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%。     

丁醇萃取发酵耦联生产改良型生物柴油过程的性能优化

传统丙酮丁醇发酵的产物浓度太低,蒸馏回收发酵产品大量耗能.为研究探讨直接利用发酵产物的可能性,在15%高初始玉米醪浓度条件下、以地沟生物柴油为萃取剂,探讨了生物柴油添加量,萃余液回用率、和添加微量电子供体对丁醇发酵耦联生产改良型生物柴油过程各主要性能指标的影响.通过环境条件优化,地沟生物柴油的质量显著提高,16烷值由51.4提高至54.4;添加微量中性红后"丁醇实质性得率"可以达到18%,耗能的发酵产品回收过程有望省去;萃余液回用率超过50%,有望逐步向国家所大力倡导的"节能减排"的工业生产模式靠近.     

生物柴油耦联丙酮丁醇发酵的初步研究

以4种生物柴油(原料为地沟油、菜籽油、棕榈油和废肯德基油)作为萃取剂,开展了丙酮丁醇静态萃取发酵。通过分析发酵过程中的产气量及发酵40 h后油水两相中的溶剂浓度,发现生物柴油对丙丁梭菌有毒性。另外,静置条件下丁醇在不同油水两相中的液液平衡系数大致相同。在发酵24 h时加入棕榈生物柴油(油水体积比为0.4∶1),丁醇发酵强度达到最大值0.213 g.(L.h)-1、比对照(传统发酵)提高10.9%,且生物柴油中的丁醇质量浓度达到6.44 g.L-1。     

非离子表面活性剂对生物丁醇发酵的影响

传统的丙酮-丁醇发酵的产物浓度过低(丁醇终浓度约为1.3 wt%),导致后期分离成本过高,从而影响了该过程的经济性,限制了其工业化进程。本文研究了高添加量的小分子非离子表面活性剂对生物丁醇发酵的影响。以吐温80为例,实验表明,当表面活性剂添加量超过其临界胶束浓度后,丁醇发酵的终浓度会随着表面活性剂添加量的增加而增加。当添加量达到5 wt%时,丁醇终浓度可以达到1.6 wt%,远高于该菌种的抑制浓度(0.8 wt%)。为阐明表面活性剂的作用机理,实验考察了吐温80对丁醇的增溶效应以及对发酵菌体表面亲疏水性的影响。结果表明,吐温80对丁醇的增溶效果很小,而对菌体表面的亲疏水性有较明显的影响。     

提高丁醇萃取发酵耦联生产改良型生物柴油过程中萃余液回用效率的研究

利用少量廉价的萃取剂一正辛醇（正辛醇／萃余液体积比0．2：1）对萃余液中的丁醇进行萃取,萃余液中56％的残余丁醇可被回收,总丁醇得率提高了38％。萃余液经活性炭（3％,w／v）处理后,在100％回用拌料条件下一批次发酵能够正常进行。萃取发酵条件下,反复全回用萃余液5次,萃取发酵性能可以保持稳定。为丁醇萃取发酵耦联生产改良型生物柴油过程中萃余液的全回用提供了一种新型、低成本和绿色环保的方法。     

发酵法生产生物表面活性剂

发酵法生产表面活性剂相对于化工法而言有着无可比拟的优势。综述了发酵法生产生物表面活性剂的微生物源、发酵机理、发酵条件和产物分离技术等方面的研究进展 ,并简要介绍了其工业应用前景。     

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。     

丙酮丁醇梭菌XY16丁醇发酵特性

以诱变选育的1株突变菌株丙酮丁醇梭菌XY16为对象,对影响该菌发酵特性的相关因素(N源、生长因子、热激)进行研究。结果显示:无机N源乙酸铵比其他N源更有利于丙酮丁醇的发酵,玉米浆或玉米蛋白可以直接替代生长因子进行丙酮丁醇发酵,热激可以提高总溶剂产量,最高可以达到21.28 g/L。该菌还可以同时利用葡萄糖和木糖,当葡萄糖利用完后,木糖才能被有效利用。     

非离子表面活性剂介导的浊点萃取

与常规溶剂萃取方法相比,非离子表面活性剂介导的浊点萃取系统不需使用有机溶剂,也就避免了溶剂挥发对环境造成的污染.是一种环境友好的萃取分离手段,已被应用在许多领域.本文详细介绍了浊点系统在萃取金属离子、生物大分子和有机小分子方面的应用,并指出了浊点系统在实际应用中仍然存在的一些问题.     

使用硅藻土处理发酵废液、提高丁醇发酵废液回用率

以生物柴油为萃取剂耦联丁醇发酵,能以最为节能的方式生产"改良型"生物柴油、提高发酵性能,但却也产生了大量发酵废液、萃余液回用率超过50%次轮发酵就无法正常进行.探讨了使用硅藻土处理发酵废液、提高废液回用率的可能性和最适条件,在使用40目硅藻土、用量3%(w/v)的条件下,废液回用率可以提高至75%;对提高废液回用率的原因进行了初探,利用少量硅藻土可以吸附发酵残液中的丁醇,减少因美拉德反应所生成的不同分子量的增殖抑制型色素物质.原位添加微量硅藻土有利于丁醇发酵的进行,在使用油醇的萃取发酵条件下,丁醇总生产强度提高了8%.     

甘蔗渣和糖蜜混合发酵制备燃料丁醇

以抗逆突变株Clostridium beijerinckii IB4为研究对象,葡萄糖为C源,对其进行补料分批发酵过程的优化,同时将该优化工艺应用于甘蔗渣和糖蜜混合发酵制备燃料丁醇。结果表明:在5 L发酵罐中,先加入作为还原糖的甘蔗渣酸解糖液10 g/L,16 h后补加甘蔗糖蜜30 g/L,于35℃、100 r/min发酵50 h,丁醇和总溶剂产量分别达到11.1和15.3 g/L,丁醇比例高达72.5%。     

糖蜜发酵生产丙酮丁醇的研究

分离选育出４株丙酮丁醇发酵菌种,分别编号为：ＣＬＳ．００１,００２,００３,００４,都属厌氧核状芽孢杆菌,它们可利用糖蜜发酵产生丙酮和丁醇。经正交试验,选出最佳发酵条件。分离株ＣＬＳ．００４在糖蜜浓度１０￣１５ＢＸ、３５￣３８℃、ｐＨ６．８￣７．２条件下,发酵总溶剂的生成率和糖利用率分别可达到３０％和８５％以上。     

Pervaporative butanol fermentation by Clostridium acetobutylicum B18

Extractive acetone-butanol-ethanol (ABE) fermentation was carried out successfully using pervaporation and a low-acid-producing Clostridium acetobutylicum B18. A pervaporation module with 0.17 m(2) of surface area was made of silicone membrane of 240 mum thickness. Pervaporation experiments using make-up solutions showed that butanol and acetone fluxes increased linearly with their concentrations in the aqueous phase. Fickian diffusion coefficients were constants for fixed air flow rates, and increased at higher sweep air flow rates. During batch and fed-batch fermentations, pervaporation at an air flow rate of 8 L/min removed butanol and acetone efficiently. Butanol concentration was maintained below 4.5 g/L even though Clostridium acetobutylicum B18 produced butanol steadily. Pervaporation could not remove organic acids efficiently, but organic acids did not accumulate because strain B18 produced little organic acid and recycled added organic acids efficiently. With pervaporation, glucose consumption rate increased compared to without pervaporation, and up to 160 g/L of glucose was consumed during 80 h. Cell growth was not inhibited by possible salt accumulation or oxygen diffusion through the silicone tubing. The culture volume was maintained relatively constant during fed-batch operation because of an offsetting effect of water and product removal by pervaporation and addition of nutrient supplements. (c) 1994 John Wiley & Sons, Inc.     

兼性厌氧芽胞杆菌TSH1丁醇代谢途径中关键酶的检测

传统的丁醇生产菌均严格厌氧,本实验室分离了一株兼性厌氧的芽胞杆菌TSH1 (Bacillus sp.TSH1),丁醇梭菌具有相似的丁醇代谢通路及产物.通过研究乙醇和丁醇生成途径中关键酶的活性,分析乙醇脱氢酶、丁醇脱氢酶及丁醛脱氢酶的活性变化与产物生成的关系.结果表明,在发酵初期,3种酶的活性均迅速升高并在21h前达到最大值,丁醇、乙醇浓度也逐渐增加,乙醇脱氢酶在12h酶活达到最大值0.054 U/mg,丁醛脱氢酶在21h酶活达到最大值0.035 U/mg,丁醇脱氢酶则在15h酶活达到最大值0.055 U/mg.24 h后,3种酶活均开始下降,并维持在较低水平,而这段时间内产物浓度仍持续增长直至发酵结束.研究结果深化了对微生物丁醇代谢机理的认识,并为进一步研究芽胞杆菌丁醇代谢途径提供参考.     

Technological aspects of extractive fermentation using aqueous two-phase systems

World Journal of Microbiology and Biotechnology -     

电子载体对丁醇发酵的影响

研究在培养基中加入不同电子载体对丁醇发酵的影响。结果表明:添加微量的苄基紫精可以促进丁醇的产生,同时可强烈抑制丙酮的合成,丁醇体积分数由66.92%提高到82.35%。苄基紫精可促进菌株快速进入产溶剂期,发酵周期明显缩短,丁醇生产强度显著提高。7%玉米培养基中加入40 mg/L苄基紫精,丁醇产量最高达16.10 g/L,生产强度为0.37 g/(L.h),分别较对照提高10.96%和60.87%。在初始丁醇体积分数较低的条件下,苄基紫精对丁醇合成的促进作用更明显。     

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%。