外添少量电子受体强化丙丁梭菌丙酮-丁醇-乙醇发酵的丁醇合成

强化利用丙丁梭菌发酵生产丁醇的主要方法有:添加电子载体强化NADH再生速率、通CO气体抑制氢化酶活性、外添少量丁酸等。但是,上述方法存在着总溶剂产量低、精制成本高、辅料价格昂贵等缺点。本研究通过向丙酮-丁醇-乙醇(ABE)发酵液添加少量电子受体(Na_2SO_4/CaSO_4,2g/L),使得梭菌胞内的电子穿梭传递系统的电子流和质子流发生改变,较多电子e~–和质子H^+走向NADH合成途径,有利于丁醇合成;电子受体添加还可以促进对梭菌生存/丁醇合成的"有益"氨基酸、特别是缬氨酸的胞内积累/分泌,进一步强化了丁醇生产。在7L罐规模的发酵条件下、添加2g/L的电子受体Na_2SO_4,ABE发酵的丁醇浓度达到12.96g/L的最高水平,丁醇/丙酮比也有提高,分别比对照组提高35%和10%。添加Na_2SO_4等廉价电子受体提高了ABE发酵中的丁醇浓度,虽然提高幅度有限,但却可为利用发酵工程技术提高丁醇浓度和丁醇/丙酮比提供一种新的途径。

以甘薯为原料发酵生产丙酮-丁醇-乙醇的研究

【目的】研究以甘薯为原料发酵生产丙酮-丁醇-乙醇(ABE)的可行性。【方法】以本研究分离鉴定的丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)J-3-3为生产菌株,通过发酵培养基和发酵条件的优化,确定最佳的发酵工艺条件。发酵产物采用气相色谱的内标法测定。【结果】最佳发酵培养基组成:甘薯液化液初糖浓度为100g/L,豆粕8g/L,KH_2PO_4 0.8g/L,FeSO_4·7H_2O 0.06g/L。最佳发酵条件:温度37℃,初始pH自然(pH值为5.8),种龄22h,接种量10%。在此发酵工艺条件下发酵60h,溶剂产量达到最大,丙酮、乙醇和丁醇的产量分别为6.98g/L、1.16g/L和15.34g/L,总溶剂23.48g/L。【结论】研究结果表明,以甘薯为原料发酵生产丙酮-丁醇-乙醇是可行的,这为拓宽发酵法生产丙酮-丁醇-乙醇的原料来源以及甘薯的深加工提供了新的思路。

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.

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.

碳酸钾分离乙醇-丙酮-丁醇-水体系

测定了乙醇-丙酮-丁醇-水-碳酸钾体系在25℃时的液-液相平衡数据，结果表明, 有机物水溶液可简化为二元系处理, 可用Pitzer理论和Wilson方程对相平衡数据进行关联计算，计算值与实验值符合良好．采用碳酸钾分离乙醇-丙酮-丁醇-水体系，碳酸钾的脱水率高达95.6%．

丙酮-丁醇发酵过程软测量系统

在丙酮-丁醇发酵过程动力学模型的基础上,通过动态数据交换技术,结合组态王和VB软件开发了丙酮-丁醇发酵过程在线软测量系统。仿真结果表明,该系统能够对丙酮-丁醇发酵过程中的关键生物参数实现在线软测量,测量精度为0.221 8。

酸根离子对丙酮-丁醇清液发酵的影响

研究了酸根离子对以玉米淀粉为碳源进行丙酮-丁醇清液发酵时的影响规律。结果表明:SO32-抑制作用最强,且随该离子浓度的增加而增强。SO42-,Cl-,CO32-,Ac-,PO43-相对应的钠盐、铵盐质量浓度在0.2～1.0g/L发酵正常,其中溶剂产量最高达到22.091g/L,选择合适的浓度能起到一定的促进作用。SO42-,Cl-对应盐质量浓度增加到2.0g/L时,溶剂产量有所下降,另外3种酸根离子的影响作用不大。几种营养盐混合,在不同质量浓度下进行发酵,未添加亚硫酸盐的发酵正常,添加亚硫酸盐的发酵出现异常,溶剂产量很低,仅为1.806g/L,同样说明SO32-对丙酮-丁醇发酵具有强抑制作用。

酵母法处理丙酮-丁醇发酵废水研究

从实验室保藏的4株酵母中筛选出1株在丙酮-丁醇发酵废水中生长良好的酵母A,用来降低丙酮-丁醇发酵废水的有机物含量。通过正交实验,确定最佳发酵条件为:pH=5.5,250 mL三角瓶中装液量为40 mL,接种量为10%,温度30℃,摇床转速180 r/min,培养48 h。在此条件下COD总去除率可达到86.4%,并可得到干重为6.452g/L的菌体。处理后的废水全回用到丙酮-丁醇发酵,回用一次溶剂产量稳定,这样就可以减少50%的发酵用水量和废水排放量。

发酵罐水平的气提-萃取-发酵生产丁醇

在优化的萃取-发酵工艺基础上,研究补料、连续气提(氮气流速0.3L·min-1)对丁醇发酵的影响。结果表明:在7L发酵罐中,于传统丙酮丁醇发酵24h时,将油醇和癸醇按4∶1(v/v)混匀组成有机溶剂,按有机溶剂和培养基1∶5(v/v)加入到发酵液上方,并于24h从发酵罐底部持续通入惰性气体氮气,进行连续气提直至静置培养72h停止,有利于丁醇发酵,该气提-萃取-发酵工艺条件下,丁醇产量达16.39g·L-1,总溶剂产量达24.40g·L-1,比传统发酵分别提高了51.5%和35.7%;丁醇和总溶剂生产强度比传统发酵分别提高51.5%和35.7%,对丁醇的基质转化率提高了16.08%。

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、乙醇对丁醇渗透汽化性能的影响

考察了全硅沸石silicalite-1对丁醇-水、丙酮-水、乙醇-水、丙酮-丁醇-水、乙醇-丁醇-水5种体系中各溶剂的吸附作用。采用自制的silicalite-1/硅橡胶杂化渗透汽化透醇膜,研究了温度对丙酮、丁醇、乙醇分离性能的影响以及不同分离温度下丙酮、乙醇的浓度对丁醇、水渗透汽化性能的影响,结果表明丙酮和乙醇的存在会促进丁醇的透膜性。

利用非产溶剂梭菌合成生物丁醇研究进展

丁醇作为一种重要的大宗化学品和潜在的生物燃料在很多领域都有广泛的应用。化石燃料的枯竭和合成生物技术的进步重新引起了人们对生物丁醇生产的兴趣。传统的生物丁醇可以由产溶剂梭菌发酵多种碳源生产,其途径被称为丙酮-丁醇-乙醇途径。然而,其相对缓慢的生长速度、较低的丁醇耐受性和生产效率阻碍了其进一步应用。最近,研究者们对于一些其他有前景的工业宿主作为底盘生产丁醇进行了研究,包括酿酒酵母、大肠杆菌、酪丁酸梭菌等。该文全面总结了不同非产溶剂菌株用于生产丁醇的优势和挑战,以更好地确定用于生产丁醇的理想非溶剂宿主。此外,还提出了进一步提高丁醇产量的策略。

纤维素发酵中间体选择性制备轻质烯烃

定向合成生物基轻烯烃对促进化学工业的可持续发展具有重要意义.本文探究了利用纤维素发酵中间体(丙酮-丁醇-乙醇)选择性地制备轻烯烃的催化过程.该制备包括两步:生物质发酵制备丙酮-丁醇-乙醇和丙酮-丁醇-乙醇在Ce/SAPO-34催化剂表面选择性脱水获取轻烯烃.本文研究了催化剂活性中心和催化剂的稳定性,获得了高的丙酮-丁醇-乙醇转化率(91.9%)和高的烯烃选择性(86.1%).通过对丙酮-丁醇-乙醇中各组分的催化研究,提出了丙酮-丁醇-乙醇合成轻烯烃的反应路径.

PDMS膜生物反应器中ABE发酵的实验研究

采用PDMS膜生物反应器和丙酮丁醇梭菌进行了丙酮-丁醇-乙醇(ABE)发酵实验研究。进行了2轮封闭循环连续发酵实验,发酵时间分别为264 h和300 h。2轮实验的发酵-膜分离耦合操作模式有区别:第1轮实验仅在白天(每天8:00～20:00)运行膜渗透汽化同步分离提取ABE产物(间断耦合);第2轮实验则在前192 h发酵阶段全程运行膜同步分离(连续耦合),之后采用和第1轮相同的间断耦合发酵模式。结果表明,第2轮发酵细胞的生长状况和发酵能力好于第1轮;2轮实验发酵液平均浓度分别为1.781 g/L和1.884 g/L;第2轮实验丁醇体积产率、得率系数、丁醇总产量分别比第1轮提高了95.2%、14.2%、121.2%。对发酵动力学行为进行了初步分析。

Clostridium acetobutylicum的亚硝基胍和钴-60复合诱变

利用化学诱变剂亚硝基胍及物理诱变剂钴-60对丙酮丁醇梭菌YBD(Clostridium acetobutylicum YBD)进行复合诱变,结合多次传代培养,筛选获得一株编号为500-1的突变株。该菌株经6代培养后丁醇产量为15.40 g/L;且能耐受15 g/L的丁醇;在10%玉米醪培养基中,丁醇产量为15.57 g/L,较出发菌株提高27.62%;在10 L发酵罐发酵实验中,以玉米粉为发酵原料,36 h时突变株丁醇产量可达14.24 g/L,生产速率为0.40 g/(L·h),较出发菌株的生产速率提高207.69%。

高掺比ABE/柴油混合燃料的喷雾与燃烧特性

针对丙酮-丁醇-乙醇(ABE)/柴油混合燃料的喷雾蒸发和燃烧过程展开了试验研究.试验在预燃加热式定容燃烧弹中进行,燃料为体积分数80%的ABE和20%,的柴油混合物,且ABE溶液中丙酮、丁醇、乙醇的体积分数分别为30%,、60%,和10%,.试验过程中燃烧弹内喷雾环境温度分别控制在1,100,K和900,K以代表普通燃烧模式和低温燃烧模式,环境氧体积分数分别控制在21%,、16%,和11%,以对应发动机不同的EGR工况.由高速摄相机配合激光束的使用,拍摄喷雾及其燃烧过程中瞬时喷雾米氏散射和自然火焰发光图像,同时由压力传感器测取喷雾燃烧压力.结果表明:燃料中ABE体积分数较高时,喷雾贯穿距离较小,同时火焰强度显著下降,表明碳烟生成量有减少的巨大潜力;结合低温燃烧,高掺比ABE/柴油混合燃料几乎可实现无碳烟燃烧.因此,高掺比ABE/柴油混合燃料被认为是可直接应用于柴油机并降低碳烟排放的一种潜在替代燃料.

生物丁醇分离技术的研究进展及发展趋势

生物基(正)丁醇是一种重要的化学品和替代燃料,其主要制备途径为糖质底物的丙酮-丁醇-乙醇(ABE)发酵。受制于发酵副产物多、溶剂浓度低、产物共沸等因素,传统的生物丁醇分离过程存在分离能耗大、成本高等问题,制约其产业化制备。为解决生物丁醇分离的技术瓶颈,近年来,应用新型分离技术实现与ABE发酵过程的耦合成为研究的热点。本文综述了生物丁醇分离技术的最新研究进展,讨论了基于汽液平衡、相转移、膜分离技术等新型分离方式的技术特点;并针对多级分离级联系统开发、面向终产物的精馏技术的新趋势、新特点进行剖析和讨论。随着分离技术的发展和进步、生物炼制工艺开发和集成,生物丁醇的制备成本可望进一步降低,提升市场竞争力。

生物丁醇研究现状及进展

生物丁醇是具有特有优势的新生代生物能源,有着巨大的发展潜力。论述了生物丁醇在国内外的研究进展,介绍了丁醇作为新型生物燃料的优势,并对生物丁醇的发展前景进行了展望。

以玉米粉/废弃毕赤酵母为混合原料高效发酵丁醇

丙酮丁醇梭菌发酵生产ABE(丙酮-丁醇-乙醇)溶剂的传统原料是玉米淀粉,价格贵,生产基本亏损.重组毕赤酵母废弃物含有丰富的碳水化合物和蛋白质,有望替代淀粉原料.采用NaOH处理固态废弃毕赤酵母形成废酵母固/液悬浊液,发酵通过降低初始玉米粉用量并在ABE发酵进入到产溶剂期后添加废酵母悬浊液进行.对初始玉米粉用量、废酵母/NaOH投料量进行了优化,结果表明:它们的最佳用量分别为8%、80 g/L、6-10 g/L.在此条件下,100 mL厌氧瓶下的丁醇产量可以稳定在9.0-12.0 g/L的较高水平,比8%玉米粉培养基的对照提高80%-120%,与15%玉米粉培养基的对照基本持平;与对照组相比,总糖的利用效率可以从50%大幅提高到超过90%的水平;玉米粉用量可以节省57%以上;酵母废弃物最多有52%的碳水化合物可以有效地转化成气体/液体产物.本研究表明以玉米粉/废弃毕赤酵母为混合原料发酵丁醇,可以同时实现固体废物的资源化和减量化、淀粉原料的高效利用和节省化,提高了ABE发酵的综合经济性能.