵,本试验以高产酒精酿酒酵母GGSF16为菌种,采用YEPD(Yeast Extract Peptone Dextrose Medium)替代木薯滤液作为模式发酵培养基,进行高浓度酒精分批补料发酵试验,试图建立一套有效的分批补料发酵策略,为后期木薯等的补料发酵提供试验依据。本试验研究内容及结果如下:(1)高浓度酒精分批补料发酵初始糖浓度的选择研究了340 g/L总糖浓度及不同初始糖浓度(200、220、240、260 g/L)分批酒精发酵过程,结果表明:初糖340 g/L酒精发酵出现残糖高、发酵时间延长及总糖发酵效率低的主要原因是发酵初期高浓度糖对酵母细胞的抑制;不同初糖浓度分批发酵结果表明,在较低初糖浓度范围内时,酵母细胞在糖耗尽时仍具有较高的发酵能力,当初糖240 g/L发酵时,发酵效率达到最大为91.95%,乙醇产率较高且对细胞抑制作用较小,适宜作为高浓度酒精分批补料发酵的初始糖浓度。(2)高浓度酒精分批补料发酵时机及补料液组分研究采用亚甲基蓝还原法(MBRT)研究分批酒精发酵过程酵母活力,结合糖消耗及乙醇生成确定了酒精补料分批发酵的补料时间点。结果表明:亚甲基蓝还原试验评估酒精发酵过程发酵液酵母活力并作为补料时间指标是有效可行的,在对数中期(约10 h)亚甲基蓝脱色斜率最大,此时进行补料发酵效果最好,发酵终点乙醇浓度、乙醇产率和总糖发酵效率均达到最高值,分别为152.28±2.37 g/L,2.46±0.04 g/(L·h)和89.84%;摇瓶分批补料发酵的补料液组分试验结果表明:补料液中加入酵母膏及蛋白胨能够补充酵母细胞维持高活力所需的营养物质,与补加纯糖液相比发酵周期缩短了12 h,乙醇产率提高了约20.5%。(3)高浓度酒精分批间歇补料发酵试验研究了不同补料方式摇瓶分批间歇补料发酵过程,结果表明:一次补料发酵会引起发酵环境的巨大波动并对菌种有较大的稀释作用,造成发酵总体效率较低(76.09%)。二次补料具有更高的发酵效率(77.46%),但补料时间不宜过晚,否则后期菌体活力降低,葡萄糖利用速率变慢,最终造成发酵效率低(75.98%)且残糖较高(4.1 g/L)。多次间歇补料效果优于二次补料,最终乙醇浓度及总糖发酵效率分别达到140 g/L和80.02%。分多次补加能避免补料对发酵环境产生大的影响,但在摇瓶分批间歇补料中,补料次数过多会导致发酵环境波动频繁,降低补料阶段的发酵效果,但多次补料发酵效果最好,因此可考虑进行连续补料发酵。(4)高浓度酒精5 L罐分批连续补料发酵试验研究了分批连续恒速补料、分批连续变速补料发酵及根据糖消耗水平的连续补料发酵过程,结果表明:相对于高浓度酒精分批发酵,以恒定速率补料最终发酵周期缩短了24 h,乙醇产率及总糖发酵效率分别提高了约64.1%、9.5%;变速补料发酵明显优于恒定速率补料,变速补料(方式1)的乙醇产率和总糖发酵效率相比恒速补料分别提高了6.5%、4.2%;根据糖消耗能力确定的变速补料方案能够最大限度提升酵母的发酵能力,避免不适宜的补料造成的残糖浓度过高问题,最终乙醇浓度及总糖发酵效率分别达到143.52 g/L、83.96%,与分批发酵相比分别提高了17.6%、18.5%。