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.     

自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵耦合废液全循环工艺的研究

在以CO2为驱动力的单级悬浮床生物反应器中,进行了自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵耦合废液全循环实验研究。以双酶法制备的玉米粉糖化液为底物,系统连续运行了28 d,每隔5 d将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。实验数据表明,在稀释率为0.05 h-1条件下,发酵液中乙醇、残还原糖、残总糖质量浓度基本稳定,其平均值为82.97,30.02和40.87 g.L-1。对废液循环工艺过程中,发酵液中的8种高沸点有机酸进行了定量分析,发现发酵液中仅丙酮酸有明显积累,并最终在0.1~0.3 mol.L-1范围内波动。实验结果表明:系统中存在的高沸点副产物不对乙醇发酵产生明显抑制作用,乙醇连续发酵能够在废液全循环条件下良好运行。     

融合株SPSC发酵生产酒精的工艺研究 Ⅰ.絮凝速率、发酵过程的最适温度和pH值

酿酒酵母属(S. cereviae)变异株和粟酒裂殖酵母属(S. pombe)变异株进行属间原生质体融合得到融合株SPSC,该融合株比S. cereviae具有强的自身絮凝能力。以葡萄糖浓度150g/L的底物在30～44℃的温度范围内进行摇瓶厌氧发酵,获得最佳温度范围为34～38℃,最高发酵温度为40℃。在有效容积2.35L悬浮床反应器中,在pH值3.0～5.0范围内进行连续发酵,获得最适发酵pH为3.5～4.5。     

无载体固定化酵母细胞木薯淀粉质原料酒精连续发酵研究

以木薯粉糖化液为发酵底物,在总发酵体积(有效)为15L的悬浮床生物反应器中,对一株粟酒裂殖酵母变异株进行一级和二级连续发酵研究。结果表明,二级连续发酵系统可明显改善一级系统的不足,并取得了平均流加糖液浓度150g/L,发酵强度为97g/L.h,流出液酒精浓度727g/L,残糖浓度374g./L,总糖利用率达90%的较好结果;整个系统在连续一个月的运行中从未发现染菌现象,发酵操作稳定。     

自絮凝酵母颗粒连续发酵生产酒精的新工艺

用既有优良酒精发酵性能,又具有强自絮凝能力的融合酵母株ＳＰＳＣ,在单釜有效容积为１０ｍ３的四釜并联气升环流悬浮床生物反应器系统中,进行了连续发酵生产酒精的研究。以玉米为原料,双酶法制糖,过滤得到清糖液作为底物,在稀释速率为０１／ｈ的条件下,终点发酵液中酒精浓度为７０～８０ｇ／Ｌ,残余还原糖和残余总糖分别为２～３ｇ／Ｌ和３～５ｇ／Ｌ,悬浮床反应器的设备生产强度达到７～８ｇ（ＥｔＯＨ）／（Ｌ·ｈ）。     

海藻酸钙凝胶颗粒固定化抗冻酵母AFY-1的机制分析及条件优化

本文旨在开发抗冻酵母AFY-1的海藻酸钙凝胶固定化技术,探明固定化机制。在不同海藻酸钠浓度、Ca Cl2浓度和固化时间条件下制备固定化酵母,并在一定条件下进行乙醇发酵,分析发酵能力与酵母生长、凝胶颗粒通透性之间的关系,然后通过响应面实验优化固定化条件。实验结果显示,乙醇收率随凝胶颗粒通透性的增加呈线性增加,而酵母生长与固定化条件无关,基本保持不变。当固定化条件为海藻酸钠质量分数1.45%、Ca Cl2质量分数17.45%、固化时间1.09 h时,固定化酵母的乙醇收率可达24.1%,高于游离酵母的20.9%。此外,固定化酵母的生长能力明显强于游离酵母。在固定化酵母的乙醇发酵中,每个三角瓶(250 m L)内的总细胞数从5.0×10~8个增加到大约11.2×10~8个;而在游离酵母的乙醇发酵中,每个三角瓶内的总细胞数从5.0×10~8个仅增加到7.5×10~8个。     

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%。     

固定化酵母发酵酱油的新工艺

用把酵母吸附固定在陶瓷载体上的生物反应器来生产酱油,所要求的全部时间被缩短至8天但不影响产品质量,使用酵母为接合酵母(Zygosaccharomyes.rouxii)和假丝酵母(Candida versatilis).前者经历乙醇发酵并且产生2—苯乙醇,后者产生4—乙基—愈创木酚.最近,除传统工艺外,固定化酶和固定化微生物的生物反应器在食品行业的使用已经普遍.已经研究了不同于传统而使用固定化细胞生物反应器发酵酱油的新工艺.     

固定化耶罗维亚酵母发酵生产γ-癸内酯

目的：在发酵生产γ-癸内酯的过程中,研究固定化耶罗维亚酵母（Yarrowia lipolytica AS2.1405）,降低产物对细胞的毒性,提高γ-癸内酯的产量。方法：利用聚乙烯醇和卡拉胶固定化耶罗维亚酵母,制备出机械强度高、传质效果好的凝胶颗粒发酵生产γ-癸内酯。以小球强度和γ-癸内酯产量为主要指标,确定发酵生产γ-癸内酯的最佳条件。结果：在聚乙烯醇80g/L,卡拉胶5g/L,菌体添加量0.1g/mL,固定化时间24h,γ-癸内酯产量可达482mg/L。结论：酵母经固定化后,γ-癸内酯产量比之前提高了40%。     

固定化生长酵母连续生产酒精的研究

采用固定化生长细胞方法,以柱式生物反应器连续发酵甜菜糖蜜酒精。酒精能力为39.45g/L凝胶/h,停留时间1.8小时。生物反应器具有良好的稳定性,连续工作50天,发酵醪酒精含量在8.5％(v/v)以上。系统研究了最适固定化条件,用L_(16)(4~5)正交试验确定了最佳发酵条件。     

固定化酵母酒精生成动力学及其数学模型

本文采用解析法对海藻酸钙为载体,以葡萄糖为底物进行酒精连续发酵的管式反应器内所呈现的固定化K字酵母酒精发酵动力学进行了较为系统的研究,建立了由6个方程组成的酒精生成动力学数学模型,并对此模型进行了应用方面的研究。结果表明：此动力学呈现葡萄糖的反竞争性和酒精非竞争性联合抑制的不可逆特征,其数学模型在所涉及的参数拟合及分别在不同反应器和浓度扩展时的发酵过程所进行的实际校验中,最大的算术平均百分误差为13．8l％,在薯干糖化液的发酵动力学应用中,具有平均差为8．28％之良好预测精度,同时,通过模型中参数式计算得葡萄糖抑制的浓度范围为130—450g／L,而酒精抑制的浓度范围是3．07—16．45％(v／v)。