沙柳原料高浓度底物酶解发酵乙醇工艺

为了提高沙柳生物转化过程的经济可行性,考察了沙柳原料经过蒸爆、超微粉碎+稀酸、超微粉碎+稀碱预处理后高浓度底物补料酶解的效果,并对其高浓度水解糖液进行了乙醇发酵。结果表明:蒸爆处理法水解效果最好,通过补料酶解,底物质量分数可以达到30%,酶解液中总糖质量浓度达到132 g/L,葡萄糖质量浓度105 g/L;超微粉碎+稀酸预处理原料底物质量分数可以达到22%,酶解液中总糖质量浓度达到123 g/L,葡萄糖质量浓度73 g/L;超微粉碎+稀碱预处理原料底物质量分数可以达到22%,酶解液中总糖质量浓度133 g/L,葡萄糖质量浓度77 g/L。3种预处理使沙柳原料的酶解糖液都可以较好地被酿酒酵母利用发酵产乙醇,蒸爆处理原料的酶解糖液乙醇发酵效果最好,乙醇质量浓度达到47 g/L。     

拜氏梭菌Clostridium beijerinckii NCIMB 8052发酵玉米皮生产丁醇

玉米皮作为玉米淀粉加工的副产物,是一种可用于生产液体燃料的潜在廉价优质的生物质资源。本文以玉米皮为原料,对拜氏梭菌发酵生产丁醇进行了研究。实验结果表明,玉米皮首先在最优的预处理温度140℃下使用0.5%硫酸水溶液以固液比1∶8处理20 min,再添加200 IU/g底物糖化酶、1.0 IU/g底物木聚糖酶进行酶解,可以使原料中的淀粉和半纤维素转化为可发酵糖,此时水解液中的总糖浓度为50.46 g/L。然后使用1.0%的活性炭对水解液进行脱毒处理以去除发酵抑制物,再进行丁醇发酵,丁醇产量为9.72 g/L,总溶剂产量可达14.09 g/L,糖醇转化率为35.1%。上述研究结果证明玉米皮作为一种粮食加工废弃物用于液体燃料丁醇的生产在技术上是完全可行的。     

稀碱预处理棕榈残渣制备纤维乙醇

以棕榈残渣(Empty fruit bunch,EFB)为原料,通过预处理、酶解、发酵等过程制备纤维乙醇.首先对比了碱、碱/过氧化氢等预处理条件对棕榈残渣组成及酶解的影响,结果表明稀碱预处理效果较好.适宜的稀碱预处理条件为:NaOH浓度为1％,固液比为1∶10,在40℃浸泡24 h后于121℃下保温30 min,在该条件下,EFB的固体回收率为74.09％,纤维素、半纤维素和木质素的含量分别为44.08％、25.74％和13.89％.对该条件下预处理后的固体样品,以底物浓度5％、酶载量30 FPU/g底物酶解72 h,纤维素和半纤维素的酶解率分别达到84.44％和89.28％.进一步考察了酶载量和底物浓度对酶解的影响以及乙醇批式同步糖化发酵,当酶载量为30 FPU/g底物,底物浓度由5％增加至25％时,利用酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae(接种量为5％,VIV)发酵72 h后乙醇的浓度分别为9.76 g/L和35.25 g/L,可分别达到理论得率的79.09％和56.96％.     

稀酸水解玉米芯制备丁二酸

利用正交设计得到稀H2SO4水解玉米芯制备混合糖液的优化工艺:玉米芯料液比1∶5(质量体积比),物料粒径250~380μm、H2SO4用量3%(体积分数)、水解温度126℃、反应时间2.5 h。此工艺条件下的总糖收率达90%,总糖质量浓度为60 g/L,发酵抑制物糠醛含量为0.87 g/L,5-羟甲基糠醛含量为0.68 g/L。在此基础上利用活性炭吸附和Ca(OH)2中和对玉米芯混合糖液进行脱毒及脱盐处理,SO42-脱除率达96%,色素脱除率为96%,糠醛、5-羟甲基糠醛及多酚类物质脱除率均高于50%。处理后的玉米芯多组分糖液作为产琥珀酸放线杆菌(Actinobacillus succino-genes)NJ113的发酵C源,当培养基中初始总糖质量浓度为50 g/L时,丁二酸收率为61.68%,丁二酸质量浓度为30.8 g/L;初始总糖质量浓度为70 g/L时,丁二酸收率仍可达50%以上,丁二酸质量浓度为35.2 g/L。发酵实验表明,将经过脱毒脱盐处理的玉米芯多组分糖液替代葡萄糖作为C源发酵制备丁二酸具有可行性。     

亚硫酸盐甘蔗渣浆酶解液发酵制备乙醇

以亚硫酸盐甘蔗渣浆酶解液作为原料,利用C. shehatae发酵制取燃料乙醇。结果表明：还原糖最适初始质量浓度为葡萄糖140 g/L、木糖60 g/L、酶解液总糖80 g/L。利用初始葡萄糖55.06 g/L、木糖11.18 g/L、纤维二糖4.51 g/L的亚硫酸盐甘蔗渣浆酶解液发酵,经18 h获得乙醇22.98 g/L。乙醇得率为67.23%,葡萄糖利用率为99.27%,木糖利用率为32.96%,C. shehatae适合作为蔗渣为原料的乙醇发酵菌株。     

玉米秸秆分批补料获得高还原糖浓度酶解液的条件优化

木质纤维素高浓度还原糖水解液的获得是纤维乙醇产业化发展的方向。在发酵工业领域,分批补料法是实现这一目标的重要研究途径。本研究采用分批补料法对获得高浓度玉米秸秆酶解还原糖的条件进行了优化。以稀硫酸预处理的玉米秸秆为原料,考察了液固比、补加量与补加时间对分批补料糖化的影响。结果表明,秸秆高浓度酶解液条件的初始物料为20％ (重量/体积),木聚糖酶220 U/g (底物),纤维素酶6 FPU/g (底物),果胶酶50 U/g (底物),在24 h、48 h后分批补加8％预处理后的物料,同时添加与补料量相应的木聚糖酶20 U/g (底物),纤维素酶2 FPU/g (底物),72 h后,最终糖化结果与非补料法相比,还原糖浓度从48.5 g/L提高到138.5 g/L,原料的酶解率最终达到理论值的62.5％。试验结果表明补料法可以显著提高秸秆水解液还原糖浓度。     

萃取耦合技术对玉米秸秆水解液发酵产丁醇的影响

本研究以玉米秸秆水解液为原料,通过萃取发酵技术生产燃料丁醇,以提高丁醇产量,降低生产成本。通过对萃取剂的筛选与条件优化,确定纤维丁醇发酵的萃取剂为油醇,添加时间为发酵0 h,添加比例为1:1 (V/V)。该条件下发酵32 g/L糖浓度的玉米秸秆水解液,丁醇和总溶剂产量分别为3.28 g/L和4.72 g/L,比对照分别提高958.1%和742.9%。以D301树脂脱毒后5%总糖浓度的玉米秸秆水解液进行丁醇萃取发酵,丁醇和总溶剂产量分别达到10.34 g/L和14.72 g/L,发酵得率为0.31 g/g,与混合糖发酵结果相当。研究结果表明萃取发酵技术能够显著提高原料的利用率和丁醇产量,为纤维丁醇工业化生产提供了技术支撑。     

一株拜氏梭菌利用甘蔗废糖蜜发酵生产丙酮丁醇

以甘蔗废糖蜜作为原料,利用Clostridium beijerinckii DSM 6422菌株进行丙酮丁醇发酵的初步研究.结果表明:采用H2SO4预处理糖蜜,初糖质量浓度60 g/L,(NH4)2SO4 2g/L,CaCO3 10 g/L,温度30℃,pH 5.5～7.0,接种量6％(体积分数),在5L发酵罐中发酵培养96 h,总溶剂产量为16.17 g/L,其中丁醇质量浓度为10.07 g/L,总溶剂产率为30.2％,糖利用率为89.3％.     

米根霉利用纯糖和不同预处理玉米秸秆酶解糖生产L-乳酸

通过单因素实验设计,优化米根霉摇瓶发酵产L-乳酸。在此基础上,以蒸气爆破和碱处理玉米秸秆酶解液为混合C源,与纯糖对比,研究不同预处理玉米秸秆混合C源对米根霉发酵产L-乳酸的影响。结果显示:在初始葡萄糖质量浓度100g/L、(NH4)2SO4质量浓度2g/L、接种量6%(体积分数)、转速170r/min、发酵12h后添加30g/LCaCO3的条件下,米根霉发酵产L-乳酸质量浓度为69.15g/L。米根霉发酵不同预处理玉米秸秆酶解混合C源,木糖的存在影响了米根霉的C代谢网络,降低L乳酸的产量。     

蒸汽爆破处理沙柳原料酶解条件优化

研究蒸汽爆破预处理对沙柳原料酶解效果的影响,通过响应曲面实验设计法优化蒸汽爆破处理沙柳原料的酶解工艺。结果表明,蒸汽爆破预处理沙柳原料的最佳蒸汽爆破处理条件：压力3.5 MPa、维压时间300 s; 蒸汽爆破最佳酶解条件：pH 4.8、温度53.5 ℃、 每克底物酶加量29.8 FPU。在最优条件下,蒸汽爆破处理沙柳原料的酶解率可以达到最大值87.92%,并验证了数学模型的有效性,试验结果表明蒸汽爆破预处理可以有效提高沙柳原料的水解率。     

利用木霉与根霉两步发酵秸秆制备L-乳酸研究

以秸秆为原料进行生物转化大量制备有机酸意义重大.在秸秆汽爆法预处理的基础上,以绿色木霉为菌种转化制备秸秆糖,对降解单糖接种米根霉进行二次发酵制备L-乳酸.试验结果表明,第一步绿色木霉固态培养制备纤维素酶时,控温30℃、通气0.12L/(L.min)、发酵40h后制备干曲,后按10g干曲/L汽爆液的配比进行55℃酶解36h,五、六碳糖累积浓度达到86g/L.第二步米根霉发酵时,控制温度32℃、通气0.4L/(L·min)、转速450r/min,发酵48h,最终产L-乳酸累积浓度为81.6g/L.秸秆制备L-乳酸的两步发酵法发酵工艺具有推广价值.     

稻草生物质的预处理及其发酵产酶与酶解效果研究

采用稀酸、稀碱、高温稀碱、亚硫酸盐法(SPORL法)和稀酸-亚硫酸盐法(稀酸SPORL法)对粉碎稻草秸秆预处理,考察不同预处理方法对稻草基质多菌发酵产纤维素酶的影响,分析预处理前后稻草基质主要成分的变化,酶水解液中糖组分的含量。结果表明:稀酸SPORL法处理的稻草粉在固态发酵产酶和酶解糖化都具有较好的效果,所得羧甲基纤维素酶(CMCase酶)和β-葡萄糖苷酶(β-G)比酶活分别达到21 511.22和51 508.41 U/g,同时酶水解率达到84.99%。除SPORL法外,其他预处理方式所得酶活均出现了不同程度的下降。稀酸预处理对稻草基质中的半纤维素去除效果较好,含量由20.77%下降到7.34%;稀碱高温处理对木质素脱除效果较好,Klason木质素含量由12.47%下降到7.58%。通过酶解糖化实验发现,未处理稻草粉酶水解率仅为17.82%,稀碱高温法效果最好,稻酶水解率达到91.66%。稀酸和稀酸SPORL法处理后,稻草粉基质的酶解糖化液中,戊聚糖占总糖相对含量较低,分别为7.38%和6.92%。     

利用甜菜糖蜜补料发酵生产丁醇

从土壤中分离出1株适合利用甜菜糖蜜发酵生产丁醇的丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)2N,通过优化发酵条件,得到最适发酵温度为33℃,玉米浆最适添加量为15g/L,发现甜菜糖蜜中还原糖质量浓度高于50g/L时影响菌株的生长和溶剂生产。以补料分批发酵方式降低底物抑制,33℃发酵48h后,丁醇和总溶剂的质量浓度分别达到14.15g/L和19.65g/L,丁醇质量分数超过70%。     

丙酮丁醇梭菌发酵菊芋汁生产丁醇

对丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum L7发酵菊芋汁酸水解液生产丁醇进行了初步研究。实验结果表明,以该水解液为底物生产丁醇,不需要添加氮源和生长因子。当水解液初始糖浓度为48.36 g/L时,其发酵性能与以果糖为碳源的对照组基本相同,发酵终点丁醇浓度为8.67 g/L,丁醇、丙酮和乙醇的比例为0.58∶0.36∶0.06,但与以葡萄糖为碳源的对照组相比,发酵时间明显延长,表明该菌株葡萄糖转运能力强于果糖。当水解液初始糖浓度提高到62.87 g/L时,发酵终点残糖浓度从3.09 g/L增加到3.26 g/L,但丁醇浓度却提高到11.21 g/L,丁醇、丙酮和乙醇的比例相应为0.64∶0.29∶0.05,表明适量糖过剩有助于C.acetobutylicum L7胞内代谢从丙酮合成向丁醇合成途径调节;继续提高水解液初始糖浓度,发酵终点残糖浓度迅速升高,丁醇生产的技术经济指标受到明显影响。     

木质纤维素稀酸水解糖液乙醇发酵研究进展

以木质纤维素为原料生产燃料乙醇,首先要对原料进行预处理得到可发酵糖,在稀酸水解木质纤维素得到的糖液中,除含有葡萄糖、木糖等六碳糖和五碳糖外,根据水解温度、酸浓度和时间的不同,还含有不同浓度的发酵抑制剂。因此,在研究木质纤维素稀酸水解糖液的乙醇发酵中,对代谢木糖成乙醇的菌种的研究、对耐/代谢发酵抑制剂微生物的研究、对稀酸水解糖液的脱毒方法的研究以及对稀酸水解糖液不同发酵方式的乙醇发酵研究等非常重要。重点介绍了以上几个方面近几年研究的进展。     

菊糖芽孢乳杆菌利用麸皮水解液发酵生产D-乳酸

考察菊糖芽孢乳杆菌YBS1-5利用麸皮的水解液发酵生产D-乳酸的性能。首先研究了不同蛋白酶对麸皮中蛋白组分的水解效率,优选酸性蛋白酶并对其进行水解工艺的优化,最终其水解液中的含氮量为4.6 g/L,水解效率为85.8%。对酸性蛋白酶的水解液残渣进行稀酸预处理后,利用纤维素酶对其进行酶解。通过批次补料酶解,水解液中的还原糖质量浓度达141.2 g/L,其中葡萄糖质量浓度为138.1 g/L、木糖质量浓度为1.4 g/L。利用麸皮的蛋白酶水解液和纤维素酶水解液替代葡萄糖和酵母粉发酵制备D-乳酸。在96 h内,D-乳酸产量达99.5 g/L,生产速率达1.04 g/(L·h),转化率89.1%。     

碱预处理玉米芯米根霉同步糖化发酵产富马酸

以碱预处理玉米芯渣为原料,采用单因素优化方法优化米根霉同步糖化发酵产富马酸。在此基础上,研究米根霉利用碱预处理玉米芯渣的同步糖化发酵,并与纯糖发酵进行对比。结果表明:在50 g/L底物、(NH4)2SO4质量浓度0.71 g/L、纤维素酶用量20 FPIU(以1 g纤维素计)、Ca CO3加入量30 g/L、接种量10%(体积分数)和装液量50 m L的条件下,米根霉同步糖化发酵过程产富马酸13.78 g/L,而纯糖发酵富马酸生成量仅6.21 g/L。     

常压甘油自催化预处理麦草浓醪发酵纤维素乙醇

目前纤维素乙醇成本偏高的根本原因在于没有达到淀粉质乙醇发酵水平的"三高"(高浓度、高转化率和高效率)指标,提高水解糖液浓度和避免发酵抑制物来实现浓醪发酵,是解决问题的关键。文中以常压甘油自催化预处理麦草为底物,尝试采用不同发酵策略,探讨其浓醪发酵产纤维素乙醇的可行性。在优化培养条件(15%底物浓度,加酶量30 FPU/g干底物,温度37℃,接种量10%)下同步糖化发酵72 h,纤维素乙醇产量为31.2 g/L,转化率为73%,发酵效率0.43 g/(L·h);采用半同步(预酶解24 h)糖化发酵72 h,纤维素乙醇浓度达到33.7 g/L,转化率为79%,发酵效率为0.47 g/(L·h),其中(半)同步糖化发酵中90%以上纤维素已被糖化水解用于发酵;采用分批补料式半同步糖化发酵,补料到基质浓度相当于30%,发酵72 h时纤维素乙醇产量达到51.2 g/L,转化率为62%,发酵效率为0.71 g/(L·h)。在所有浓醪发酵中乙酸不足3 g/L,无糠醛和羟甲基糠醛等发酵抑制物。以上结果表明,常压甘油自催化预处理木质纤维素基质适用于纤维素乙醇发酵;分批补料式半同步糖化发酵策略可用来进行浓醪纤维素乙醇发酵;未来工作中提高基质纯度和强化酶解产糖是浓醪纤维素乙醇达到"三高"指标的关键。     

萃取耦合发酵工艺生产丁醇研究

萃取耦合发酵可有效减弱产物抑制和提高底物利用效率,本文就萃取耦合发酵生产丁醇工艺中的萃取剂的选择、萃取剂加入量、底物浓度等发酵条件进行了研究。结果表明:最佳萃取剂为大豆油生物柴油,油水比为3∶5,发酵过程无需搅拌,静置发酵为宜,在发酵之初加入萃取剂。分别以玉米和木薯为发酵底物,确定其最适底物浓度为100 g/L,以玉米为原料萃取耦合发酵中丁醇和总溶剂产量分别为18.17 g/L和29.31 g/L。以木薯为原料萃取耦合发酵生产丁醇及总溶剂产量比传统发酵分别提高了48.69%和51.80%。     

酶水解菊芋糖浆发酵生产琥珀酸的初步研究

用产菊粉酶的一株黑曲霉菌株进行产酶发酵条件和水解条件研究,在30℃,pH 6.0,摇床转速200 r/min,发酵时间为3 d的最适产酶条件下,酶活可以达到45.9 U/mL.以总糖含量为85.2 g/L的菊芋粉为初始底物,最适酶水解条件为温度50℃,加黑曲霉培养液的量为10%(v/v),水解12 h后,水解率达到99.6%.用此酶解液在5 L搅拌发酵罐中进行琥珀酸发酵,初始还原糖浓度53.5 g/L,36 h发酵产琥珀酸43.8 g/L,琥珀酸产率0.83 g/g,糖利用率99.0%,琥珀酸生产强度1.22 g/(L·h).