木质纤维素产乙醇分步及同步糖化发酵工艺研究

[目的]探究分步糖化发酵和同步糖化发酵工艺在最佳条件下产乙醇的效率。[方法]结合水解、发酵两阶段的最佳条件,设计了分步糖化发酵和同步糖化发酵过程;分步糖化发酵分别采用了水解和发酵过程的最佳条件,同步糖化发酵分别采用了两阶段的最佳温度。[结果]分步糖化发酵过程中,上清液发酵和混合液发酵产乙醇效果无明显差别,其中混合液发酵能更好地发挥酵母菌的活力;同步糖化发酵过程中,35℃条件下乙醇产量更高,其木糖产量高于纯水解过程中的木糖产量。[结论]在试验条件下,同步糖化发酵产乙醇效率高于分步糖化发酵。

酸性亚硫酸盐预处理桉木的分步和同步糖化发酵

本文以酸性亚硫酸盐预处理的桉木为原料,比较了不同固体浓度条件下进行分步(SHF)和同步(SSF)糖化发酵的水解与发酵产物得率。结果表明,SHF适合于固体浓度较低(2%和6%,w/w)的操作条件,当纤维素酶用量为20 FPU/g纤维素,酵母浓度为1g/L时,水解率可分别达到99.8%和94.8%,乙醇得率为94%和89%。SSF比SHF更适合于高浓的操作条件,当底物浓度为24%时,最高乙醇浓度可达56.7 g/L,是SHF得到乙醇浓度的1.7倍。

甘蔗渣高温同步糖化发酵制取燃料乙醇研究

研究添加不同量纤维素酶对甘蔗渣酶解效果的影响,结果表明葡萄糖浓度随加酶量增加而增加,最优的添加量为30FPU/(g原料)。利用克鲁维氏酵母(Kluyveromyces marxianus)NCYC 587,在42℃下进行甘蔗渣高温同步水解糖化发酵实验,发现额外添加β-葡萄糖苷酶能有效提高乙醇的质量浓度,经48h发酵,添加30IU/(g葡聚糖)的β-葡萄糖苷酶可提高乙醇浓度30%。通过分批补料方式提高固体浓度至20%,比较SSF和SHF两种工艺,发现前者经72h可产生36.2g/L乙醇,发酵效率为0.50g/(L·h),后者经120h可获得41.2g/L乙醇,发酵效率为0.34g/(L·h)。

^(60)Co-γ射线处理油菜秸秆降解产物分析及其对酶解发酵的影响

本文以油菜秸秆为原料,研究不同吸收剂量^(60)Co-γ辐照处理后样品中木质纤维素组分、降解产物种类和含量的变化,并对其酶解和分步糖化发酵特性进行评价。研究结果表明:随着吸收剂量的升高,油菜秸秆中纤维素、木聚糖和木质素含量降低,水溶性组分总量逐渐增加,水浸提液pH逐渐降低。降解产物中4种小分子脂肪酸总量随辐照吸收剂量的升高逐渐增加,1000 kGy处理后达到最大值9.25 mg/g;9种小分子芳香类降解产物总量呈先增后降趋势,800 kGy时达到最大值0.22 mg/g。油菜秸秆酶解纤维素转化率和葡萄糖浓度随着吸收剂量的升高逐渐增加;随着底物浓度的增加,纤维素转化率逐渐降低,酶解液中葡萄糖浓度逐渐升高;15%底物浓度下800 kGy辐照处理油菜秸秆酶解纤维素转化率为57.55%,分步糖化发酵乙醇转化率低于10%。辐照结合水浸提处理显著提高油菜秸秆酶解发酵效率,水浸提后800 kGy辐照油菜秸秆在15%底物浓度酶解纤维素转化率和葡萄糖浓度分别为71.62%和40.38 mg/mL,分步发酵48 h后乙醇转化率达到64.00%,且发酵液中葡萄糖被全部消耗。

碱预处理玉米芯生物转化L-乳酸

玉米芯经碱预处理后,采用米根霉对其发酵制备L-乳酸,同时考察分步糖化发酵(SHF)和同步糖化发酵(SSF)两种工艺。实验结果表明,水洗碱预处理玉米芯酶水解性能优于未水洗碱预处理玉米芯,水洗过程可显著提高米根霉发酵性能。分步糖化发酵工艺下,米根霉于40℃下发酵48 h,可将含有31.84 g/L葡萄糖、6.38 g/L木糖的酶解液转化为14.65 g/L的L-乳酸,L-乳酸得率为0.29 g/g(以绝干物料计,下同);同步糖化发酵工艺下,米根霉40℃发酵36 h将底物质量浓度为50 g/L的水洗碱预处理玉米芯高效转化为L-乳酸,L-乳酸得率为0.44 g/g。

热带假丝酵母用未脱毒汽爆玉米秸秆产乙醇研究

为阐明专利菌种Candida tropicalis Y1利用玉米秸秆产乙醇的能力,以未脱毒汽爆玉米秸秆为原料进行分步糖化发酵(SHF)及同步糖化发酵(SSF)产乙醇。研究结果表明,底物浓度为25%(w/v)、纤维素酶15FPU/(g底物)、纤维二糖酶Novozyme 188 20IU/(g底物)、接种量5%(v/v)及不需添加任何外源营养物质,该菌在SHF过程中的乙醇浓度为38.75g/L乙醇,为理论产率的77.9%,在SSF过程中的乙醇浓度为40.53g/L;同时,SSF与SHF相比,SSF可得到更多的木糖醇,且毒性物质乙酸的浓度维持在较低水平。说明该专利菌株不但有较强的耐发酵抑制剂的能力,而且有较好的代谢葡萄糖和木糖分别产乙醇和木糖醇的能力。

纤维素不同途径水解酸化效果对比研究

农作物秸秆结构复杂,酸化效果可能与传统糖类物料不一致。为方便考察纤维素类物料厌氧酸化效果,文章选取成分相对单一的滤纸为原料,考察了酶活浓度、反应时间、酵母菌接种量(F/M)等因素对纤维素经纤维素酶和酵母菌联合作用后的乙醇、乙酸产量的影响,及对厌氧发酵过程的影响分析。结果表明,当纤维素酶单独作用时,酶活浓度120 U/g、温度50℃、pH值4.8、水解24 h时可获得最大葡萄糖产率:73.7 mg/g(转化率为24.9%);纤维素酶和酵母菌分步糖化发酵(separate hydrolysis and fermentation,SHF)工艺中,F/M值为2:1、反应96 h可得最大乙醇产率:119.3 mg/g(转化率为42%);纤维素酶和酵母菌同步糖化发酵(simultaneous saccharification andfermentation,SSF)工艺中,F/M值为1:2、反应120 h得到最大乙醇产率:396.0 mg/g(转化率为58.2%)。F/M值为2:1、反应120 h时,SSF工艺比SHF工艺的乙醇产量提高了34.91%。

木糖发酵酿酒酵母抑制物耐受能力提升及利用秸秆原料的乙醇发酵性能

木糖利用能力和抑制物耐受能力优良的工业酿酒酵母菌株以及合理的糖化发酵工艺是纤维素燃料乙醇生产的两个关键.对一株工业酿酒酵母菌的磷酸戊糖途径转醛醇酶基因TAL1进行差异过表达,评价其在8种典型抑制物存在时对菌株利用木糖的影响;利用TAL1过表达菌株研究油菜秸秆预处理物料中抑制物含量高低对分步糖化发酵（SHF）、预糖化-同步糖化发酵（P-SSF）和同步糖化发酵（SSF）3种不同糖化发酵方式发酵过程的影响,探讨高固含量发酵的可行性.结果显示,TAL1基因过表达提高了菌株的木糖代谢能力和对8种典型抑制物的耐受能力,适度过表达菌株表现最优,有抑制物存在时的木糖消耗速率提升了20%-70%.秸秆预处理物料中抑制物总含量约为4 g/L时,SHF无法正常发酵,SSF的乙醇收率接近70%,略高于P-SSF;当物料中抑制物总含量下降到约2 g/L时,3种方式都能顺利发酵,SSF表现最优,96 h时的乙醇收率为86.5%,但SSF（96 h）和P-SSF（112 h）所需糖化发酵总时间远低于SHF（144 h）;总固含量约为25%的分批补料-同步糖化发酵（FB-SSF）的乙醇浓度和乙醇收率分别达到54.2 g/L和67.2%.上述结果表明,TAL1基因适度过表达提升了菌株的木糖发酵和抑制物耐受能力,菌株已具备比较优秀的发酵和耐受抑制物的能力;预处理物料中抑制物含量相对较高时采用SSF或P-SSF工艺,而抑制物浓度相对较低时,3种糖化发酵方式都可以采用,但SSF所需发酵时间最短,生产能力最高.