螺带桨搅拌在木质纤维素酸预处理反应器中的应用简

在干式稀酸预处理的反应器中采用螺带桨搅拌器,对秸秆预处理体系进行混合。在带有螺带式搅拌的预处理过程中,在质量分数2.0％和2.5％的H2 SO4用量条件下,预处理后72 h秸秆的酶解糖化得率分别为77.55％和87.11％,比静态预处理得到的得率分别增长了7.6％和2.4％,抑制物的生成显著降低。通过计算流体力学方法验证,螺带桨搅拌器可以有效地改善玉米秸秆在稀酸预处理过程中的蒸汽和秸秆两相的混合情况。     

丝状真菌Amorphotheca resinae ZN1的糠醛降解代谢分析

木质纤维素在预处理过程产生的降解产物对后续的酶水解和微生物发酵过程产生了强烈的抑制。因此,这些抑制物的脱除即所谓的"脱毒"步骤是正常进行后续酶解和发酵的前提条件。我们对本实验室筛选的丝状真菌Amorphotheca resinae ZN1的糠醛的代谢路径进行了研究。丝状真菌A.resinae ZN1转化糠醛的降解代谢途径可以简述为:糠醛首先快速地转化为毒性较低的糠醇;在有氧条件下,糠醇又再度生成不致对微生物产生危害的低浓度糠醛,糠醛继续氧化为糠酸。推测糠酸可能继续进入TCA循环,进而完成糠醛的完全降解。研究结果为将来加快丝状真菌A.resinae ZN1生物脱毒速率、改善木质纤维素生物转化的限速步骤提供了重要的实验依据。     

构建伴有β-葡萄糖苷酶表达的乙醇发酵大肠杆菌

研究构建能够分泌表达纤维素酶的产乙醇菌株,实现降解木质纤维素生产乙醇的整合生物加工过程。文中通过克隆来自运动发酵单胞菌Zymomonas mobilis ZM4的丙酮酸脱羧酶基因pdc和乙醇脱氢酶基因adhB,并通过Red重组将二者整合到大肠杆菌Escherichia coli JM109基因组中,首先构建了一株可以利用葡萄糖进行乙醇发酵的重组菌E. coli P81。随后将来源于多粘芽胞杆菌Bacillus polymyxa1.794的β-葡萄糖苷酶基因bglB在E. coli P81中进行了分泌表达,得到了一株可以进行纤维二糖降解和乙醇发酵双重功能的重组菌E. coli P81(pUC19-bglB)。该菌胞外分泌β-糖苷酶活达到84.78 mU/mL菌液,纤维二糖酶活达到了32.32 mU/mL菌液。该重组菌E. coli P81(pUC19-bglB) 以纤维二糖为碳源进行乙醇发酵,乙醇得率达到了理论产率55.8％,而在葡萄糖和纤维二糖的共发酵中,其乙醇产量达到了理论产率46.5％。构建得到的此株整合生物加工大肠杆菌能够利用β-葡萄糖苷酶生产乙醇,为构建能利用木质纤维素分解产物生产燃料乙醇的高效、稳定生产用工程菌奠定了良好的基础。     

逼近玉米乙醇指标的先进纤维素乙醇技术

纤维素乙醇产业化的唯一出路是降低综合生产成本至玉米乙醇的盈利水平,实现对玉米乙醇的替代。目前纤维素乙醇技术已经到了一个技术突破和产业化应用的拐点。最先进的纤维素乙醇技术的各项技术指标以及关键的废水排放指标已经接近成熟的玉米乙醇技术水平,并产生大量盈余电力上网。纤维素乙醇的综合生产成本也已经与玉米乙醇接近,具备了与玉米乙醇进行市场竞争的潜力。我国的纤维素乙醇产业化仍然面临着诸如原料收集供应模式不成熟、投资门槛高、工程实践不足等严峻挑战。     

螺带桨搅拌在木质纤维素稀酸预处理反应器中的应用

在干式稀酸预处理的反应器中采用螺带桨搅拌器,对秸秆预处理体系进行混合。在带有螺带式搅拌的预处理过程中,在质量分数2.0%和2.5%的H2SO4用量条件下,预处理后72 h秸秆的酶解糖化得率分别为77.55%和87.11%,比静态预处理得到的得率分别增长了7.6%和2.4%,抑制物的生成显著降低。通过计算流体力学方法验证,螺带桨搅拌器可以有效地改善玉米秸秆在稀酸预处理过程中的蒸汽和秸秆两相的混合情况。     

低水用量约束条件下的高固体含量纤维乙醇生物加工技术策略

木质纤维素原料生物转化生产纤维乙醇需要使用大量的水和蒸汽,从而使过程能耗和废水排放显著增加,大幅度增加了加工成本。最大限度地降低水和蒸汽用量对过程节能和废水减排并对最终成本控制极为重要。对极限低水用量约束条件下木质纤维素生物转化关键路径进行了实验研究和计算分析,确定了极低水和蒸汽用量的新型预处理技术,实现高效率预处理过程的废水零排放;采用独特的生物脱毒技术,用从自然界筛选的煤油霉菌Amorphotheca resinae ZN1对预处理原料中的抑制物进行了快速生物脱毒;对极限高固体含量下高粘度多相流物系在复杂抑制物胁迫下的酶水解与发酵行为以及放大准则进行了研究;建立了基于Aspen plus平台上的生物质加工物性数据库和严格热力学意义上的全过程流程模拟数学模型,实现了对过程的局部和全局设计与调优。这一综合技术在生物炼制微型工厂中进行了测试,并在纤维素乙醇工业示范装置中得到了应用。该研究结果将为构建具有工业实用价值的节能和清洁化木质纤维素生物转化技术提供依据。     

木薯纤维素乙醇发酵的纤维素酶成本评价

木薯中的纤维素成分约占木薯干重的10％(W/W).文中以木薯燃料乙醇生产的木薯纤维素酒渣为原料,从纤维素酶成本角度评估了三种利用木薯纤维素组分发酵生产乙醇的方法,包括木薯纤维素酒渣的直接糖化和乙醇发酵、木薯纤维素酒渣预处理后的糖化与乙醇发酵、木薯乙醇发酵中同步淀粉与纤维素糖化以及乙醇发酵.结果表明,前两种方法的纤维素利用效率不高,酶成本分别达到13602、11659元/吨乙醇.第三种方法,即在木薯乙醇发酵过程同时加入糖化酶和纤维素酶,进行同步淀粉与纤维素糖化,进而进行乙醇发酵,木薯纤维素乙醇的收益最高.发酵结束时的乙醇浓度从101.5g/L提高到107.0g/L,纤维素酶成本为3 589元/吨乙醇.此方法利用木薯纤维素与木薯淀粉同时进行,不会带来额外的设备及操作投入,酶成本低于产品乙醇价格,可实现盈利,因此第三种方法为木薯纤维用于乙醇发酵的最适方法,本研究结果将为木薯乙醇产业深度利用木薯纤维提供依据.