廉价废弃物厌氧发酵制备生物己酸技术进展

在资源紧缺背景下,采用廉价废弃物发酵制备生物己酸已成为新近研究热点,然而"低产"和"高成本"的技术瓶颈限制了生物己酸的工业应用。针对己酸发酵新近研究,对廉价废弃物的己酸转化进行了综述。Clostridium kluyveri是目前研究最多的己酸菌,它主要以乙醇、乙酸和丁酸为底物,通过2个反向β氧化循环实现碳链增长生成己酸。混菌发酵技术、关键环境因子(如电子供体和电子受体浓度等)调控和抑制因素解除,是提高生物己酸产量的重要手段。采用廉价底物能够降低生物己酸的原料成本、提高己酸经济性,是未来己酸发酵的发展方向。食品废弃物能量密度高、排放量大,用于生物己酸发酵具有广阔的前景。     

生物质制备液体燃料技术的研究

综述了近年来由生物质制备液体燃料(生物乙醇燃料、生物柴油、生物质航空燃料)相关的技术进展。重点介绍了乙醇燃料的生物质合成气发酵、生物质合成气催化和合成气间接合成技术;生物柴油的油脂酯交换和超临界法转化途径;航空燃料的生物质气化-费托合成加氢提质和生物油的转化路线;并对这些转化途径的的特点和未来的研究方向做了分析。     

合成气的生物利用与定向转化

合成气是来源于石化、煤化工以及生物质加工行业的一类重要原料气体。现有的化学催化路线可将合成气转化为氨、烯烃、甲醇等大宗化工产品,但尚无法实现选择性地合成具有较高附加值的长碳链化合物,而发展合成气的生物转化路线是克服上述难题、拓展产业链的有效策略。本文综述了随着分子遗传操作工具以及合成生物学的快速发展,合成气生物利用相关的菌株代谢工程设计、改造以及发酵工艺优化等方面的研究进展和产业化进程,并指出目前该技术路线在固碳效率、产物合成种类及产量方面还存在不足,亟待优化以满足大规模工业化推广应用的要求。本文还对合成气生物利用与转化的研究现状进行了梳理和总结,并探讨了未来的发展方向,以期为建立具有经济竞争力的合成气生物利用技术和工艺提供参考。     

燃料乙醇生产技术路线分析及产业发展建议

对化学合成乙醇路线(合成气催化制乙醇、乙酸加氢制乙醇工艺)和生物发酵制乙醇路线(粮食发酵、非粮原料发酵、合成气发酵工艺)及其技术特点进行了分析,重点阐述了纤维素乙醇生产工艺、核心技术及国内外开发现状,并对我国燃料乙醇产业发展提出了有关建议.     

肺炎克雷伯氏菌生物合成1,3-丙二醇的副产物调控研究

以肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)ATCC 25955为原始菌株,利用代谢工程手段对K.pneumoniae生物合成1,3-丙二醇(1,3-PD)的副产物进行调控.通过敲除副产物合成途径关键酶编码基因,在分批补料发酵条件下,1,3-PD的产量达到83.8 g·L-1,生产强度提至2.79 g·L-1·h-1;进一步结合乙酸吸收途径强化,有效解除了乙酸溢流现象,在分批补料发酵条件下,1,3-PD的产量达到94.9g·L-1,生产强度提至3.16 g·L-1·h-1.研究表明,通过敲除副产物合成途径关键酶编码基因结合乙酸吸收途径强化能够促进1,3-PD的合成,减少副产物的产生,提高K.pneu-moniae 代谢甘油合成1,3-PD的产量和生产强度.     

合成气生物发酵法制乙醇的研究进展

采用合成气生物发酵法制乙醇具有反应条件温和、产物选择性高、原料来源广泛、低碳可持续发展等优势,是一种具有前景的可再生能源新型生产工艺。文章综述了合成气发酵法制乙醇的微生物种类及对应的适宜操作条件,分析了合成气发酵法制乙醇的Wood-Ljungdahl代谢途径;总结了合成气的广泛来源;分析讨论了过程工艺参数如合成气组成及压力、pH、温度、培养基组分、气液传质对合成气发酵的影响;指出合成气发酵法制乙醇面临的底物传质性能差、乙醇收率低等关键问题,比较了典型反应器在传质方面的差异,归纳了传质强化方法;总结了合成气发酵法制乙醇的工业化进展, 并提出了未来的发展方向。     

合成气生物发酵法制乙醇的研究进展

采用合成气生物发酵法制乙醇具有反应条件温和、产物选择性高、原料来源广泛、低碳可持续发展等优势,是一种具有前景的可再生能源新型生产工艺。文章综述了合成气发酵法制乙醇的微生物种类及对应的适宜操作条件,分析了合成气发酵法制乙醇的Wood-Ljungdahl代谢途径;总结了合成气的广泛来源;分析讨论了过程工艺参数如合成气组成及压力、pH、温度、培养基组分、气液传质对合成气发酵的影响;指出合成气发酵法制乙醇面临的底物传质性能差、乙醇收率低等关键问题,比较了典型反应器在传质方面的差异,归纳了传质强化方法;总结了合成气发酵法制乙醇的工业化进展, 并提出了未来的发展方向。     

Clostridium ljungdahlii乙醛铁氧还蛋白氧化还原酶基因插入失活载体的构建

合成气/富CO废气发酵制乙醇是一项新的乙醇生产技术。该技术能以生物质、有机废物气化产生的合成气(主要成分CO,CO2和H2)或炼钢厂的废气为原料,利用特殊的微生物将其发酵为乙醇,因而在生物质、富CO废气及一些有毒或难降解的有机废物利用上将发挥重要作用。Clostridium ljungdahlii是最早发现也是研究得最多的合成气乙醇发酵菌株,其全基因组序列已报道。乙醛铁氧还蛋白氧化还原酶是Clostridiumljungdahlii乙醇合成过程中催化乙酸/乙醛转化的一个重要的酶。本研究根据Clostridium ljungdahlii乙醛铁氧还蛋白氧化还原酶基因序列设计了Ⅱ型内含子插入识别位点及相关引物,其最适插入位点为基因的有义链第360与361位核苷酸之间,之后采用重叠延伸PCR法扩增了内含子的IBS,EBS1d和EBS2序列,在质粒pMTL007的基础上构建了用于Clostridium ljungdahlii乙醛铁氧还蛋白氧化还原酶基因插入失活的质粒pMTL007-Clj-aor-360s,经酶切和DNA测序验证,再转化含质粒pMCljS的大肠杆菌E.coli XL1-blue,利用氯霉素和奇霉素双抗性筛选获得了经甲基化修饰的目的质粒,可用于下一步电转化Clostridium ljungdahlii以构建Clostridiumljungdahlii乙醛铁氧还蛋白氧化还原酶基因失活的基因工程菌。     

国外文献摘要

正间接生产丁醇和己醇专利披露了将任何碳源的碳水化合物转化成丁醇和己醇的过程,丁醇和己醇用于燃料或化学品。过程包括诱导均一的乙酰基因(homoacetogenic)发酵生产醋酸中间体,再转化成乙醇。乙醇和留下的部分醋酸中间体用作酸性基因(acidogenic)发酵的基质,发酵生产丁酸和己酸中间体,然后化学转化成丁醇     

燃料乙醇发展现状及思考

自20世纪70年代以来,生物燃料乙醇作为车用燃料的研究和产业化受到广泛重视,被认为是未来最重要的可再生燃料之一。本文介绍了燃料乙醇的发展概况,综述了近年来国内外研究开发历程、产业政策和最新进展,对化学合成乙醇路线（合成气催化制乙醇、乙酸加氢制乙醇工艺）和生物发酵制乙醇路线（粮食发酵、非粮原料发酵、合成气发酵工艺）的技术特点、纤维素燃料乙醇产业化存在的困难和问题进行了分析,并对影响燃料乙醇产业发展的因素进行了分析,提出了我国燃料乙醇技术研发和产业发展的相关建议,认为我国应加强非粮原料供应体系建设,积极进行技术研发,加强工业示范并优化燃料乙醇使用环节,促进非粮燃料乙醇产业发展。     

ClostridiumsaccharobutylicumDSM13864细胞表面理化特性及固定化细胞产丁醇的性能

糖丁基梭菌Clostridium saccharobutylicum DSM 13864能利用多种糖类为底物发酵产丁醇。本文研究了该菌体细胞表面的理化特性,并以砖块作为细胞固定化材料进行丁醇发酵。采用细菌吸附有机溶剂(MATS)法证明糖丁基梭菌细胞表面有强烈的亲水性,并且等电点在pH值为3左右,这些特性有利于菌体与表面亲水多孔的砖块吸附。在60g/L葡萄糖发酵培养基中,以5～8目砖块作为固定化材料,流速为1.1L/min,发酵48h后,丁醇的浓度、得率和生产率分别达到11.02g/L、0.18g/g和0.23g/(L·h),相比悬浮细胞发酵分别提高了10.53%、5.88%和9.52%。结果表明:砖块作为一种固定化材料可有效提高糖丁基梭菌的发酵产丁醇水平。     

严格厌氧发酵体系在线尾气监测系统的设计及在梭菌生产生物能源丁醇的应用

目前关于有氧或微氧的乙醇发酵的尾气检测系统已经建立,但是对于丙酮丁醇梭菌等严格厌氧菌发酵尾气的在线监测鲜见文献报道。因此,本研究以丙酮丁醇梭菌生产丁醇的严格厌氧发酵体系为研究对象,研究了传统有氧或微氧尾气检测方法在丙酮丁醇梭菌厌氧发酵体系中的检测结果,设计并建立了适合厌氧菌发酵的尾气在线监测系统,对丙酮丁醇梭菌的发酵过程实时监测。在建立有效的厌氧发酵尾气分析系统的条件下,比较了丙酮丁醇梭菌在游离细胞条件下和高细胞密度条件下的发酵性能。相比较于游离发酵,高细胞密度发酵的发酵周期明显缩短,丁醇生产强度显著提高。丁醇最高产量为15.4g/L,生产强度0.64g/（L·h）,分别比对照组提高了12.4%和106%,CO₂和H₂最高产气速率分别提高60%和9%,产气量分别提高了20.7%和41.3%。尾气分析系统采集的气体数据为丙酮丁醇梭菌的代谢分析提供了重要依据。     

H‐B‐E (hexanol‐butanol‐ethanol) fermentation for the production of higher alcohols from syngas/waste gas

CO, H₂, and CO₂ are major components of syngas and some industrial CO‐rich waste gases (e.g. waste gases from steel industries), besides some additional minor compounds. It was recently shown that those gases can be bioconverted, by acetogenic/solventogenic bacteria, into ethanol and higher alcohols such as butanol, but also hexanol, through the so‐called HBE fermentation. That process presents some advantages over existing chemical conversion processes. This paper reviews HBE fermentation from C1‐gases after briefly describing the more conventional ABE (acetone‐butanol‐ethanol) fermentation from carbohydrates by Clostridium acetobutylicum, in order to allow for comparison of both processes. Although acetone may appear in carbohydrate fermentation, alcohols are the only major end‐metabolites in the HBE process with Clostridium carboxidivorans. The few acetogenic bacteria known to metabolize C1‐gases and produce butanol or higher alcohols are described. Clostridium carboxidivorans has been used in most cases. Bioconversion of the gaseous substrates takes place in two stages, namely acidogenesis (production of acids) followed by solventogenesis (production of alcohols), characterized by different optimal fermentation conditions. Major parameters affecting each bioconversion stage as well as the overall fermentation process are analyzed. Although it has been claimed that acidification is required in ABE fermentation to initiate the solventogenic stage, strong acidification seems to some extent not to be a prerequisite for solventogenesis in the HBE process. Bioreactors potentially suitable for this type of bioconversion process are described as well. © 2017 Society of Chemical Industry     

酒精发酵中杀菌剂的研究进展

酒精发酵是一个非常复杂的微生物反应过程.在这个过程中,除了生产菌外,还会从原料、空气、水等带入相当数量的杂菌,从而降低酒精得率,影响酒精的正常生产.因此如何有效控制杂菌的感染,对整个酒精生产至关重要.本文综述了酒精发酵中杀菌剂的研究进展,主要介绍了酒精发酵过程中染菌的原因、危害、检测方法以及常见的污染杂菌,重点介绍了漂白粉、青霉素、克菌灵、酒花及植物提取物等杀菌剂的使用.指出减少酒精发酵中的杂菌污染,加强细菌抗药性的研究,寻找安全天然杀菌剂替代品是未来研究的关键.     

Immobilization of trophic anaerobic acetogen for semi-continuous syngas fermentation

The massive consumption of fossil energy forces people to find new sources of energy. Syngas fermentation has become a hot research field as its high potential in renewable energy production and sustainable development. In this study, trophic anaerobic acetogen Morella thermoacetica was successfully immobilized by calcium alginate embedding method. The ability of the immobilized cells on production of acetic acid through syngas fermentation was compared in both airlift and bubble column bioreactors. The bubble column bioreactor was selected as the better type of bioreactor. The production of acetic acid reached 32.3 g·L^-1 in bubble column bioreactor with a space-time yield of 2.13 g·L^-1·d^-1. The immobilized acetogen could be efficiently reused without significant lag period, even if exposed to air for a short time. A semi-continuous syngas fermentation was performed using immobilized cells, with an average space-time acetic acid yield of 3.20 g·L^-1·d^-1. After 30 days of fermentation, no significant decrease of the acetic acid production rate was observed.     

油茶壳综合利用研究进展

油茶壳作为油茶（Camellia oleifera Abel）加工过程中产生的副产物,通常被直接丢弃或者焚烧处理。对油茶壳进行资源化利用不仅可以提高其自身附加值,还可以解决其带来的环境污染问题。基于现有研究,本文介绍了油茶壳中主要功能成分以及油茶壳在材料化、肥料化及能源化的利用情况。油茶壳中含有鞣质、茶皂素、黄酮和多糖等物质,使得油茶壳成为抑菌、抗氧化、抗病毒等应用的理想原料。在材料化方面,油茶壳活性炭吸附剂显示出良好的吸附效果,但以油茶壳为原料制备的电容材料电导率低,木质复合材料力学性能不佳。在肥料化方面,利用油茶壳制备的有机肥和培养基有明显改善土壤、提高肥料品质、促进种苗生长的效果。在能源化方面,较高的木质素、半纤维素和纤维素含量使油茶壳在直燃发电、厌氧发酵产沼气、制备生物乙醇和生物油等方面具有一定优势,但存在氯化物腐蚀锅炉、木质素难降解、生物乙醇产率低、生物油产量少等问题。对油茶壳未来利用方向提出展望,油茶壳在制备碳材料方面需针对性炭化以用作电容材料,木质复合材料方面需改善结构以提高材料力学性能,在功能成分利用方面需开发高附加值的深加工产品并扩大生产规模,在能源方面需解决生物质转化过程的集成问题。     

生物法制造丁二酸研究进展

丁二酸因其C₄分子结构在化工领域的潜在价值，被认为是一种具有广阔应用前景的生物基平台化合物。结合生物基丁二酸的产业现状，综合分析了丁二酸生产菌种及菌株改造、生物过程优化和丁二酸分离纯化这三个方面的研究现状。重点介绍以大肠杆菌、产琥珀酸放线杆菌、解脂耶氏酵母为代表的主要生产菌株及其改造策略；低值生物质利用及控制发酵过程中CO₂ 供给和pH 调节等生物过程优化策略；包括钙盐法、电渗析法、直接分离法等方法在内的丁二酸分离工艺。同时指出未来的研究重点将综合考虑经济性与能耗问题，将菌株与发酵和分离全过程整合，提高丁二酸产量，降低发酵及分离成本，进一步拓展生物基丁二酸市场应用领域。