鲜甘薯发酵生产高浓度乙醇的技术

乙醇作为燃料可以改善能源结构,减少对石油进口的依赖.高浓度发酵技术是一种生产燃料乙醇的新兴技术,有利于降低乙醇的生产成本.本研究采用酿酒酵母以鲜甘薯为底物进行了快速高浓度乙醇发酵的研究.对高浓度乙醇发酵的影响因素如发酵促进剂种类和浓度、无机盐、维生素及初糖浓度进行了探讨,获得了最佳发酵培养基配方,确定最适发酵促进剂为B,浓度为1.20 g kg-1,不需要添加无机盐和维生素,初糖浓度为270 g kg-1.在最适条件下,28 h可生产乙醇132.86 g kg-1,乙醇发酵强度达4.74 g kg-1h-1,发酵效率达91.44%.发酵规模放大至10 L时,28 h可产生乙醇131.71 g kg-1,乙醇发酵强度为4.70 g kg-1h-1,发酵效率为90.53%.图3表3参16     

鲜甘薯原料的运动发酵单胞菌快速乙醇发酵条件

对运动发酵单胞菌232B同步糖化发酵(SSF)鲜甘薯快速生产燃料乙醇的条件进行了研究.通过单因素试验和正交试验获得了乙醇发酵的最佳参数为:初始pH值6.0～7.0,硫酸铵5.0 g/kg,糖化酶量1.6 AUG/kg淀粉,初始总糖浓度200 g/kg,接种量ψ=12.5%.经过21 h发酵,乙醇浓度为95.15 g/kg.发酵效率可达94%.同时对不灭菌发酵也进行了研究,发酵效率可达92%.残糖的HPLC分析结果说明,发酵液中已没有葡萄糖存在,经酸水解后又出现了葡萄糖、半乳糖、甘露糖等成分,说明发酵结束后的残糖是多种低聚糖.图4表4参19     

适合鲜甘薯原料乙醇发酵的低粘度快速糖化预处理

甘薯是我国燃料乙醇生产的主要原料之一.但由于鲜甘薯具有粘度大的特点,传统液化糖化处理很难在短时间内充分糖化原料;高粘度的醪液也难以进行管道输送,容易堵塞管路;同时,也会降低后续的乙醇发酵效率.本文作者采用了快速粘度分析法对鲜甘薯糊化粘度特性进行了分析,进而对预处理条件进行了研究,考察了醪液的料水比、预处理温度、pH、时间、离子种类、酶类及添加方式对糖化醪液的葡萄糖值(Dextrose equivalent,DE)和粘度的影响.获得的最佳预处理条件为:料水比2∶1,126℃、pH 2.5条件下预处理5 min,液化,糖化时加入果胶酶40 U/g醪液,纤维素酶0.5 U/g醪液.糖化2 h后,醪液DE值最高可达99.3,粘度4.5×104 mPa.s,而采用传统糖化工艺,糖化2 h后,醪液DE值仅为85.8,粘度大于1.0×105 mPa.s.此预处理方法也可用于快速糖化不加水的醪液.经预处理.糖化2 h,醪液DE值可达97.6,而对照仅为76.6.后续的乙醇发酵试验表明,通过此预处理方法获得的糖化醪液对乙醇发酵无负面影响.图1表4参20     

4个甘薯品种不同生育期的乙醇发酵比较

为了寻找适于燃料乙醇生产的甘薯品种,分别测定了4个甘薯品种--品种1、品种2、品种3、南薯88(对照)生育期100 d、130 d和160 d的可发酵糖含量和乙醇发酵参数,并进行了比较分析.结果表明,品种1和品种2的单位面积乙醇产量分别达4.79 t hm-2和4.83 t hm-2,均高于对照品种南薯88(4.58 t hm-2);品种1和品种2生长到d 130时单位面积乙醇产出速度最快,分别为36.84 kg hm-2d-1和37.13 kg hm-2d-1,对照品种南薯88的乙醇产出速度为35.24 kg hm-2d-1;生产1t无水乙醇,使用不同甘薯品种的原料消耗量依次为品种1(6.40 t)＜品种2(6.49 t)＜品种3(7.31t)＜南薯88(9.17t),发酵废渣排放量(按干重计)依次为品种1(0.56 t)＜品种3(0.60 t)＜品种2(0.63 t)＜南薯88(0.64 t).说明品种1可在甘薯燃料乙醇生产上推广应用,且生长130天时即可收获,以提高甘薯燃料乙醇生产的经济性.图4表1参14     

耐高温酵母高浓度发酵生产燃料乙醇工艺优化

采用两水平部分因子设计(23Fractional Factorial),选取发酵温度、接种量、初始糖浓度为自变量考察因素,以最终发酵乙醇浓度和9 h生物量浓度为响应值,考察耐高温高浓度酵母的燃料乙醇发酵能力,并对实验数据进行二次模型变异分析(Ahalysis of variance,ANOVA),建立了三元二次方程数学...     

运动发酵单胞菌共表达α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶发酵甘薯生产乙醇

运动发酵单胞菌是乙醇发酵的极佳菌种,但其所能利用的发酵底物范围狭窄,不能利用淀粉作为发酵底物.为增加其利用底物的范围使其能够水解淀粉,本研究构建了3种表达淀粉酶的运动发酵单胞菌菌株:1)Zymomonas mobilis(pAmyE)表达α-淀粉酶;2)Z.mobilis(pGA)表达葡萄糖淀粉酶;3)Z.mobilis(pAmyGA)共同表达α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶.DNS法测定淀粉酶活显示,每种转化菌株的胞外淀粉酶活性均高于胞内,且两种淀粉酶共表达的酶活高于这两种淀粉酶单独表达的酶活之和,说明这两种淀粉酶能够协同作用降解淀粉.对于重组菌株Z.mobilis(pAmyGA),约59.3%的淀粉酶活性都在胞外检测到.用淀粉含量高且耐贮存的徐薯18匀浆加少量葡萄糖作为培养基直接用上述3个菌株发酵生产乙醇.结果显示,共表达α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶的重组菌株Z.mobilis(pAmyGA)的乙醇产量为54.7 g/L,达到了理论值的83.2%,表明本研究得到了能够直接高效利用淀粉生产乙醇的运动发酵单胞菌的菌株.     

木质纤维素生产燃料乙醇的关键技术研究现状

木质纤维素是自然界广泛存在且廉价的可再生资源.其主要成分纤维索、半纤维素是潜在的燃料乙醇生产原料.虽然由木质纤维素生产燃料乙醇的技术路线已具可行性,但存在着具体工艺环节复杂、生产能耗高等局限,严重阻碍了其规模化生产.目前纤维素燃料乙醇生产主要围绕预处理、酶解、发酵三大关键步骤进行技术攻关,其中预处理的能耗和效率、发酵过程的五碳糖利用等问题成为该工艺的重要制约因素.本文在综述国内外纤维素乙醇生产关键步骤的基础上,着重分析了各种物理、化学和生物预处理的优缺点以及新兴的预处理思路,归纳了各类纤维素乙醇生产菌的特点,包括耐高温和五碳糖的利用,并介绍了当前主要的发酵方式和优化措施,以期为木质纤维素生产乙醇提供新的研究思路.表5参86     

利用木质纤维素类生物质发酵生产乙醇重组菌株研究进展

要实现木质纤维素类生物质的有效利用,当前还面临很多瓶颈问题亟待解决,而缺乏能够同时高效利用纤维素类水解物的发酵菌株是制约纤维素乙醇生产的最关键因素.目前对发酵菌种的研究主要集中在酿酒酵母、运动发酵单胞菌、大肠杆菌和克雷白氏杆菌这4种菌上,已取得大量研究进展,为纤维素乙醇的产业化奠定了一定的基础.本文综述了这4种菌发酵纤维素水解物的基因工程改造研究进展,并对组学时代进一步优化发酵菌株进行了展望.图2表2参51     

一株运动发酵单胞菌Zy-1快速生产乙醇

经多次实验优化，得到运动发酵单胞菌Zy发酵葡萄糖生产乙醇较合适的条件．Zy的诱变菌株Zy-1在该条件下发酵葡萄糖生产乙醇比原始菌株更有较大优势．当葡萄糖浓度为200gL^-1时，发酵48h，乙醇浓度96．5gL^-1，残糖2．3gL^-1，发酵效率为94．42％．Zy-1发酵天然原料米粉、木薯、红薯干等，发酵时间44h，乙醇浓度达95gL^-1以上，发酵效率92％以上．发酵液用DNS法测定，还原糖约2gL^-1，残总糖因原料种类不同，其值有所差异（5～20gL^-1）．经薄层层析分析，发酵液无葡萄糖，而是二糖、三糖等低聚糖．图2表5参12