融合株SPSC发酵生产酒精的工艺研究—自絮凝细胞颗粒粒径分布,细 …

在测定季融合ＳＰＳＣ自絮凝颗粒分布的基础上,研究了其培养过程细胞颗粒生长和连续发酵过程产物酒精生成的动力学规律,建立了如下的动力学模型：μ＝０．１３４Ｓ／１９．２３＋Ｓ ｖ＝０．７４７Ｓ／１０．８７１＋Ｓ「（１－ｐ／１２６．３）＾２．５９３」。     

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。     

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。     

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）。     

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。     

自絮凝酵母SPSC01在组合反应器系统中酒精连续发酵的研究

建立了一套由四级磁力搅拌发酵罐串联组成、总有效容积4000mL的小型组合生物反应器系统 ,其中一级罐作为种子培养罐。以脱胚脱皮玉米粉双酶法制备的糖化液为种子培养基和发酵底物 ,进行了自絮凝颗粒酵母酒精连续发酵的研究。种子罐培养基还原糖浓度为100g L ,添加 (NH₄)₂HPO₄ 和KH₂PO₄ 各 20g L ,以0.017h^-1 的恒定稀释速率流加 ,并溢流至后续酒精发酵系统。发酵底物初始还原糖浓度 220g/L ,添加 (NH₄)₂HPO₄ 15g/L和KH₂PO₄2 5g/L ,流加至第一级发酵罐 ,稀释速率分别为 0.017、0.025、0.033、0.040和0.05 0h^-1。实验数据表明 ,自絮凝颗粒酵母在各发酵罐中呈部分固定化状态 ,在稀释速率0.040h^-1 条件下 ,发酵系统呈一定的振荡行为 ,其他四个稀释速率实验组均能够达拟稳态。当稀释速率不超过 0 0 33h^-1 ,流出末级发酵罐的发酵液中酒精浓度可以达到 12 % (V/V)以上 ,残还原糖和残总糖分别在 0 11%和 0 35 % h^-1,流出末级发酵罐的发酵液中酒精浓度可以达到12%（V/V）以上,残还原糖和残总糖分别在0.11%和0.35%（W/V）以下。在稀释速率为0.033h^-1时,计算发酵系统酒精的设备生产强度指标为3.32（g·L^-1·h^-1）,与游离酵母细胞传统酒精发酵工艺相比,增加约1倍。     

絮凝颗粒粒度分布对自絮凝酵母SPSC01乙醇耐受能力的影响

利用激光聚焦反射式颗粒测量系统, 通过调节不同的搅拌速率, 得到了分批补料培养条件下粒度分布不同的四个絮凝酵母SPSC01颗粒群体, 进而对絮凝颗粒群体分布对乙醇耐受性进行了系统研究。经过6 h、20%乙醇的冲击, 颗粒粒度为100、200、300和400 mm的自絮凝酵母SPSC01的存活率分别为3.5%、26.7%、48.8%和37.6%。这表明不同粒度分布的絮凝颗粒群体乙醇耐受性具有明显差别, 在一定粒度范围内乙醇耐受性达到最高, 乙醇耐受性最高的酵母群体的乙醇得率系数85.5%, 比乙醇耐性最低的颗粒群体提高了7.2%。粒度为100、200和300 mm的自絮凝酵母颗粒群体总麦角固醇、游离麦角固醇及海藻糖含量与粒度大小成正相关, 但在粒度为400 mm的絮凝颗粒群体中总麦角固醇、游离麦角固醇及海藻糖含量呈下降趋势, 与其乙醇耐性低于300 mm絮凝颗粒的结果相一致。对细胞膜透性的研究表明, 颗粒粒度为300 mm的絮凝酵母颗粒细胞膜通透性(P′)最低, 分别仅为颗粒粒度为100 mm和200 mm颗粒群体的43%和52%, 表明粒度分布不同的絮凝颗粒群体乙醇耐性的差别与细胞膜透性密切相关。     

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。     

超高浓度培养基条件下酵母细胞生长及酒精生成的准稳态动力学研究

在1．5L搅拌式发酵罐中,使用葡萄糖质量浓度分别为120、200、280g／L的培养基进行酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae连续发酵生成酒精的动力学研究。研究发现,当培养基中葡萄糖浓度为200和280g／L时,发酵液中残糖浓度、酒精浓度以及菌体生物量从小幅度波动的准稳态发展到大幅度波动的振荡状态。提出了伴有周期性振荡现象准稳态过程的概念,并针对该过程,建立了兼有底物和产物抑制的酵母细胞生长和产物酒精生成动力学模型。     

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。     

钙离子通过降低细胞膜透性提高自絮凝颗粒酵母耐酒精能力

生长阶段和冲击阶段均添加 1 6 4mmol LCa2 能显著提高自絮凝颗粒酵母于 30℃在 2 0 % (V V)酒精冲击下的存活率 ,经过 9h冲击 ,对照组的存活率为 0 ,而添加Ca2 试验组的存活率为 5 0 0 % ,表明添加适当浓度的Ca2 能显著提高菌体的耐酒精能力。通过考察Ca2 对菌体于 30℃在 15 % (V V)酒精冲击下细胞膜透性的影响发现 ,生长阶段和冲击阶段均添加 1 6 4mmol LCa2 的试验组的菌体胞外核苷酸平衡浓度和细胞膜透性系数 (P′)分别仅为对照组水平的 5 0 0 %和 2 9 3% ,表明添加适当浓度的Ca2 能显著降低受冲击菌体的细胞膜透性 ;而且 ,添加Ca2 提高存活率与添加Ca2 降低胞外核苷酸浓度和P′存在直接的对应关系。因此 ,Ca2 提高自絮凝颗粒酵母耐酒精能力是与其降低受冲击菌体的细胞膜透性密切相关的。     

固定化细胞发酵酒精研究的进展

固定化细胞发酵酒精研究的进展许苏葵,何秀良（中国科学院沈阳应用生态研究所,１１００１５）十九世纪初,人们发现某些微生物细胞具有一种吸附在固体物质表面的天然倾向和特殊功能,并以这种方式被束缚、固定起来。当时曾利用这种被吸附的微生物细胞,在滴滤式反应系统...     

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%。     

耐高温酵母菌株的分离、鉴定及其酒精发酵初步研究

从 38 1个自然样品中筛选得到 2株耐高温酵母THFY 4和THFY 1 6。THFY 4能够在51℃ ,含 30 %葡萄糖的培养基中生长 ;THFY 1 6能够在 45℃ ,30 %葡萄糖的培养基中生长。经初步鉴定 ,THFY 4为克鲁维属酵母 ,THFY 1 6为酵母属酵母。进一步的 37℃发酵实验证明 ,THFY 4在静置条件下的发酵性能很差 ,发酵 60h只能从 2 0 %的葡萄糖产生 4 88% (v v)的酒精 ;而THFY 1 6在相同的条件下从 2 0 %的葡萄糖中产生 1 1 44%     

细胞生长自限,节律及宏大运动的研究

采用波动培养及显微培养技术实验研究细菌生长自限、节律及宏大运动的关系。分析了奇异变形杆菌生长节律性及自限产生的环境条件,自限细菌的形态特征及群体细菌宏大运动现象。结果表明细菌生长自限是群本细菌生和节律性及宏大运动的基础。     

黑曲霉（Aspergillus niger）和运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）共固定化细胞酒精发酵的研究

本研究将生产上常用的糖化菌（Ａｓｐ．ｎｉｇｅｒ３．４３０９）与酒精产生菌（Ｚ．ｍｏｂｉｌｉｓ）共同固定在海藻酸钙凝胶中,以淀粉为原料进行固定化细胞酒精发酵实验,并就ｐＨ、温度、通气量。淀粉浓度等对发酵的影响进行了探讨,认为当ＰＨ为５．０～５．５,温度为３０℃～３３℃时乙醇产率最高（Ｙｐ／ｓ可达０．３９）。而淀粉浓度、通气量对共固定化细胞酒精发酵有显著影响,二者存在着较强的交互作用,在发酵过程中根据淀粉粘度情况调节通气量将有助于提高乙醇产率。     

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。     

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。