Theoretical Analysis of the Application of Immobilized Cells to the Continuous Fermentation Process

This paper theoretically studies the continuous immobilized cell (IMC) fer mentation system. A kinetic model of IMC is established, and the relational expressions between production rate, substrate concentration, biomass concentration and dilution rate in the IMC continuous stirred tank reactor (CSTR) are derived. These equations and some numerical calculations show that as compared with the free cell system the IMC system has many advantages: high production rate, steady operation, and being independent of the dilution rote. They also indicate that the diffusion of substrate is a constraint to the production of metablite.

自絮凝颗粒酵母酒精连续发酵过程精馏废液循环回用工艺的研究

以玉米粉双酶法制备的糖化液为底物，采用酵母细胞自絮凝形成颗粒作为细胞固定化方法在有效容积１．５ Ｌ小型悬浮床生物反应器中研究了不同酒精精馏废液循环比条件下的连续发酵工艺过程，并探讨了酒精精馏废液“全循环”的可行性．研究结果表明：虽然产生了比较强的副产物抑制效应，但该工艺能够稳定操作，为酒精发酵行业彻底解决废液污染问题提供了一条简便。

自絮凝酵母SPSC01在组合反应器系统中酒精连续发酵的研究

建立了一套由四级磁力搅拌发酵罐串联组成、总有效容积 4 0 0 0mL的小型组合生物反应器系统 ,其中一级罐作为种子培养罐。以脱胚脱皮玉米粉双酶法制备的糖化液为种子培养基和发酵底物 ,进行了自絮凝颗粒酵母酒精连续发酵的研究。种子罐培养基还原糖浓度为 10 0g L ,添加 (NH4 ) 2 HPO4 和KH2 PO4 各 2 0g L ,以 0 0 17h- 1 的恒定稀释速率流加 ,并溢流至后续酒精发酵系统。发酵底物初始还原糖浓度 2 2 0g L ,添加 (NH4 ) 2 HPO4 1 5g L和KH2 PO4 2 5g L ,流加至第一级发酵罐 ,稀释速率分别为 0 0 17、0 0 2 5、0 0 33、0 0 4 0和 0 0 5 0h- 1 。实验数据表明 ,自絮凝颗粒酵母在各发酵罐中呈部分固定化状态 ,在稀释速率0 0 4 0h- 1 条件下 ,发酵系统呈一定的振荡行为 ,其他四个稀释速率实验组均能够达拟稳态。当稀释速率不超过 0 0 33h- 1 ,流出末级发酵罐的发酵液中酒精浓度可以达到 12 % (V V)以上 ,残还原糖和残总糖分别在 0 11%和 0 35 % (W V)以下。在稀释速率为 0 0 33h- 1 时 ,计算发酵系统酒精的设备生产强度指标为 3 32 (g·L- 1 ·h- 1 ) ,与游离酵母细胞传统酒精发酵工艺相比 ,增加约 1倍。

固定化啤酒酵母连续发酵动力学模型中总有效因子η_s的计算

对固定化啤酒酵母的乙醇连续发酵动力学模型引入了一个综合考虑颗粒内外扩散的总有效因子以简化模型的计算．文中对该有效因子进行了详细的理论推导，得出了具体的计算式，并对该因子出现大于１的特殊情况进行了深入探讨．

乳杆菌微胶囊化培养的研究

采用MaCS PDMDAAC微胶囊对两种乳杆菌进行了固定化发酵研究。结果表明 ,两种乳杆菌能够在微胶囊内很好地生长和繁殖 ,菌浓度可分别达到 1 8× 1 0 1 1 /mL胶囊和 2 69× 1 0 1 1 /mL胶囊 ,比游离培养高出十倍以上 ,并且能与游离发酵一样产生乳酸 ,糖耗时间可缩短 1 /3～ 2 /3。进行的多批次发酵显示了巨大的产酸能力。

响应面法优化杏皮渣汁酒精连续发酵工艺

采用固定化果酒酵母,产酯酵母和肠膜明串珠菌的混合菌细胞进行酒精连续发酵杏皮渣汁工艺的研究。以酒精度为指标,采用响应面实验设计法优化接种量、稀释率和可溶性固形物对酒精度的影响,同时建立数学模型。结果表明:酒精连续发酵的最佳工艺参数是:在稀释率0.02h-1,接种量16g/100m L,可溶性固形物17%,温度30℃,p H3.8的条件下,双级连续酒精发酵所得酒精度最高,模型预测值为6.3%(v/v),与验证实验得到的酒精度6.18%(v/v),仅相差0.12%(v/v),从而证明了模型的可靠性。

固定化细胞的混合糖连续发酵动力学模型

利用固定化啤酒酵母和固定化毕赤酵母在两个串联的固定床内连续发酵由葡萄糖和木糖组成的混合糖制取酒精的过程，建立了连续发酵的非结构动力学模型。该模型以带抑制项的米氏动力学方程为酶动力学基础，考虑了抑制物抑制、底物抑制、轴向弥散及膜传质等因素。成功地引入了一个综合考虑颗粒相内外传质的总有效因子简化模型的计算。

无载体固定化细胞的研究进展

以无载体固定化酵母细胞酒精连续发酵的成功工业化应用为实例 ,并与通常的载体固定化细胞技术比较 ,阐述了无载体固定化细胞技术的优缺点 ,系统提出了无载体固定化细胞技术的概念 ,进而对无载体固定化细胞技术在其它微生物发酵和动植物细胞培养过程的应用前景进行了展望。

利用固定化细胞连续发酵生产酸牛奶

本文报道了利用固定化技术连续发酵生产酸牛奶的方法。对单菌种与双菌种固定化、最适发酵温度和pH、发酵时间、固定化方式等进行了研究,得出了在实验室条件下,连续发酵生产酸牛奶的最佳技术条件。与传统的间歇生产工艺相比,可简化菌种制备过程,反复利用乳酸菌种,充分利用发酵酸化设备、便于自动化控制等优点。作者尚未见国内外利用固定化技术连续生产酸牛奶的报道。

吸附-包埋复合固定化酵母在啤酒连续后发酵中的应用研究

以浓度为2%的海藻酸钠溶液与浓度为4%的氯化钙溶液为包埋剂,以经预处理的山毛榉木片为吸附剂,选择所配制的不同浓度的吸附剂和包埋剂为载体对酵母细胞进行复合固定化处理,利用所制备的固定化酵母进行啤酒连续后发酵,对不同浓度载体的固定化效果及所产生的熟啤酒的主要指标进行分析和比较。结果表明,由所制备的150 mL海藻酸钠溶液与50 mL山毛榉木片吸附剂复合而成的载体D固定酵母数量最多,生物载荷量高达2.17×1010个/g,且牢固程度最优;载体后酵所获得的啤酒中双乙酰含量差异显著(p<0.05),载体D方案所生产的啤酒中双乙酰的含量最低;在风味物质中,乙醛、甲酸乙酯、正丙醇、异丁醇、乙酸乙酯的差异显著(p<0.05),其他风味物质的差异不显著(p>0.05)。

固定化复合酵母连续发酵生产乙醇的工业化研究

以固定化复合酵母代替传统游离酵母进行玉米糖蜜双料连续发酵。结果表明 :固定化复合酵母在耗糖能力、产乙醇能力方面明显优于游离酵母细胞 ,且发酵周期明显短于游离细胞。尤其是固定化复合酵母对于玉米。

双菌微囊化发酵耦合泡沫分离强化乳链菌肽生产的工艺

本研究拟通过共培养乳酸链球菌与酿酒酵母解除产物抑制效应,并将泡沫分离耦合于微胶囊固定细胞发酵强化乳链菌肽(Nisin)的生产。采用液芯微胶囊固定乳酸链球菌和酿酒酵母细胞,并对海藻酸钠和壳聚糖浓度进行优化。结果表明,以乳糖为底物碳源,乳酸链球菌与酿酒酵母的初始接种比例102:1时,共培养发酵液中Nisin效价高达3436.3 IU/mL。海藻酸盐-壳聚糖-海藻酸盐(ACA)液芯微胶囊的制备条件为海藻酸钠浓度15 g/L和壳聚糖浓度5.5 g/L。在微胶囊固定细胞发酵与泡沫分离耦合时间为21 h,分布器孔径180μm,气体体积流率40 mL/min条件下,Nisin的富集比和回收率分别为5.8和63.1%,总效价为3973.2 IU/mL。本研究建立的双菌微囊化发酵-泡沫分离耦合工艺能够有效解除产物抑制和菌体细胞损失,为高密度、连续发酵生产Nisin奠定了理论基础。

利用固定化XN1菌连续生产微生物絮凝剂的研究

以多孔聚氨酯泡沫为载体,对固定化絮凝剂产生菌进行摇瓶及发酵罐连续培养试验研究,并通过比较不同初糖浓度、菌龄、转速和发酵周期对固定化XN1菌的生长及其产絮凝剂效能的影响,优化了连续生产絮凝剂的条件。结果表明:在摇瓶中,利用糖浓度为2%的初培养基,在150 r/min、28℃下培养60 h即可获得较高活性的固定化细胞;将固定化细胞接种于1%糖浓度的发酵培养基中,振荡速率调至100 r/min,每8 h更换一次培养基,可连续生产12批次高活性絮凝剂,絮凝活性均在78%以上。采用2 L发酵罐优化工艺,连续生产12批次絮凝剂仅需6.5 d,且所得絮凝剂的絮凝活性均在85%以上,与游离菌生产絮凝剂相比,生产效率提高了453.8%。这说明利用多孔聚酯泡沫颗粒作为固定化载体、分段培养、连续发酵生产絮凝剂的方法是可行的、经济的。

串联填充管式反应系统中高浓度乙醇连续发酵

在一套由搅拌罐和管式反应器串联而成的组合式反应系统中,利用酿酒酵母进行连续发酵生产高浓度乙醇。后续管式反应器内通过装填聚氨酯颗粒和木块对酵母细胞进行吸附固定化,在乙醇抑制造成细胞活性大幅降低的情况下,通过大幅提高细胞浓度保证发酵效率,在稀释速率0.02h-1和280g/L葡萄糖的条件下,系统的终点乙醇浓度为15.4%(v/v)。研究表明在一定稀释速率之下,应该通过增加反应器的级数来降低稀释速率,以达到提高终点乙醇浓度,如简单地降低进料速率则可能增加整个系统所受的乙醇抑制,对提高终点乙醇浓度效果不显著。