鹰嘴豆孢克鲁维酵母利用菊芋原料同步糖化与发酵生产乙醇

菊芋含有大量的菊粉多糖,且种植简单、产量高,是极具开发价值的替代玉米等粮食作物生产燃料乙醇的原料。文中研究了鹰嘴豆孢克鲁维酵母Y179利用菊芋原料同步糖化与发酵生产乙醇。鹰嘴豆孢克鲁维酵母Y179具有高效分泌菊粉酶的能力,摇瓶试验显示Y179酵母能够利用完全由菊芋原料配制而成的培养基良好生长并发酵产生乙醇。通气及温度对乙醇产量影响明显,相对厌氧环境对Y179酵母发酵产乙醇具有促进作用,30℃发酵温度相对37℃和42℃更有利于乙醇产量提高。种子液培养时间及接种量对乙醇产量影响较小。在5 L发酵罐中以10%(V/V)量接入预培养36 h的Y179种子液,发酵液完全由菊芋干粉配制而成,总糖含量22%(W/V),30℃不通气,300 r/min搅拌,发酵144 h时,乙醇浓度达到12.3%(V/V),糖醇转化效率86.9%,糖利用率大于93.6%。初步研究结果显示鹰嘴豆孢克鲁维酵母Y179在利用菊芋原料生产乙醇方面具有良好应用前景。

化学预处理对牧草酶解糖化发酵效果的影响

[目的]研究化学预处理对高丹草、沙打旺、御谷和紫花苜蓿酶解糖化发酵效果的影响,评价4种牧草的能源性。[方法]用不同质量分数的硫酸预处理牧草,测定处理前后纤维素、半纤维素和木质素的含量以及不同发酵时间后的葡萄糖浓度和乙醇浓度。[结果]预处理后,牧草的纤维素含量上升,半纤维素和木质素的含量下降。在柠檬酸—柠檬酸钠缓冲液体系(pH=4.8)中,经1.0%(W/V)稀硫酸预处理后,4种牧草的乙醇提取浓度均最高。发酵过程中,葡萄糖浓度和乙醇浓度均先增加后降低,分别在发酵后24和48 h达到高峰。[结论]预处理促进了紫花苜蓿、高丹草、御谷、沙打旺的酶解糖化发酵,4种牧草的能源性依次降低。

一株高耐受性乳酸菌的分离及其在木质纤维素发酵生产高浓度L-乳酸中的应用

利用资源丰富的纤维质原料生产新一代可降解聚乳酸塑料的单体原料L-乳酸,是目前一个极为重要的研究热点和产业方向。从高温纤维乙醇发酵介质中分离到一株高耐受性乳酸菌,经16S rDNA分子生物学鉴定为乳酸片球菌(Pediococcus acidilactici),并命名为P.acidilacticiDQ2。此菌株具有极为优异的耐高温和耐受高浓度木质纤维素降解产物的特性,这一特性可能与母株的环境变异和体系中存在的调控物质有关。利用该乳酸菌以稀酸预处理后的玉米秸秆为原料进行同步糖化与乳酸发酵,发酵液中的乳酸质量浓度为75 g/L,乳酸对纤维素得率达到0.63 g/g,具备了纤维素乳酸产业化生产的潜力。

利用纤维素制备燃料酒精的研究

纤维素原料资源贮量十分丰富,又是可再生资源,利用纤维素制备燃料酒精是发展新能源的重要途 径,具有巨大的潜力和可再生性。文章综述了燃料酒精的发展状况,重点阐述利用纤维素制造燃料酒精的预处 理、糖化、发酵过程的新工艺。

纤维素酶水解反应器的开发与放大

以木质纤维素生产燃料乙醇为背景,在考察玉米秸秆同步糖化与发酵反应特征基础上,给出了合适的反应器构型:螺带型搅拌槽;直径0.2～0.8m,高径比1～2,转速20～120r/min,着重从冷模实验对搅拌槽性能进行了考察,为反应器放大提供必要的基础。实验结果发现,层流流动条件下,随流体剪切稀化性质增强,搅拌功率(Np)显著降低,而无因次混合时间(Ntm)则变化不大;给出适用于强剪切稀化流体的Metzner常数Ks关联式,且Ks与搅拌槽直径无关;对于几何相似的螺带桨,随着搅拌槽直径增大,若保持相同的单位体积功率,Ntm是相同的,这为我们提供了一个螺带型搅拌槽的放大准则;搅拌槽功耗及Ntm随着搅拌槽高径比的增大而增大;最后采用数值计算方法对搅拌槽内分散混合效率进行了考察,发现,根据混合效率的不同,可将螺带型搅拌槽分成几个不同的区域,搅拌槽内体积平均分散混合效率接近于0.5(简单剪切流)。纤维素酶水解反应器的放大,小试给出关键参数(单位体积生产能力),冷模实验提供混合性能、几何结构设计基础,经验判据与CFD相结合,关注基本流型的尺寸效应,兼顾单位体积功率及最大剪切速率。

低水用量约束条件下的高固体含量纤维乙醇生物加工技术策略

木质纤维素原料生物转化生产纤维乙醇需要使用大量的水和蒸汽,从而使过程能耗和废水排放显著增加,大幅度增加了加工成本。最大限度地降低水和蒸汽用量对过程节能和废水减排并对最终成本控制极为重要。对极限低水用量约束条件下木质纤维素生物转化关键路径进行了实验研究和计算分析,确定了极低水和蒸汽用量的新型预处理技术,实现高效率预处理过程的废水零排放;采用独特的生物脱毒技术,用从自然界筛选的煤油霉菌Amorphotheca resinae ZN1对预处理原料中的抑制物进行了快速生物脱毒;对极限高固体含量下高粘度多相流物系在复杂抑制物胁迫下的酶水解与发酵行为以及放大准则进行了研究;建立了基于Aspen plus平台上的生物质加工物性数据库和严格热力学意义上的全过程流程模拟数学模型,实现了对过程的局部和全局设计与调优。这一综合技术在生物炼制微型工厂中进行了测试,并在纤维素乙醇工业示范装置中得到了应用。该研究结果将为构建具有工业实用价值的节能和清洁化木质纤维素生物转化技术提供依据。

青贮对柳枝稷制取燃料乙醇转化过程的影响

青贮是一种传统的生物质原料保存方法,广泛应用于纤维素乙醇炼制领域尚需要考察其对原料品质和下游乙醇转化过程的影响。文中以秋季(初、中和末)收割的柳枝稷为原料,通过青贮、高温水热(LHW)预处理、纤维素酶水解和同步糖化与发酵(SSF)实验对上述问题予以回答。结果显示,秋季初收割的柳枝稷以不同湿度青贮后pH均小于4.0,干重损失小于2%,各主要成分与青贮前相比无明显变化;LHW预处理中青贮样品半纤维素水解率普遍高于未贮存样品,但青贮同样使原料获得了更高的发酵抑制物产生水平;青贮柳枝稷葡萄糖、木糖和半乳糖产量(预处理+酶水解)高于未贮存柳枝稷;经过168 h的SSF,青贮样品乙醇浓度为12.1 g/L,未贮存的秋季初、秋季中和秋季末柳枝稷为底物的浓度分别为10.3 g/L、9.7 g/L和10.6 g/L。综上,青贮有助于提高柳枝稷LHW预处理效率、酶水解率和乙醇产量。