木质纤维素原料酶水解产乙醇工艺的研究进展

木质纤维素原料预处理后,经水解、发酵等过程,可生产乙醇作为清洁燃料,这大大提高了农业和林业废弃物的利用率,减轻了环境污染,并为经济的可持续发展提供了保证。目前木质纤维素酶水解因其具有明显优势而受到重视,被普遍研究和采用。综述了近年来木质纤维素原料的预处理方法、酶与水解技术、发酵工艺以及发酵耦合分离技术的最新研究成果。     

木质纤维素稀酸水解糖液乙醇发酵研究进展

以木质纤维素为原料生产燃料乙醇,首先要对原料进行预处理得到可发酵糖,在稀酸水解木质纤维素得到的糖液中,除含有葡萄糖、木糖等六碳糖和五碳糖外,根据水解温度、酸浓度和时间的不同,还含有不同浓度的发酵抑制剂。因此,在研究木质纤维素稀酸水解糖液的乙醇发酵中,对代谢木糖成乙醇的菌种的研究、对耐/代谢发酵抑制剂微生物的研究、对稀酸水解糖液的脱毒方法的研究以及对稀酸水解糖液不同发酵方式的乙醇发酵研究等非常重要。重点介绍了以上几个方面近几年研究的进展。     

酶法水解谷朊粉工艺研究

对谷蛋白肽酶法制备工艺进行了研究.利用蛋白酶Alcalase可获得较高的水解度,其较优的工艺如下:底物浓度10%,加酶量为底物的0.5%,pH为8.75,水解温度60 ℃,水解时间90 min.酶解后期,添加蛋白酶Umamizyme进行复合酶水解,其产物具有多肽含量高、风味协调等特点.     

酶法提取分离甘薯渣可溶性膳食纤维的研究

目的:提高甘薯渣中可溶性膳食纤维含量.方法:以干燥、粉碎的甘薯渣为原料,利用纤维素酶将原料中不可溶性膳食纤维转化为可溶性膳食纤维,同时用淀粉酶,糖化酶和碳酸钠去掉杂质,酒精沉淀,从而获得可溶性膳食纤维.结果:在单因素基础上通过正交实验确定最佳酶法提取可溶性膳食纤维条件为淀粉酶100μl,纤维素酶90μl,pH为5.6,酶作用时间为3 h,反应温度为40℃.国标法提取的甘薯渣中可溶性膳食纤维含量为10.06%,正交实验优化提取条件后得到的甘薯渣可溶性膳食纤维含量为25.52%,提高了15.46%.结论:甘薯渣可溶性膳食纤维含量受纤维素酶,淀粉酶,酶提取时间,酶反应pH,反应温度等提取工艺影响.     

一步法发酵菊芋生产乙醇

利用马克斯克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)YX01具有菊粉酶生产能力且乙醇发酵性能良好的特点,直接发酵菊粉生成乙醇.在摇瓶中考察了该菌株最适发酵温度,进而在2.5L发酵罐中考察了通气量和底物浓度的影响.实验结果表明:该菌株最适发酵温度为35℃;在通气量为50 mL/min和100 mL/min时菌体生长加快,发酵时间缩短,但在不通气条件下糖醇转化率明显提高;在菊粉浓度235 g/L时,发酵终点乙醇浓度达到92.2 g/L,乙醇对糖的得率为0.436,为理论值的85.5%.在此基础上,使用近海滩涂种植海水灌溉收获的菊芋为底物,以批式补料方式直接发酵菊芋干粉浓度为280 g/L的底物,发酵终点乙醇浓度为84.0 g/L,乙醇对糖的得率为0.405,为理论值的80.0%.这些研究工作,为以菊芋为原料的燃料乙醇技术开发奠定了基础.     

成都生物所开展的鲜甘薯燃料乙醇万吨级生产实验

成都生物所筛选出的高效高浓度乙醇发酵菌株,针对鲜甘薯特征性高黏度开发了高效降黏综合技术,将小试、中试获得的各种参数指标优化,应用于万吨级燃料乙醇示范生产线上。连续5批次发酵实验结果表明,通过鲜甘薯高效降黏酶系的作用,可使发酵醪的黏度从10000mPa·S以上降到1000mPa·S以下,发酵时间在30h以内,乙醇体积浓度平均可达10．54％,最高可达到12．41％,平均发酵效率高于90％。发酵醪料水比可达到4：1,具有明显的节能效果。     

直接加热膨化蔗渣酶法水解的研究

采用加热时间为２０ｍｉｎ,压力为２．０ＭＰａ,温度为１２０℃的直接加热膨化甘蔗渣为水解底物、日本ｙｓｋｕｌｔ生物化学试剂公司生产的ｏｎｏｚｕｋＲＳ型纤维纯洁酶粉进行蔗渣的酶法水解实验,考察了蔗渣中纤维素的酶解还原糖得率与反应时间、酶浓度、ｐＨ值、缓冲液种类、离子强度以及固液比的关系,结果表明：当固液比为５％（ｗ／ｖ）,酶浓度＞１．２０ｍｇ／ｍｌ时,还原糖得率随酶浓度的增加变化不显著;本实验条件下,缓冲液种类和离子强度对还原糖得率几乎没有影响;水解最适宜ｐＨ值为４．２～４．９;最佳反应温度为５０℃。     

耐高温酵母乙醇间歇发酵动力学研究

该研究采用耐高温型酵母,在不同葡萄糖浓度(5%~30%wt)下进行了乙醇间歇发酵的动力学研究,确定了适合该酵母的最佳底物浓度范围为16%~20%(wt)。同时选取合适的动力学模型,通过实验数据的非线性性拟合,得出了不同底物浓度下对应的动力学参数值,并分析了各动力学参数值随底物浓度增加而变化的趋势。结果显示,该酵母的最大比生长速率μmax随着葡萄糖浓度的增加而有所降低,且呈线性关系:μmax=0.3161-4.1820×104s(100g/L相似文献   

酿酒酵母和克鲁维酵母发酵菊芋生产燃料乙醇

为获得菌株发酵菊芋生产燃料乙醇的最佳方案,首先选取实验室保存的重组菌株R32对其产酶条件进行优化,其最高产菊粉酶活性为298.8 U· mL-1,此时的最佳培养基配方为:YPG培养基为酵母粉1％ (w/v),蛋白胨2％ (w/v),甘油0.5％ (v/v);YPM培养基为酵母粉1％ (w/v),蛋白胨2％ (w/v),甲醇1％(v/v);培养基pH为自然初始pH.然后选取酿酒酵母S.c和克鲁维酵母Klu,比较是否在添加重组菌株R32粗酶液条件下,两株酵母菌分别进行单独发酵和混合发酵时的产乙醇能力,以获得最佳的发酵组合.结果表明,酿酒酵母S.c和克鲁维酵母Klu在未添加重组菌株R32粗酶液时,混合一步发酵获得的乙醇含量较高,发酵84 h时乙醇含量为11.37％.添加重组菌株R32粗酶液进行两步发酵时,2株酵母菌混合发酵72 h时,乙醇含量为11.43％.2种发酵组合的最高乙醇含量以及各个发酵参数基本相同,虽然一步法发酵时间延长,但节省成本,操作简单,更适宜工业生产应用.最后对其进行正交试验优化,培养条件为菊粉浓度225 g· L-1,脲素浓度40 g·L-1,接种量15％,pH为5时,酿酒酵母菌S.c和克鲁维酵母Klu混合一步发酵法的最高乙醇体积比达11.82％.     

分批补料对木糖发酵生产乙醇的影响

以树干毕赤酵母为发酵菌种,纯木糖为发酵底物,通过分批补料来提高糖利用率以及乙醇得率。结果表明,在24h内,最佳初始木糖浓度为80g/L,在28h的发酵周期中,可以将木糖浓度提高至90g/L,在32h发酵周期内可以将木糖浓度提高至100g/L。通过分批补料,乙醇浓度得到明显提高。当总糖浓度分别为80g/L、90g/L时,24h发酵周期内,分批补料次数以1次为宜,乙醇浓度分别达30.95g/L、32.60g/L,相比于不补料即一次性投料,乙醇浓度分别提高了9.36%、9.18%。总糖浓度100g/L,28h发酵周期内,补料2次效果最佳,乙醇浓度达37.49g/L,比一次性投料下提高了10.36%,较一次性投料达到相同发酵效果缩短了4h。     

高效发酵木糖生产乙醇酵母菌株的构建

获得高效发酵木糖生产乙醇的酵母菌株是木质纤维素生物转化生产燃料乙醇的重要前提。在4%乙醇驯化的基础上,选择了乙醇耐性提高的休哈塔假丝酵母（Candida shehatae）CICC1766菌株进一步进行紫外诱变,得到了木糖发酵性能较强的呼吸缺陷型突变体,并与乙醇发酵性能良好的酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）ATCC4126进行原生质体融合。采用单亲灭活法对休哈塔假丝酵母原生质体进行紫外灭活,在聚乙二醇（PEG）诱导下融合,对得到的融合子进行木糖发酵能力测定,选择到了一株能够更好地利用木糖产乙醇,并且木糖发酵性能比亲本得到明显提高的融合子F6,此融合子发酵50 g/L木糖,最高乙醇浓度达到18.75g/L,乙醇得率为0.375,达到理论转化值0.511的73.4%。与原始出发菌株CICC1766相比,乙醇产量提高了28%。     

利用酵母生物转化植物纤维为乙醇的研究进展

地球上每年可形成大量价格低廉的可再生植物纤维资源。利用可再生资源生物转化生成乙醇,使得乙醇作为替代能源成为可能。利用酵母发酵生成乙醇因具有工业应用前景,是目前研究的热点之一。本着重介绍了植物纤维水解液中有毒物质对酵母菌种发酵的影响、水解液的脱毒处理及菌种的驯化等方面的进展。     

Kluyveromyces marxianus发酵己糖和戊糖生产乙醇

对利用底物广泛的乙醇发酵菌株马克斯克鲁维(Kluyveromyces marxianus)DL1菌株与工业用乙醇发酵菌株酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)6525利用己糖(葡萄糖、甘露糖、半乳糖)和戊糖(木糖、阿拉伯糖)的情况进行对比研究。结果发现:以己糖为底物时,K.marxianus DL1均表现出细胞生长快、乙醇得率高的特点;在不通气、糖20 g/L条件下,K.marxianus DL1的最大乙醇质量浓度均比S.cerevisiae 6525高出10%左右,细胞量及乙醇生产强度分别是S.cerevisiae 6525的近2和1.7倍。当以戊糖为底物时,K.marxianus DL1可以利用木糖和阿拉伯糖;在不通气、糖20g/L条件下,K.marxianus DL1利用木糖产木糖醇和乙醇,乙醇终质量浓度可达7.68 g/L,木糖醇质量浓度为9.12 g/L;以阿拉伯糖为发酵底物时,阿拉伯糖醇的产量可达6 g/L左右;而S.cerevisiae 6525不能利用戊糖。马克斯克鲁维酵母比酿酒酵母更适合纤维乙醇生产。     

利用废弃物原料生产燃料乙醇的研究进展

乙醇是一种十分重要的工业用途的化工原料。目前国内外学者纷纷采用不同的方法和手段对乙醇发酵进行研究,目前,利用废弃物为原料生产乙醇是热点。本文阐述了利用各种废弃原料生产乙醇的必要性,并分别论述了利用纤维质废弃物、淀粉质废弃物、糖质废弃物等生产乙醇的研究进展,着重论述了利用纤维质废弃物的生产情况,提出了需进一步研究和解决的问题。     

双酶水解紫贻贝制备酵母调味料研究

利用复合蛋白酶、复合风味蛋白酶、中性蛋白酶对紫贻贝进行双酶水解,水解效果比较后选择使用复合蛋白酶和复合风味蛋白酶作为复合水解酶,同时采用产酯酵母发酵技术制备调味料,通过电位滴定法测定单菌株和多菌株发酵对双酶水解贻贝肉产总酯的影响。结果表明：产酯酵母1274在双酶水解后,接种量为5％,发酵温度28℃,发酵时间72h时总酯含量为0．65％,相同条件下,产酯酵母1274和1202多菌株发酵时总酯含量为0．78％,经产酯酵母发酵后的调味料,酯香味浓郁,给予产品以发酵特有的风味。     

树干毕赤酵母NLP31发酵产乙醇的研究

研究了树干毕赤酵母NLP31在木糖质量浓度为45 g/L的3种发酵培养基Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ上发酵3轮的发酵性能以及在45 g/L木糖或混合糖(葡萄糖30 g/L,木糖15 g/L)的发酵培养基Ⅲ上的代谢历程。结果表明:树干毕赤酵母NLP31在发酵培养基Ⅲ上,乙醇浓度和乙醇得率均达到最高,分别为(17.29±0.15)g/L和(84.65±0.58)%。在45 g/L木糖或混合糖(葡萄糖30 g/L,木糖15 g/L)的发酵培养基Ⅲ上的代谢历程表明:混合糖发酵达到最大乙醇得率的时间仅为12 h,要比单一木糖发酵缩短了8 h。树干毕赤酵母NLP31在以廉价的无机N源为发酵培养基上的乙醇发酵性能高,能够降低燃料乙醇的生产成本。     

CO2气载乙醇固态发酵分离耦合过程的初步研究

固态乙醇发酵中高浓度产物乙醇和发酵温度升高对酵母的抑制作用严重地制约了发酵的性能。本研究以固态基质材料发酵乙醇,利用发酵过程中由酵母产生的CO2作为循环载气,将载气在冷凝器中冷却分离乙醇与气体,降温后的CO2重新加压返回固态基质反应器中,及时有效的除去产物乙醇,并能使固态基质反应器的温度有一定程度的降低,解除了两者的抑制,提高了发酵效率,从而为解决大规模固体厌氧发酵温度的控制问题提供了工艺路线。     

耐温酵母与酿酒酵母的属间融合及融合株的高温乙醇发酵

利用原生质体融合技术进行耐温的克鲁维酵母（Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ Ｙ０３４）与酿酒酵母（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｕｉｓｉａｅ Ａ００１） 的属间融合,获得属间隔合子ＡＹ０６８。该融合株在４５℃下进行高温乙酵发酵,结果表明融合株表达了双亲耐温和产酒率高的特性。通过正交试验优化培养基成分,表明蛋东用量对菌体热抗性差异显著。比较了不同温度条件下,菌体生物量、糖利用率、ｐＨ因素与酒精产率的     

木糖发酵生产乙醇的研究

选育出一株优良的木糖发酵菌株树干毕赤酵母菌7124,并利用纯木糖优化了木糖发酵条件,利用海藻酸钠固定化树干毕赤酵母菌增殖细胞,不仅能较好满足限氧发酵条件,而且能耐较高糖浓度,使乙醇发酵浓度提高到20g/L。利用半纤维素水解液进行了乙醇发酵的初步研究,基本达到了纯木糖发酵的效果。