废糟液全循环对自絮凝酵母乙醇连续发酵的影响

在2个单级悬浮床生物反应器中,以双酶法制备的玉米粉糖化液为底物,进行了废液循环条件下自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵与清液发酵对比实验。对于废液循环实验,每隔5d将收集到的发酵液集中精馏处理,得到的废糟液直接用于玉米粉调浆。实验结果表明,在稀释速率0.05 h-1,废糟液全循环条件下,装置达到稳定状态后,乙醇、残还原糖、无机磷、无机氮、蛋白和总固型物浓度分别稳定在9.4%(v/v)、26 g/L、11 g/L、3.36 g/L、0.136 g/L和85 g/L左右;乙醇浓度与对照组相差不大,但残还原糖、无机磷及总固形物在废糟液循环使用的初期出现积累,但随运行时间的延长而趋于稳定,说明对酵母生长和乙醇发酵没有产生明显影响。

废糟液全循环条件下絮凝酵母乙醇连续发酵

丙酸是以玉米为原料自絮凝酵母乙醇连续发酵系统废糟液全循环过程中积累的主要抑制物。基于丙酸对酵母细胞抑制机理,开发了3种废糟液全循环条件下乙醇连续发酵工艺策略。首先根据高温导致丙酸生成的现象,去除了物料灭菌环节,使发酵液丙酸浓度显著降低,生物量和乙醇浓度分别提高了59.3%和7.4%。其次,以丙酸浓度达到半数抑制浓度(IC50)40 mmol/L为目标,通过拟合丙酸积累数据预测废糟液全循环的最长运行时间,发酵装置运行应控制在此时间范围内。再次,较低的环境pH值提高了丙酸毒性,而实验证明发酵液pH为5.5时,丙酸对细胞生长的抑制影响最小,因此控制发酵过程中的pH有利于弱化丙酸毒性。

多级串联悬浮床反应器系统中自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵耦合废糟液直接全循环使用的研究

在一套四级串联悬浮床生物反应器系统中,以双酶法制备的玉米粉糖化液为底物,进行了废糟液全循环条件下自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵的实验研究。在实验中,每隔5d将从末级反应器收集到的发酵液集中精馏处理,得到的废糟液直接用于玉米粉调浆制糖。系统连续运行了120d,共进行了24批次实验,数据分析表明系统达到了平衡状态。在平均发酵时间为20h条件下,发酵终点乙醇浓度平均为11·7%(V/V),残还原糖浓度平均为7·9g/L,装置运行平稳。这些工作为自絮凝颗粒酵母乙醇发酵耦合废糟液直接全循环使用、实现污染物源头减废、清洁生产奠定了理论和实验基础。

自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵耦合废液全循环工艺的研究

在以CO2为驱动力的单级悬浮床生物反应器中，进行了自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵耦合废液全循环实验研究。以双酶法制备的玉米粉糖化液为底物，系统连续运行了28d，每隔5d将收集到的发酵液集中精馏处理，得到的废糟液直接用于玉米粉调浆制糖。实验数据表明，在稀释率为0．05h^-1条件下，发酵液中乙醇、残还原糖、残总糖质量浓度基本稳定，其平均值为82．97，30．02和40．87g·L^-1。对废液循环工艺过程中，发酵液中的8种高沸点有机酸进行了定量分析，发现发酵液中仅丙酮酸有明显积累，并最终在0．1～0．3mol·L^-1范围内波动。实验结果表明：系统中存在的高沸点副产物不对乙醇发酵产生明显抑制作用，乙醇连续发酵能够在废液全循环条件下良好运行。