Acetic acid-and furfural-based adaptive evolution of Saccharomyces cerevisiae strains for improving stress tolerance and lignocellulosic ethanol production

Acetic acid and furfural are known as prevalent inhibitors deriving from pretreatment during lignocellulosic ethanol production.They negatively impact cell growth,glucose uptake and ethanol biosynthesis of Saccharomyces cerevisiae strains.Development of industrial S.cerevisiae strains with high tolerance towards these inhibitors is thus critical for efficient lignocellulosic ethanol production.In this study,the acetic acid or furfural tolerance of different S.cerevisiae strains could be significantly enhanced after adaptive evolution via serial cultivation for 40 generations under stress conditions.The acetic acid-based adaptive strain SPSC01-TA9 produced 30.5 g·L^(-1)ethanol with a yield of 0.46 g·g^(-1)in the presence of 9 g·L^(-1)acetic acid,while the acetic acid/furfural-based adaptive strain SPSC01-TAF94 produced more ethanol of 36.2 g·L^(-1)with increased yield up to 0.49 g·g^(-1)in the presence of both 9 g·L^(-1)acetic acid and 4 g·L^(-1)furfural.Significant improvements were also observed during non-detoxified corn stover hydrolysate culture by SPSC01-TAF94,which achieved ethanol production and yield of 29.1 g·L^(-1)and 0.49 g·g^(-1),respectively,the growth and fermentation efficiency of acetic acid/furfural-based adaptive strain in hydrolysate was 95%higher than those of wildtype strains,indicating the acetic acid-and furfural-based adaptive evolution strategy could be an effective approach for improving lignocellulosic ethanol production.The adapted strains developed in this study with enhanced tolerance against acetic acid and furfural could be potentially contribute to economically feasible and sustainable lignocellulosic biorefinery.

Camalote Grass (Paspalum fasciculatum Willd) as a Sustainable Raw Material for the Production of Lignocellulosic Ethanol

The current trend of replacing a percentage of gasoline with ethanol has promoted the development of new processes for its production from lignocellulosic biomass. This work reports the production of ethanol from the Camalote grass (Paspalum fasciculatum Willd). The lignocellulosic biomass was subjected to acid hydrolysis at 125C and 15 psi with H2SO4 concentrations at 5%, 10%, and 20%, obtaining an average of reducing sugars (pentoses and hexoses) from the hydrolyzed juice with 12.3%, 10%, and 17% Brix, respectively. The sugars were fermented using yeast of the Saccharomyces cerevisiae at 30C for 48 hours. Finally, the ethanol was distilled at 78C, and the average yields were obtained through analysis of variance with a 95% confidence level. The values indicate that there is a significant difference (p > 0.05), the Tukey study shows that all the % v/v averages are different from each other. For H2SO4 concentration at 5% (10.33 ± 2), H2SO4 at 10% (9.33 ± 1.8), and H2SO4 at 20% (6.33 ± 2). The acidity analysis for the ethanol obtained from each treatment gave a value of 1.8 mg/L of acetic acid in all cases.

Simulation of Fuel Ethanol Production from Lignocellulosic Biomass

Models for hydrolysis,fermentation and concentration process,production and utilization of biogas as well as lignin gasification are developed to calculate the heat demand of ethanol production process and the amounts of heat and power generated from residues and wastewater of the process.For the energy analysis,all relevant information about the process streams,physical properties,and mass and energy balances are considered.Energy integration is investigated for establishing a network of facilities for heat and power generation from wastewater and residues treatment aiming at the increase of energy efficiency.Feeding the lignin to an IGCC process,the electric efficiency is increased by 4.4% compared with combustion,which leads to an overall energy efficiency of 53.8%.A detailed sensitivity analysis on energy efficiency is also carried out.

Evaluation of Plantain Biomass (<i>Musa paradisiaca</i>L.), as Feedstock for Bio-Ethanol Production

This study investigated the viability of post-harvested plantain biomass as a promising feedstock for the production of Bioethanol. The properties of the derived bio-ethanol were determined to examine its suitability as a promising and sustainable alternative to petroleum-based ethanol The research revealed that Plantain biomass is made up of Lignocellulosic contents such as extractive, Lignin, cellulose, hemicelluloses, ash and moisture in different proportions. The different parts of the biomass such as the flower, stem and leaves were hydrolyzed using H2SO4. Optimum hydrolysis conditions of 6%w/v acid concentration, 30 min contact time and 80°C working temperature were established for Plantain stem and flower. However, hydrolysis of Plantain leaves was at the best under the experimental conditions of acid concentration (10% w/v), contact time (120 min) and temperature (120°C). The highest yield of the bio-ethanol produced was obtained from Plantain stem biomass with a record of 8.04% followed by Plantain flower with a yield of 7.73% and 757% from Plantain leaves The hydrolyzate was fermented using Baker’s yeast (Saccharomyces cerevisiae) at a room temperature of 25°C and pH of 4.5 for 4 D. The structural determination of the derived bioethanol was conducted using FT-IR analysis and the fuel properties were found to be consistent with those of the conventional ethanol. The SEM analysis conducted on the post hydrolysed biomass confirmed the effectiveness of the hydrolysis scheme adopted as evident on the surface morphology of the biomass. This study confirmed the viability of Plantain biomass as promising feedstock for Bio-ethanol production under the established hydrolysis conditions.

利用组蛋白H3K9模拟乙酰化提高酿酒酵母对乙酸的耐受性能

随着能源问题日益严峻,将自然界中丰富的可再生资源木质纤维素转化为二代燃料乙醇的设计思路为解决当前的能源危机、粮食危机和环境危机提供了一条出路。然而,微生物在发酵生产二代乙醇的过程中也面临多项技术难题。其中,木质纤维素降解产生的多种小分子化学物质不仅会抑制微生物生长繁殖,同时也会降低微生物的发酵效率。乙酸是多种木质纤维素原料降解物中常见的一种主要抑制剂。为提高微生物的木质纤维素乙醇发酵效率,选取工业生产领域最有潜力的乙醇发酵菌株酿酒酵母为模式生物,通过将组蛋白H3第九位的赖氨酸(K)突变成谷氨酰胺(Q)来模拟组蛋白H3K9的乙酰化状态,以此探究组蛋白H3K9Q点突变体对木质纤维素水解抑制物乙酸的耐受性。点滴平板结果显示,H3K9Q点突变可显著提高酿酒酵母在乙酸条件下的生长性能。生长曲线实验进一步表明,H3K9Q点突变可使菌株在3.5 g/L乙酸胁迫条件下快速进入指数期,由点突变前的36 h缩短为24 h。并且,在添加乙酸的液体培养基中生长48 h后,H3K9Q点突变体的OD _(600)约为对照菌株的1.9倍,说明H3K9Q点突变显著提高了酿酒酵母的乙酸耐受性。本研究为纤维素乙醇工业生产中的菌种优化提供了有益借鉴参考。

木质纤维素预处理技术研究进展

详细评述了木质纤维素的预处理工艺研究进展 ,特别是浓酸低温水解 -酸回收工艺、稀酸二阶段水解工艺、金属离子在稀酸水解过程中的助催化作用以及水蒸汽爆裂、氨纤维爆裂、CO2 爆裂、酶催化水解等方法的研究进展情况。

木质纤维生物质同步糖化发酵(SSF)生产乙醇的研究进展

综述了有关木质纤维生物质原料同步糖化发酵生产乙醇的最新研究进展和未来发展方向:同步糖化发酵是一种用于从木质纤维原料生产乙醇的工艺过程,此工艺的优点是酶水解与发酵同时进行,可以减少最终产物对酶水解的抑制作用,并减少投资成本,是最具发展潜力和优势的工艺之一。近年来在优化预处理工艺、降低纤维素酶成本以及己糖戊糖协同发酵等方面的研究都取得了长足的进步,其中以小麦秸秆为原料进行同步糖化发酵所得到的乙醇浓度接近40g/L。

木质纤维生物质精炼中木质素的分离及高值化利用

木质纤维素作为最有前途的可再生资源,可替代现有的液体燃料。因此,木质素作为木质纤维生物质细胞壁的主要成分之一,由其开发的高附加值产品将大大提高从可循环利用生物质生产能源的经济性。本文回顾了自催化乙醇精炼技术的优势,相对于其他制浆技术不仅可以高效地从木质纤维生物质中分离出高活性的木质素,还可以获得高附加值的副产品(如糠醛、低聚糖、乙酰丙酸、甲酸、乙酸等)。同时,抽提液可循环利用。基于自催化乙醇精炼木质纤维生物质的特点,介绍了用自催化乙醇精炼所分离出的高活性木质素进行高值化利用的优势,以及用木质素生产高附加值产品的研究及利用,从而为木质纤维生物质中木质素在工业上大量开发利用提供了一条新的途径。

木质纤维素转化为燃料乙醇的研究进展

以木质纤维素为原料生产燃料乙醇的生物转化方法包括预处理、酶水解和发酵过程,对这些过程中的技术进展以及解决现存问题的方法进行了评述。氨法爆破技术是较好的预处理方法,超声波、微波处理等新技术有助于改善酶水解。阐述了酶水解机理、纤维素酶的生产以及酶水解过程的优化方法。指出固定化酶糖化发酵技术在生物转化木质纤维原料技术中的前景广阔;选择合适的发酵方法,优化发酵过程,以及解决抑制问题对于提高乙醇产率尤为重要;利用基因重组技术构建旨在发酵混合糖的重组菌对于生产生物乙醇具有里程碑意义。

纤维素乙醇的原料预处理方法及工艺流程研究进展

木质纤维生物质是储量丰富且最有前景的生产燃料乙醇的可再生生物质资源,利用木质纤维生物质生产乙醇主要包括以下步骤:原料预处理、发酵以及产物分离纯化,其中,原料的预处理工艺是限制纤维素乙醇产业化的一个技术瓶颈。本文对酸法、碱法、蒸汽爆破法、合成气法等7种典型预处理方法进行了介绍并对其工艺流程进行简要的说明,同时对不同的预处理方法的优劣、适用范围和工艺流程转化效率等进行了对比,以期为纤维素乙醇预处理方法的工艺选择和评价提供一些参考。提出了纤维素乙醇的产业化前景:不同预处理技术的合理结合使用会有效提高转化率;较好的过程设计能够降低成本,有利于整个过程的经济性。

木质纤维生产燃料乙醇的生物转化技术

木质纤维生物转化乙醇可以避免以粮食为原料生产燃料乙醇所带来的“与农争地”和“与人争食”的弊端,兼得经济、生态、环保、社会多重效益。木质纤维原料的物理化学特性决定其具有不同于淀粉和糖类原料转化的难度和复杂性,这也是木质纤维生物转化乙醇成本居高难下、商业化裹足不前的主要技术原因。本文以国际(特别是美国)的研究和开发进展为背景,探讨木质纤维生物转化乙醇的几个富有挑战性的技术问题,并在同步糖化共发酵(SSCF)概念的基础上,提出优化的并行糖化共发酵生产模型。

乙醇预处理对水稻秸秆物质迁移和酶解的影响

在生物法利用木质纤维素原料生产乙醇的过程中,预处理方法是影响酶解糖化和发酵的关键因素.以水稻秸秆为原料,研究了加入不同浓度硫酸和乙醇预处理对酶解的影响.2%硫酸预处理后,固体部分酶解液中葡萄糖质量浓度和转化率分别可达53.9g/L和71.5%,明显高于其他预处理条件的酶解结果;并且酶解液葡萄糖转化率与酶解初始条件下木聚糖、木质素和其他成分的总负荷呈近似线性关系.通过气质联用技术和主成分分析的多元统计方法对预处理液体中的物质进行定性和定量分析,得到不同预处理条件下的6种标志物.

纤维素制取乙醇技术

以纤维素为原料生产燃料乙醇由于其原料来源广泛及环保效益良好而被认为是最有前景的生产燃料乙醇的方法之一。以纤维素为原料生产乙醇主要包括水解和发酵两个转化过程。本文介绍了纤维素生产燃料乙醇的原理及工艺过程,同时讨论了各工艺过程需要解决的关键技术问题,分析了过程的经济性,最后介绍了国内外的应用现状,展望了纤维素生产燃料乙醇的产业化前景。

木质纤维素可再生生物质资源预处理技术的研究进展

阐述了由木质纤维素可再生生物质资源制备生物燃料乙醇对我国可持续发展的重要意义。针对木质纤维素可再生生物质资源利用的关键技术,综述了国内外对木质纤维素可再生生物质资源预处理的研究进展,并重点介绍了物理法、化学法、物理-化学法和生物法预处理木质纤维素可再生生物质资源的技术。最后对木质纤维素可再生生物质资源预处理技术和应用前景进行了展望。

木质纤维素生物质预处理技术研究现状

为了研究经济高效的预处理技术,综述了近10年国内外在木质纤维素预处理技术方面的研究,对物理法、物理-化学法、化学法、生物法等预处理技术进行了重点分析,发现稀酸处理法、蒸汽爆破法和生物法等技术极具潜力,但目前的研究仍存在不足,今后还需研究成本低、产率高、污染小的预处理技术。最后对预处理技术的发展提出了建议。

木质纤维素生物质预处理技术的研究进展

预处理技术是利用木质纤维素生物质制取燃料乙醇的关键技术,该技术的改进和完善可提高纤维素的水解率,进而降低燃料乙醇的生产成本。笔者从预处理的必要性出发,综述了物理法、物理-化学法、化学法和生物法预处理木质纤维素生物质技术的国内外研究进展,对各种技术的处理效果进行了分析和总结,并对预处理技术的发展提出了展望和建议。

木质纤维素水解制取燃料乙醇研究进展

以木质纤维素生产燃料乙醇具有原料可再生性和环境友好的优点而备受重视。本文介绍了国内外木质纤维素制取燃料乙醇中的水解工艺过程,包括浓酸水解、稀酸水解和酶水解工艺,分析了各工艺的技术特点,同时指出稀酸预处理-酶水解工艺将成为近几年国内外研究和开发的重点。

酵母菌性能优化关键技术研究进展

利用木质纤维素产乙醇能有效缓解传统能源危机与环境污染问题,而提升酵母菌发酵性能是提高木质纤维素乙醇产量的关键步骤之一。从酵母菌优化和改造等方面总结并分析了提高酵母菌厌氧乙醇发酵综合效率的技术发展、存在问题及发展趋势。首先介绍了酵母菌五碳糖代谢途径的构建,以进一步提高酵母菌对原料的综合利用率;其次阐述了通过筛选、驯化及分子生物工程等手段提升酵母菌对限制因素尤其是终产物乙醇的耐受性研究,保证菌体在高乙醇浓度环境下保持良好的发酵性能,提高最终产率及产量,推广木质纤维素乙醇的工业化生产。

利用木质纤维原料制取燃料乙醇预处理方法的研究进展

阐述了燃料乙醇的发展现状以及由木质纤维原料生产燃料乙醇对我国可持续发展的重要性。根据纤维质原料的性质,重点介绍了木质纤维原料预处理的方法及其应用现状。最后对木质纤维原料生产燃料乙醇进行了展望。

木质纤维素乙醇发酵研究中的关键点及解决方案

该文综述了近年来木质纤维素材料发酵生产乙醇的研究进展,提出了在木质纤维素原料发酵生产乙醇过程中的两大关键点,一是减少和消除原料预处理过程中抑制物及其有害影响;二是含木糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖等多种物质的混合物同时作为底物的乙醇发酵。在对已有研究结果比较和分析基础上,提出相应的解决方案。首先要采取综合的预处理过程,达到提高木质纤维素水解率的同时减少发酵抑制物;然后是提高发酵菌种对混合糖底物的利用能力和发酵生成乙醇的能力以及对抑制物的耐受性,以提高木质纤维素发酵生产乙醇的转化率。