絮凝酵母颗粒悬浮床反应器中试及酒精连续发酵工艺的研究

在小型悬浮床反应器研究絮凝颗粒酵母酒精连续发酵工艺的基础上,建立了单釜反应器有效容积0．5m³、二级串联的中试装置。以淀粉糖化液为底物,考察了悬浮床反应器由小试到中试的放大效应,提出了该反应器工业放大时对危险截面表观气速应加以限制的原则,以保证絮凝酵母颗粒不被剪切破坏。进而在平均稀释率为0．10h^-1的条件下．中试装置稳定运转一个月,获得终点发酵液中酒精浓度80～85g／L,残糖低于5.0g／L,设备平均生产酒精8．4g／L·h的结果。     

自絮凝颗粒酵母酒精高浓度连续发酵的研究

在四釜串联气升环流悬浮床生物反应器系统中 ,进行了絮凝颗粒酵母酒精连续发酵的研究。以CO2 为驱动动力 ,发酵液液蒸馏废液全循环 ,稀释率为 0 2 h。发酵成熟醑酒精平均浓度为 96 6g L ,残余还原糖和总糖分别为 1 2g L和 4 1g L。     

多级串联悬浮床反应器系统中自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵耦合废糟液直接全循环使用的研究

在一套四级串联悬浮床生物反应器系统中,以双酶法制备的玉米粉糖化液为底物,进行了废糟液全循环条件下自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵的实验研究。在实验中,每隔5 d将从末级反应器收集到的发酵液集中精馏处理,得到的废糟液直接用于玉米粉调浆制糖。系统连续运行了120d,共进行了24批次实验,数据分析表明系统达到了平衡状态。在平均发酵时间为20h条件下,发酵终点乙醇浓度平均为11.7%（V/V）,残还原糖浓度平均为7.9g/L,装置运行平稳。这些工作为自絮凝颗粒酵母乙醇发酵耦合废糟液直接全循环使用、实现污染物源头减废、清洁生产奠定了理论和实验基础。     

发酵抑制物对絮凝酵母戊糖发酵的影响

将絮凝剂加入酵母溶液中,使酵母絮凝成颗粒以此作为固定化酵母进行戊糖发酵。研究了常见发酵抑制物(甲酸、乙酸、糠醛和乳酸等)对絮凝酵母发酵木糖的影响。结果表明:在60.0g/L木糖发酵液中,经过24h发酵,木糖利用率达94.6%,当分别添加抑制物甲酸、乙酸、糠醛、乙醇和乳酸时,聚氧乙烯絮凝酵母分别对其的耐受浓度为0.5、0.5、1.0、30.0和8.0g/L。当抑制物添加量超过各自的耐受浓度后,对絮凝酵母发酵会产生明显的抑制作用。     

絮凝颗粒酵母均匀悬浮体系生长动力学的研究

利用粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)变异株自身絮凝形成的颗粒,作为细胞固定化方法。以双酶法制备的淀粉耱化液为底物,在有效容积2．35L的小型悬浮床生物反应器中连续生产酒精。研究了微量供氧条件下该絮凝颗粒酵母均匀悬浮体系的生长动力学,获得了描述其生长规律的模型方程。     

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。     

固定化生长酵母连续生产酒精的研究中间试验报告

造粒器与柱式生物反应器成—封闭系统,采用正交试验确定的最适固定化条件,以海藻酸钙凝胶法进行细胞固定化,连续造粒,在反应器中完成固定化。固定化酵母在反应器中通气培养20小时左右,凝胶球细胞数达2×10~9/me,其增长速度比传统工艺自然细胞快10倍。固定化生长细胞用于生物反应器连续发酵甜菜糖蜜酒精,酒精生产能力为22.1—23.67g/L凝胶球/小时,为传统工艺酒精生产能力的10倍。停留时间为3小时。反应器系统由两个0.7KL柱式反应器和1个0.8KL成熟醪接收器组成。发酵周期由传统工艺的20小时左右,缩短为4小时,酒精含量为8.5—9.0％(V/V),对1.2号反应器的动态变化及其在发酵中的作用进行了系统研究,糖蜜中可发酵糖75％的转化是在1号反应器中完成的。     

废糟液全循环对自絮凝酵母糖酵解途径关键酶、胁迫相关代谢物及胞内组分的影响

旨在研究废糟液直接全循环对絮凝酵母乙醇发酵、糖酵解关键酶以及细胞组成的影响。在一有效容积1.5 L的搅拌式生物反应器中,使用葡萄糖为220 g/L,添加8 g/L酵母粉和6 g/L蛋白胨的培养基,以0.04 h?1的稀释率进行自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵。每隔3天将收集到的发酵液集中精馏处理,得到的废糟液用于配制发酵培养基。装置运行近20 d,实验结果表明,随着废液循环批次的增加,系统乙醇和生物量浓度明显降低,糖酵解途径3个关键限速酶:己糖激酶、6-磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶不同程度受到抑制。为了应对废糟液中高沸点副产物积累导致的环境胁迫,维持细胞正常代谢,甘油和菌体胞内蛋白生物合成加强,碳水化合物积累减弱。这些研究结果对进一步研究高沸点副产物积累对酵母细胞乙醇发酵影响的机理和菌种的代谢工程改造,具有重要意义。     

自絮凝酵母高浓度重复批次乙醇发酵

利用发酵性能优良的自絮凝酵母Saccharomyces cerevisiaeflo,研究开发了重复批次高浓度乙醇发酵系统,以节省下游加工过程的能耗。在终点乙醇浓度达到120g/L左右的条件下,发酵系统的乙醇生产强度达到8.2g/(L·h)。然而实验中发现,随着发酵批次的增多,自絮凝酵母沉降性能逐渐下降,从发酵液中沉降分离所需时间相应延长,导致发酵液中高浓度乙醇对酵母的毒害作用加剧,影响其发酵活性和发酵系统运行的稳定性,发酵装置运行11个批次后无法继续运行。实验结果表明,絮凝能力下降导致的酵母絮凝颗粒尺度减小是其沉降性能下降的主要原因。进一步研究发现,酵母的絮凝能力通过再培养可以恢复。在此基础上对发酵系统操作进行改进,每批发酵结束后可控采出一定比例菌体,调节系统的酵母细胞密度和乙醇生产强度以刺激酵母增殖,保持其絮凝能力。在达到相同发酵终点乙醇浓度条件下,虽然发酵系统的乙醇生产强度降低到4.0g/(L·h),但运行10d后絮凝颗粒酵母尺度趋于稳定,继续运行14d,未发现絮凝颗粒酵母尺度继续下降的现象,系统可以稳定运行。     

膜片状填料固定化酵母薯干酒精发酵生物反应器的研究

针对以薯干为原料固定化酵母带渣酒精发酵的特点,研制了一种新型的容积为1m~3的膜片状填充床生物反应器,并历时半年多考察了该反应器的操作稳定性,得出较佳的发酵周期和醪液循环量等.实验结果表明:膜片状填充床固定化酵母生物反应器的酒精发酵速率远大于传统式发酵罐;其淀粉利用率可达91～92%,乙醇生产能力可达9.5kg EtOH/m~3·h.