白酒糟水解液中丁醇发酵抑制物的筛选及其对丁醇发酵的影响

白酒糟经酶解后可作为丁醇发酵的优良原料,但其水解液中含有的抑制物质会对丁醇发酵造成影响。该研究利用Ca(OH)2对酒糟水解液进行脱毒处理。采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术对酒糟水解液中的主要成分进行分析,并应用多元统计分析方法确定主要的抑制物质种类。结果表明,酒糟水解液中共检测出18种化合物,其中酸类和酯类含量最高,分别为232.81 mg/L和126.69 mg/L。用Ca(OH)2脱毒处理表明对酸类和酯类物质的去除率最高,分别达到38.2%~78.9%和83.1%~93.3%,最佳脱毒条件为pH 10,25℃处理1 h。结合主成分分析(PCA)和偏最小二乘分析(PLS)结果,油酸乙酯、亚油酸乙酯、棕榈酸乙酯、棕榈酸、己酸是丁醇发酵的显著负相关因子。潜在抑制物单因素试验结果表明,己酸添加量达800 mg/L时,对丁醇发酵有显著抑制作用(P<0.05),其他四种物质对其没有显著影响(P>0.05)。五类物质(等量混合)添加量达400 mg/L时,其对丁醇发酵具有协同抑制作用(P<0.05),丁醇含量相比于对照组减少了29.1%。综上,两种酸类和三种酯类物质是酒糟水解液中的潜在抑制物,其协同作用抑制了丁醇发酵。

玉米秸秆水提-甘油协同蒸汽爆破预处理及其丁醇发酵研究

【目的】构建玉米秸秆水提-甘油协同蒸汽爆破预处理技术体系,利用预处理玉米秸秆非水洗水解液中的甘油和葡萄糖共发酵生产丁醇。【方法】分别对玉米秸秆进行蒸汽爆破、水浸润蒸汽爆破、甘油协同蒸汽爆破及水提-甘油协同蒸汽爆破,研究不同预处理对玉米秸秆残渣中三素含量(纤维素、半纤维素和木质素)及纤维素酶解效率和葡萄糖产量的影响;利用巴氏梭菌(Clostridium pasteurianum)CICC10391对含甘油玉米秸秆水解液进行厌氧瓶发酵生产丁醇,同时研究玉米浆对丁醇发酵的影响,并进行5 L发酵罐扩大发酵试验。【结果】经水提-甘油协同蒸汽爆破预处理后,玉米秸秆纤维素酶解效率达89.7%,葡萄糖产量为280.8 g·kg^(-1),较单独蒸汽爆破预处理分别提高68.9%和69.8%;巴氏梭菌CICC10391可同时利用水解液中的葡萄糖和甘油发酵生产丁醇,利用率分别为100.0%和78.9%,发酵50 h后,丁醇产量达到7.3 g·L^(-1)。【结论】实现了水提-甘油协同蒸汽爆破预处理玉米秸秆的高效酶解及含甘油水解液发酵生产丁醇,为利用玉米秸秆和生物柴油副产物甘油高值转化丁醇提供了技术支撑。

酒糟水解液中己酸对丁醇发酵的影响及脱毒策略评价

浓香型白酒糟水解液中含有高浓度的己酸,不经处理直接发酵会显著降低丁醇产量。该文研究了己酸对酒糟水解液发酵生产丁醇的影响,并结合层次分析法探索不同己酸浓度下的最优脱毒方法。结果表明,酒糟水解液中己酸质量浓度最高达到0.47 g/L,且随着己酸浓度的升高,其对丁醇发酵的抑制作用显著增强。超过0.2 g/L的己酸即会造成发酵过程中菌体量下降,糖利用率降低,丁醇和总溶剂产量显著下降。当己酸含量低于0.4 g/L时,经过生物炭处理的酒糟水解液的丁醇产量与对照组相当,且成本更低,是最优的己酸脱毒方法;而己酸含量达到0.6与1.1 g/L时,活性炭对己酸的去除率分别为80.0%和76.3%,远高于阴离子树脂与生物炭处理方法,是中、高浓度己酸最优的脱毒方式。该研究结果为白酒糟综合利用生产丁醇提供了参考。

原料碳氮比对丁醇发酵两阶段发酵性能的影响

在丙酮丁醇发酵的产酸期和产溶剂期两阶段,向葡萄糖质量浓度固定的培养基中添加不同质量浓度酵母浸粉,比较了不同碳氮比培养下的丙丁梭菌在相应阶段产气、耗糖、产有机酸、发酵相转型和产溶剂等发酵性能的差异.结果表明,在产酸期,适中的碳氮比（46.7-93.4 mol/mol）能够保证菌体以正常速度生长,不至于过分刺激或是抑制有机酸的合成,使发酵顺利完成相转型,有利于缩短发酵周期;在产溶剂期,较高的碳氮比（93.4-186.7 mol/mol）可以有效抑制副产物溶剂丙酮和乙醇的积累,且保持丁醇产量达到12g/以上,从而获得较高的丁醇/总溶剂比例.继而再利用玉米粉、木薯粉和豆饼粉3种含碳氮比差异较大的生物质原料进行丙酮丁醇发酵,验证了上述关于原料碳氮比对丁醇发酵各阶段发酵性能影响效应的结论.

丙酮-丁醇发酵分离耦合技术的研究进展

介绍了近年来采用吸附、气提、液液萃取和渗透汽化从丙酮-丁醇发酵体系中分离丙酮、丁醇、乙醇的研究进展及最新的应用动态,评述了上述几种方法在分离丙酮-丁醇发酵产物(丙酮、丁醇、乙醇等)方面的优点和不足,并对各类方法做了比较,最后对丙酮-丁醇发酵分离耦合的发展方向进行了展望。

丙酮-丁醇发酵生产菌的快速筛选方法

建立了高效丙酮-丁醇生产菌的快速筛选方法,采用氮离子注入诱变技术选育丙酮-丁醇发酵生产菌,以2-脱氧-D-葡萄糖作为抗代谢阻遏物,筛选高淀粉酶活性的突变株.首次根据丙酮-丁醇发酵代谢途径中先产酸后产溶剂及高活力厌氧发酵细胞具有较强还原力的特点,设计了溴甲酚绿和刃天青2种筛选平板,所筛突变株经发酵验证丁醇和总溶剂产生能力均有显著提高,I4-28突变菌株总溶剂产量和丁醇产量分别较出发菌株提高了27.96%和40.66%,丁醇/总溶剂比由63.39%提高到71.94%,突变菌株具有较好的传代稳定性.

丙酮丁醇发酵的研究进展及其高产策略

从代谢机理的阐明、生产菌种的改良和发酵工艺的改进3个方面综述了丙酮丁醇发酵近年来的研究进展。针对丙酮丁醇发酵工艺中存在的问题,提出高丁醇耐受性菌种的选育、高丁醇比例菌种的选育、发酵细胞的高效利用、发酵与高效低能耗分离工艺的耦合等高产策略。

玉米秸秆水解液燃料丁醇发酵条件优化研究

对丙酮丁醇梭菌CICC8016发酵玉米秸秆水解液生产燃料丁醇的工艺条件进行了优化,其最佳工艺条件是:接种量10%、装液量100mL(总容量150mL)、种龄24h、初始pH6.0、发酵时间60h,添加1.3g/L麸皮。在此工艺条件下,玉米秸秆水解液的初始糖浓度为25g/L时,总溶剂(丙酮、丁醇、乙醇,ABE)产量为6.72g/L,其中丁醇4.54g/L,丁醇比例占67.5%,总糖利用率达87.61%,其中木糖利用率为78.37%。

玉米秸秆预处理后的酶水解及丁醇发酵

[目的]寻求玉米秸秆预处理后的最佳酶解工艺条件。[方法]采用碱浸泡法和氨水浸泡法对玉米秸秆进行预处理，考察预处理方法以及温度、酶用量、pH值、底物浓度等因素对玉米秸秆酶水解的影响，得出最佳酶解条件，并利用最佳条件下的水解液进行丁醇发酵。[结果]碱法预处理玉米秸秆能有效地提高酶的水解效率。玉米秸秆经过预处理后的最佳酶水解工艺条件为：pH值4．5～5．0，温度50℃，底物浓度3．33％，酶用量950U／g秸秆。利用秸秆水解液进行丁醇发酵后，溶剂（丁醇、丙酮、乙醇）的产率比值为10．O：1．5：1．0，与传统发酵（6：3：1）相比，提高了丁醇所占的比值。[结论]该研究为以木质纤维素为原料进行新能源的开发和利用验提供试验依据。

渗透汽化在丙酮-丁醇发酵制备燃料丁醇中的研究进展

20世纪末的能源危机和环境问题促使人们对生物质发酵制备燃料丁醇的探索和研究,其中渗透汽化膜分离技术因其高效、节能、环保、便于和发酵过程耦合等优点,在燃料丁醇制备的过程中发挥着重要的作用.综述了用于生物质发酵制备燃料丁醇过程中的渗透汽化疏水膜和亲水膜的研究进展,对丙酮-丁醇发酵-渗透汽化耦合工艺进行了综述和分析,并对该领域未来的发展趋势进行了展望.

汽爆秸秆膜循环酶解耦合丙酮丁醇发酵

利用新型的汽爆玉米秸秆膜循环酶解耦合发酵系统进行了丙酮丁醇发酵的研究,并对使用该系统所导致的丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum AS1.132)代谢的变化进行了讨论.在稀释率为0.075h-1的条件下,丁醇的产量为0.14g/g(纤维素+半纤维素),最大丁醇产率达到0.31g/(L-h),溶剂组成为丁醇:丙酮:乙醇65.3:24.3:10.4(体积比),纤维素和半纤维素的转化率分别为72%和80%,使用单位纤维素酶所产生的丁醇量为3.9mg/IU,是分步水解批次发酵的1.5倍.利用该系统使酶解和发酵分别在各自最适的条件下同时连续进行,减少了纤维素酶的用量,有效地解除了酶解产物对纤维素酶的抑制作用,并减轻了溶剂产物尤其是丁醇对微生物活性的影响,延长了发酵周期.

影响丙酮丁醇发酵的主要因素及解决方案的研究进展

制约丙酮丁醇发酵工业化生产的主要问题是丙酮丁醇梭菌在发酵过程中孢子的形成、溶剂产量低、副产物的生成以及丁醇对菌株的毒性等因素。此外,使用木质纤维素等廉价、环保的原料作为发酵底物生产生物丁醇也是目前研究的热点之一。本文就以上问题综述了近年来的研究进展,如孢子形成的分子机制及解除孢子形成与溶剂生成之间联系的途径,丁醇抑制梭菌细胞生长的机制及降低丁醇毒性的方法,通过基因工程改造减少副产物的生成,增加丁醇产量等,并讨论了进一步改造菌种及降低生物丁醇成本的策略。

酶水解液的丁醇发酵条件优化研究

以酶水解液为发酵基质,采用Plackett-Burman设计法对影响丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicumCICC8008)厌氧发酵生产丁醇的15个因子进行筛选。结果表明,影响该菌的厌氧发酵的主要影响因子为CaCO3。在该基础上采用响应曲面法对CaCO3浓度、温度、时间3个因子的影响进行研究,得出多元二次回归方程拟合3种因素与丁醇产量间的函数关系,并根据优化结果与试验验证,当CaCO3浓度为5.04g/L,温度为35℃,时间为70h,丁醇发酵从初始发酵培养条件下的5.15g/L提高到6.20g/L,产量提高了20%。

基于果糖与葡萄糖不同混合比例的丙酮丁醇发酵

介绍了以不同底物的丁醇发酵结果,阐述了在以55g/L葡萄糖与果糖(1∶4)混合糖模拟菊芋物料为底物的丁醇发酵过程中存在果糖利用及丁醇产量较低等问题,研究了基于葡萄糖与果糖不同混合比例(1∶2、2∶3、3∶2及3∶1)的丁醇发酵性能。研究结果说明了随着混合比例提高,发酵时间由76h缩短至48h,菌体最大生物量OD620由2.1提高至4.3,而当葡萄糖与果糖混合比例为1∶2时,发酵过程中菌体细胞对果糖代谢能力最佳,且终点残糖浓度仅为2.1g/L,果糖利用效率达到95.03%,丁醇及总溶剂产量分别达到9.7g/L与16.0g/L。

利用丙酮丁醇发酵废水偶联乙醇发酵的研究

研究以一株从自然环境中分离得到的酿酒酵母GXAS-BT9作为发酵菌株,利用丙酮-丁醇发酵的废液作为乙醇发酵的配浆用水,进行乙醇发酵。结果表明,GXAS-BT9菌株的乙醇发酵产率随着废液比例的升高而增加,使用100%废液作为配浆用水,玉米粉和木薯粉作为原料的乙醇产率分别达到14.27%vol和14.26%vol,比对照分别提高了14.7%和9.6%。将丁醇发酵与乙醇发酵偶联起来,实现了水的循环利用,同时大大减少了污水的排放量。

丙酮丁醇发酵过程关键酶活性研究

利用自行筛选的芽孢杆菌C2进行不同溶解氧环境的丁醇发酵试验,并对不同溶氧条件下微生物菌株胞内关键酶活性进行测定,以揭示溶氧对丁醇发酵的影响机制。结果表明:在兼性厌氧条件下丁醇和总溶剂的产量分别为9.50和13.02 g/L,比严格厌氧条件下丁醇(8.52 g/L)和总溶剂(11.74 g/L)产量分别提高了11.5%和9.01%。酶活性分析发现发酵对数期兼性厌氧条件下乙醇脱氢酶、丁醇脱氢酶、丁醛脱氢酶、乙酰乙酰辅酶A转移酶、乙酸激酶、丁酸激酶活性低于严格厌氧条件下其酶活性。然而发酵24 h之后,兼性厌氧条件下发酵的酶活性逐步升高,超越严格厌氧条件酶活性且持续增长至36 h后开始缓慢降低。芽孢杆菌C2的研究为生物丁醇的兼性厌氧发酵提供了宝贵的菌种资源和技术支撑。

硅橡胶渗透汽化复合膜在丁醇发酵中的应用

丁醇发酵受产物丁醇的抑制,产率和产物浓度低,过程经济性差,为减轻丁醇的抑制,制备了聚二甲基硅氧烷/聚偏氟乙烯(PDMS/PVDF)复合膜用于丙酮-丁醇-乙醇-水体系有机成分的分离。以分离因子和渗透通量为评价指标,考察了料液温度、质量分数和pH值对复合膜渗透汽化分离性能的影响。结果表明:料液温度升高能提高膜的分离性能;料液质量分数的增加能增大复合膜的总渗透通量和丁醇的分离因子,但丙酮和乙醇的分离因子则有所降低;料液pH值的影响不明显。将复合膜应用于丁醇发酵过程,进行丁醇发酵与分离的耦合,使淀粉利用率提高了51.2%,溶剂质量分数提高了87.3%,耦合阶段生产强度达到了1.33 g/(L.h),提高了73.7%,并且丁醇在渗透液中得到浓缩。因此,所制备的PDMS/PVDF复合膜能够应用于丁醇发酵过程,显著提高丁醇发酵过程的经济性。

玉米浆干粉在葡萄糖和木糖混合丙酮丁醇发酵中的应用

为降低丙酮丁醇梭菌发酵生产丁醇的成本,研究了以玉米浆干粉为氮、磷源等营养因子的单糖培养基发酵条件。结果表明:只需添加适量的玉米浆干粉,无需添加其它营养物质,以葡萄糖或葡萄糖与木糖混合糖为原料的培养基可以满足丙酮丁醇梭菌的生长及溶剂产生所需要的营养元素,50 g/L葡萄糖-2.5 g/L玉米浆干粉培养基溶剂转化率可以达到35.14%,总溶剂产量17.57 g/L,丁醇产量11.21 g/L。30 g/L葡萄糖+20 g/L木糖-2.5 g/L玉米浆干粉溶剂转化率可以达到33.66%,总溶剂16.83 g/L,丁醇11.10 g/L,为进一步研究木质纤维素原料水解液生产丁醇提供理论指导。

毛细管气相色谱法分析丙酮和丁醇发酵产物

建立了毛细管气相色谱法,测定丙酮和丁醇发酵产物中丙酮、丁醇、乙醇含量的方法。采用HP-INNO- WAX(19091N-236)毛细管柱(60m×0.251mm×0.50μm),氢火焰离子化检测器(FID),柱温程序升温,以高纯氮作为载气,流速1mL/min,分流比90:1,进样量1.0μL,以内标法定量。在确定的色谱条件下,乙醇、丙酮、丁醇线性关系良好,线性回归系数≥0.9993,平均回收率在99.2%～99.8%,相对标准偏差≤2.50%,最低检测限分别为0.10μg/mL,0.12μg/mL和0.20/μg/mL。该方法简单,灵敏度高,重复性好,结果准确,适合用于丙酮和丁醇发酵产物的检测。

氧化还原电位调控混合糖为底物的丁醇发酵

控制丁醇发酵过程中的氧化还原电位(oxidoreduction potential,ORP)能够大幅提高丁醇产量和果糖利用率,并降低终点有机酸浓度。实验考察了以葡萄糖和果糖混合糖为底物,通过泵入无菌空气控制ORP分别不低于-490、-460、-430及-400 mV丁醇发酵情况。其中,控制ORP不低于-460 mV时,丁醇和总溶剂产量分别达到13.19 g·L-1及19.71 g·L-1,相对于不控制ORP的丁醇自然发酵分别提高了139.38%及117.07%,残糖浓度降低至3.20 g·L-1,糖利用率高达94.18%。该调控策略有效地解决了以葡萄糖和果糖混合糖为底物的丁醇发酵过程中存在的残糖浓度高、丁醇产量低的问题。