先进固体发酵技术(ASSF)生产甜高粱乙醇

介绍了利用高产能源作物甜高粱生产燃料乙醇的先进固态发酵(ASSF)技术,从甜高粱茎秆保存、菌种、反应器,到固体发酵过程的数学模拟和工程放大进行了系统研究。筛选出高效产乙醇的菌种CGMCC1949,固体发酵时间低于30 h,乙醇收率高于92%;优选出贮存甜高粱茎秆的有效方法,通过抑菌处理,厌氧贮存200 d糖分损失小于5%;对固态发酵过程进行了数学模拟,设计并优化了固体发酵设备,成功进行了工程放大试验,并且基于ASPEN软件对该技术进行了技术经济评价,结果表明ASSF法生产甜高粱乙醇在技术、工程和经济上均具有充分的可行性和明显优势。     

樟芝固态发酵产物抗氧化性分析

本文对樟芝谷物固态发酵产物抗氧化性能及活性成分进行了研究.在所选谷物中,樟芝青稞固态发酵产物的乙醇提取物总抗氧化性最好,较未发酵青稞提高了4.02倍.通过无水乙醇50℃水浴振荡提取80 min,其总抗氧化性达到了769.60 U/g.对其抗氧化性能分析发现,樟芝青稞固态发酵乙醇提取物为6 mg/L时,对DP P H自由基、羟基自由基以及超氧阴离子的去除率分别为91.9%、51.2%、61.3%,对铁离子的螯合能力为79.5%.相对于未发酵谷物,大米、小米、玉米以及青稞的樟芝发酵产物中总酚含量均有显著的提升,其中青稞乙醇提取和水提取物中总酚含量分别提高了2.36倍和4.23倍.通过HP LC分析可知,樟芝固态发酵产物含有丰富的活性化合物,包括马来酸衍生物(Antrodin)以及泛醌类衍生物(Antroquinonol),且各组分含量较为均衡;而樟芝液态发酵菌丝体乙醇提取物中主要活性成分为马来酸衍生物,不含有泛醌类化合物.     

固态发酵预处理木屑对其制备成型燃料的影响

为了解决生物质成型产业存在的成型燃料密度低、强度低、抗吸水能力弱、不耐存储等问题,采用黄孢原毛平革菌Phanerochaete chrysosporium BKMF21767对黧蒴栲木屑(Castanopsis fissa Rehd.et Wils)进行固态发酵预处理,固态发酵木屑在含水率15%和最大压强98 MPa的条件下制备成型燃料。以成型能耗(挤压和推动能耗)、成型燃料密度、Meyer强度和吸水性等表征发酵时间对黧蒴栲木屑成型行为及成型燃料性能的影响。结果表明:与由新鲜黧蒴栲木屑制备的成型燃料相比,经固态发酵的黧蒴栲木屑成型燃料的燃烧热值几乎不变,虽然在成型过程中的挤压能耗最高升高6.98%,但推动能耗最高可降低32.19%。同时,固态发酵预处理能够提高成型燃料的密度、Meyer强度和抗吸水能力,有利于成型燃料在长时间储运中保持品质,其中由固态发酵48 d左右的木屑制备的成型燃料品质最佳。     

休哈塔假丝酵母乙醇发酵性能的研究

木糖的高效发酵是制约纤维素燃料乙醇生产的技术瓶颈之一,高性能发酵菌种的开发是本领域研究的重点。以木糖发酵的典型菌株休哈塔假丝酵母为材料,研究氮源配比、葡萄糖和木糖初始浓度、葡萄糖添加及典型抑制物等因素对其木糖利用和乙醇发酵性能的影响规律。结果表明,硫酸铵更适宜于木糖和葡萄糖发酵产乙醇。在摇瓶振荡发酵条件下,该酵母可发酵164.0 g/L葡萄糖生成61.9 g/L乙醇,糖利用率和乙醇得率分别为99.8%和74.0%;受酵母细胞膜上转运体系的限制,对木糖的最高发酵浓度为120.0 g/L,可生成45.7 g/L乙醇,糖利用率和乙醇得率分别达到94.8%和87.0%。休哈塔假丝酵母发酵木糖的主要产物为乙醇,仅生成微量的木糖醇;添加葡萄糖可促进木糖的利用;休哈塔假丝酵母在葡萄糖发酵时的乙酸和甲酸的耐受浓度分别为8.32和2.55 g/L,木糖发酵时的乙酸和甲酸的耐受浓度分别为6.28和1.15 g/L。     

甜高粱填充甘蔗榨期生产燃料乙醇的可行性

为了探讨在甘蔗产区种植甜高粱填充甘蔗压榨期,利用现有压榨设备生产燃料乙醇的可行性,2008年选用15个早、中、晚熟甜高粱品种在广西柳州进行了分期播种试验,从3月到9月,共播种7次,研究不同播期对茎秆产量、籽粒产量、茎秆糖锤度、叶片产量等的影响。研究表明,3～8月播种,所有参试品种均能正常生长,9月底播种,所有品种均不能正常成熟。茎秆鲜产最高的品种是Sart和PT3-S,平均单季茎秆产量分别为79.28 t/hm2和78.58 t/hm2,双季茎秆鲜产分别为157.95 t/hm2和155.25 t/hm2。从6月底开始,早熟品种开始成熟,之后,不同品种陆续成熟,一直到12月底,均有品种可以收获。年度双季乙醇产量最高产量可达9.14 t/hm2。此外,还估算了木质纤维素产量,讨论了甘蔗区发展甜高粱填充甘蔗空榨期生产燃料乙醇的可行性以及甜高粱综合利用的潜力。     

树干毕赤酵母NLP31发酵产乙醇的研究

研究了树干毕赤酵母NLP31在木糖质量浓度为45 g/L的3种发酵培养基Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ上发酵3轮的发酵性能以及在45 g/L木糖或混合糖(葡萄糖30 g/L,木糖15 g/L)的发酵培养基Ⅲ上的代谢历程。结果表明:树干毕赤酵母NLP31在发酵培养基Ⅲ上,乙醇浓度和乙醇得率均达到最高,分别为(17.29±0.15)g/L和(84.65±0.58)%。在45 g/L木糖或混合糖(葡萄糖30 g/L,木糖15 g/L)的发酵培养基Ⅲ上的代谢历程表明:混合糖发酵达到最大乙醇得率的时间仅为12 h,要比单一木糖发酵缩短了8 h。树干毕赤酵母NLP31在以廉价的无机N源为发酵培养基上的乙醇发酵性能高,能够降低燃料乙醇的生产成本。     

S-腺苷-L-蛋氨酸高密度发酵工艺优化

利用酿酒酵母在5L发酵罐高密度发酵生产S-腺苷-L-蛋氨酸(SAM)后期存在稳定性差的问题,本研究考察了在补糖中添加磷酸氢二铵、谷氨酸钠、三磷酸腺苷二钠来提高酿酒酵母发酵后期的稳定性。通过4批5L发酵罐高密度流加发酵实验研究发现:在发酵34h左右,菌体干重超过100g/L后,开始添加50克L-蛋氨酸,并在补糖中加入10g/L三磷酸腺苷二钠,发酵65.7h,最高生物量干重达到180g/L,SAM产量达到17.1g/L。     

自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵耦合酵母回用工艺的研究

模拟现有酒精发酵行业普遍采用的多级发酵罐串联系统,建立了一套由三级串联操作的搅拌式发酵罐和两个沉降罐组成的反应器系统,以脱胚脱皮玉米粉双酶法制备的糖化液为发酵底物,培养基初始还原糖浓度为220g/L,添加(NH4)2HPO41.5g/L和KH2PO42.5g/L,以0.057h-1的恒定稀释速率流加,将自沉降浓缩后的酵母乳先后经活化和不活化两种方式处理并循环至第一级发酵罐,系统在两种操作条件下分别达到了拟稳态。实验结果表明活化处理对改善发酵工艺技术指标方面发挥了显著的作用,发酵终点乙醇浓度达到101g/L,还原糖和残总糖分别在3.2和7.7g/L左右,发酵系统的设备生产强度指标为5.77g/(L.h),与无酵母回用的搅拌式反应器系统中自絮凝颗粒酵母乙醇发酵工艺相比,提高了70%。     

国内简讯

葛根燃料乙醇生产技术取得重要进展葛根是一种高淀粉含量的非粮作物,其环境适应性强,在山地、林地、斜坡和未开垦的荒地都能较好地生长,被认为是发展燃料乙醇产业最有潜力的原料之一。近期,中国科学院过程工程研究所在葛根燃料乙醇生产技术研究方面取得重要进展,研究人员创新性地将“汽爆”预处理技术与连续耦合固态发酵技术相结合。有效解决了传统发酵技术能耗高、污染重、组分利用单一等问题。     

预处理苎麻秆和红麻秆糖化发酵生产燃料乙醇

苎麻和红麻是我国传统纤维作物,皮部纤维在造纸、纺织等工业具有广泛用途,但剥皮后剩余的茎秆部分并没有被有效利用。由于其中含有较多纤维素,可望被生物转化生产燃料乙醇。比较了几种不同化学预处理方法对苎麻秆和红麻秆纤维素酶解性能的改善效果,进而选择碱法预处理后原料,进行半同步糖化发酵产乙醇实验。结果表明,苎麻秆和红麻秆经4%NaOH和0.02%蒽醌-2-磺酸钠盐(AQSS),在170℃下处理1 h,继而在固形物底物浓度18%时发酵168 h,发酵液中乙醇浓度达到51 g/L。采用少量多次补料至20%的底物浓度,乙醇浓度都能达到63 g/L,纤维素转化率分别为77%和79%。红麻秆经5.2%NaHSO3和0.2%H2SO4,在170℃下处理1 h,补料至20%的底物浓度时,乙醇浓度可达到65 g/L,纤维素转化率为72%。     

万古霉素发酵废渣固态发酵生产单细胞蛋白的研究

以万古霉素发酵废渣为唯一培养基,对固态发酵生产单细胞蛋白(SCP)进行了研究.经过筛选得到了一株白地霉HCCB 2267,它能以万古霉素发酵废渣为唯一底物生长.通过菌株驯化和培养条件优化,固态发酵产生的SCP可迭9.42×108个/g干重,其粗蛋白含量达47.24%,氨基酸总量从30.60%提高到46.28%.其优化的培养条件是:培养基起始含水量60%,起始pH 5.0～6.0,接种量15%,培养温度28～30℃,培养时间72h等.此外,筛选到的菌株对废渣中残存的菌丝体有降解作用.     

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。     

里氏木霉306产t-PA固态发酵条件的研究

对基因工程菌株里氏木霉(Trichodermareesei)306生物合成组织型纤溶酶原激活剂(t-PA)的固态发酵培养基成分和发酵条件进行了研究;分析了发酵过程中t-PA的生成、总糖的消耗和菌体生长的规律。在优化的固体发酵条件下,t-PA的最大酶活是924.63IU/g干重培养基,较初始条件下提高了5倍。通过浅盘进行了放大实验,最大酶活为983.64IU/g干重培养基,t-PA合成速率为:13.66IU/g干重培养基.h,较三角瓶固态发酵最高产酶提高了6.38%,产酶速率提高了24.07%。     

酿酒酵母异源表达纤维二糖转运蛋白LacY与纤维二糖利用菌株的构建北大核心

【目的】在酿酒酵母体内设计代谢通路,使酿酒酵母能利用纤维素水解产物纤维二糖生产乙醇。【方法】首先,用大肠杆菌DH5α总DNA为模板克隆编码大肠杆菌乳糖透过酶的LacY基因。为过表达LacY基因,以质粒YEplac181作为载体,将酿酒酵母PGK1p强启动子加到LacY基因之前,CYC1t终止子加到LacY基因之后,构建质粒YEplac181-PGK1p-LacY-CYC1t。之后,将纤维二糖转运蛋白LacY表达质粒和β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,BGL)表达质粒pRS316-PGK1p-gh1-1-CYC1t依次转入野生型酿酒酵母W303-1A中,使野生型酿酒酵母W303-1A异源表达可转运纤维二糖的LacY蛋白和β-葡萄糖苷酶GH1-1,构建可利用纤维二糖的酿酒酵母工程菌W303-1A GL。最后,通过发酵测定酿酒酵母工程菌W303-1A GL的纤维二糖利用情况和乙醇产量,并对纤维二糖代谢通路中纤维二糖酶活力进行测定。【结果】本研究构建了纤维二糖转运蛋白LacY和β-葡萄糖苷酶GH1-1协同表达的酿酒酵母工程菌W303-1AGL。W303-1AGL可以有效利用纤维二糖发酵生产乙醇,W303-1A GL发酵24 h时乙醇产量达到3.25 g/L,得率为0.325 g乙醇/g纤维二糖,利用葡萄糖产乙醇理论得率为0.511 g乙醇/g纤维二糖,达到葡萄糖产乙醇理论得率的64%,细胞密度最高在第54 h达到OD600=10.84,胞内β-葡萄糖苷酶的酶活在72 h最高,可达到0.51 U/mg。【结论】本研究成功构建了能有效利用纤维二糖的重组酿酒酵母工程菌W303-1A GL,为提高纤维素乙醇生产效率、降低纤维素乙醇生产成本提供了新思路。     

一株中型假丝酵母发酵木糖产乙醇的特性研究

本研究对自然界中筛选得到的1株可以发酵木糖产乙醇的中型假丝酵母(Candida intermedia)的特性进行了研究.该菌株在28℃、120 r/min、72 h条件下,发酵3%木糖的乙醇产率最高,达到理论值的43.70%,发酵7%木糖得到的乙醇产量最高,为6.480 g/L.发酵时间延长到156 h,可以利用8%木糖产乙醇21.225 g/L,产率为理论值的72.87%.该菌株还可以在同样条件下,发酵13%葡萄糖得到乙醇50.965 g/L,达到理论值的76.90%.以3% 2% 3%分批补加糖,比一次性发酵8%木糖的乙醇产量提高9.91%.在葡萄糖和木糖的混合培养基中,优先利用葡萄糖,同时还表现出葡萄糖对木糖发酵的促进作用,当2%的木糖与6%葡萄糖混合时,乙醇产量比两者单独发酵的加和提高了25%.     

纤维素酶的固态发酵及酶学性质的研究

对绿色木霉产纤维素酶的固态发酵条件进行研究,显示其最优产酶条件为:稻草:麸皮=3:2,水分250%,最佳氮源为0.5%(NH4)2SO4,最佳培养时间3天,温度30℃,接种量10%,初始pH6.0～7.0,在此条件下,每克干曲酶活分别高达18.4FPAU/g,56.7CMCU/g。同时对酶解作用条件进行了初步研究,发现pH5.2时对滤纸酶活力最高,pH4.8时对脱脂棉活力最高。降解温度以滤纸55℃,脱脂棉50℃为最佳。实验还发现乙醇对酶的降解有抑制作用。     

混合糖发酵重组酿酒酵母的菌株构建和菊芋秸秆同步糖化发酵研究

【目的】构建可用于纤维素乙醇高效生产的混合糖发酵重组酿酒酵母菌株,并利用菊芋秸秆为原料进行乙醇发酵。【方法】筛选在木糖中生长较好的酿酒酵母YB-2625作为宿主菌,构建木糖共代谢菌株YB-2625 CCX。进一步通过r DNA位点多拷贝整合的方式,以YB-2625 CCX为出发菌株构建木糖脱氢酶过表达菌株,并筛选得到优势菌株YB-73。采用同步糖化发酵策略研究YB-73的菊芋秸秆发酵性能。【结果】YB-73菌株以90 g/L葡萄糖和30 g/L木糖为碳源进行混合糖发酵,乙醇产量比出发菌株YB-2625 CCX提高了13.9%,副产物木糖醇产率由0.89 g/g降低至0.31 g/g,下降了64.6%。利用重组菌YB-73对菊芋秸秆进行同步糖化发酵,48 h最高乙醇浓度达到6.10%(体积比)。【结论】通过转入木糖代谢途径以及r DNA位点多拷贝整合过表达木糖脱氢酶基因可有效提高菌株木糖发酵性能,并用于菊芋秸秆的纤维素乙醇生产。这是首次报道利用重组酿酒酵母进行菊芋秸秆原料的纤维素乙醇发酵。     

球孢白僵菌固态罐发酵产孢培养的研究

建立了一套两升圆柱体玻璃发酵罐的固态通风培养装置及通风系统。以球孢白僵菌Bb371为生产菌,培养基220g(82％麸皮 4．5％黄豆粉 4．5％玉米粉 9％稻壳)作为生产原料,接种30ml,23℃培养温度下,分阶段调节通风量和空气湿度,培养5d,产孢量可达到116亿／g干培养基。     

大肠杆菌工程菌ptsG基因敲除及其缺陷株混合糖同型乙醇发酵

为实现可同时利用木糖和葡萄糖进行生产发酵,以产乙醇的大肠杆菌工程菌SZ470为出发菌株(△pflB,△frdABCD,△ackA,△ldhA),采用同源重组技术,敲除葡萄糖转运基因ptsG,以构建不受葡萄糖抑制效应影响的菌株SZ470P.SZ470P在5％混合糖(2.5％木糖和2.5％葡萄糖)培养基中能同时利用葡萄糖和木糖进行发酵,葡萄糖消耗量是13 g/L,为对照菌株SZ470的一半;木糖消耗量是20 g/L,是SZ470的3.8倍;乙醇的最高产量为15.01 g/L,转化率为89.13％,比SZ470提高了14.32％.结果表明,工程菌SZ470P可同时利用葡萄糖和木糖发酵生产高产量的乙醇.     

一步法发酵菊芋生产乙醇

利用马克斯克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)YX01具有菊粉酶生产能力且乙醇发酵性能良好的特点,直接发酵菊粉生成乙醇.在摇瓶中考察了该菌株最适发酵温度,进而在2.5L发酵罐中考察了通气量和底物浓度的影响.实验结果表明:该菌株最适发酵温度为35℃;在通气量为50 mL/min和100 mL/min时菌体生长加快,发酵时间缩短,但在不通气条件下糖醇转化率明显提高;在菊粉浓度235 g/L时,发酵终点乙醇浓度达到92.2 g/L,乙醇对糖的得率为0.436,为理论值的85.5%.在此基础上,使用近海滩涂种植海水灌溉收获的菊芋为底物,以批式补料方式直接发酵菊芋干粉浓度为280 g/L的底物,发酵终点乙醇浓度为84.0 g/L,乙醇对糖的得率为0.405,为理论值的80.0%.这些研究工作,为以菊芋为原料的燃料乙醇技术开发奠定了基础.