膜循环发酵器生产乙醇的研究

将板框式超滤膜组件与发酵釜组成一个半封闭的回路系统,构成膜循环发酵器。用啤酒酵母从葡萄糖发酵制乙醇的过程中,葡萄糖的转化率是酵母细胞浓度和稀释率的函数,在平均细胞浓度为5.0×10~8/ml,进料葡萄糖浓度为143 g/L,稀释率为0.4h~(-1)时,生产率为9.06 g/L·h。此时,葡萄糖利用率为63%。而在间歇发酵时,生产率为3.0g/L.h,葡萄糖利用率为100%。通过对膜组件的定时反冲,可使膜组件的渗透量稳定在一个较高的水平。     

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.     

ZIF-L/PDMS混合基质膜蒸气渗透耦合发酵强化乙醇生产效率的研究

蒸气渗透（VP）膜分离不存在膜污染风险,在生物乙醇生产中具有广阔的应用前景。将聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜和以二维沸石咪唑骨架（ZIF-L）为填充基质制备的PDMS（ZIF-L/PDMS）混合基质膜,分别用于VP膜分离与菊粉水解液发酵制乙醇过程的耦合,分析了二者在耦合过程中的分离性能和发酵性能。探究了不同膜分离方式、不同类型膜及操作条件对膜分离性能的影响。实验结果表明,当料液浓度为5%（质量）、蒸气循环流量为1.5 L·min^-1时,ZIF-L/PDMS混合基质膜的VP性能高于渗透汽化（PV）,归一化总通量达到1148.78 g·m^-2·h^-1,分离因子高达19.14,显著提升了乙醇分离性能。ZIF-L/PDMS混合基质膜用于VP耦合发酵,实现了耦合过程的高渗透性和乙醇选择性,与文献报道相比,乙醇移除效果最优,乙醇产率和时空产率分别达到0.421 g·g^-1、3.07 g·L^-1·h^-1,两个指标明显高于单独发酵,极大地提高了乙醇生产效率。因此,ZIF-L/PDMS混合基质膜在原位分离发酵乙醇方面具有很大的应用潜力。     

发酵法生产乙醇研究进展

介绍了固定化细胞发酵,细胞循环发酵、固体发酵、高温发酵等乙醇发酵新工艺,系统地阐述了乙醇发酵与吸附分离耦合、乙醇发酵与膜分离耦合、萃取发酵、真空发酵及乙醇气提发酵及其与分离技术的耦合等过程的研究。乙醇发酵与分离技术的耦合过程可以提高发酵速率,降低乙醇回收过程的能耗,实现过程的连续操作,降低设备投资和操作费,具有很广的应用前景。     

膜蒸馏用聚偏氟乙烯微孔膜的结构控制 Ⅲ.制膜条件的选择和膜蒸馏性能

为了提高聚偏氟乙烯微孔膜的膜蒸馏通量,本文对制膜条件进行了综合控制,在铸膜液中加入了丙酮溶胀剂,并采用乙醇水溶液作凝固浴。研究了挥发时间和凝固浴中乙醇含量对膜形态结构的影响。比较了由不同制膜条件制得的膜的膜蒸馏性能。结果表明,适当选择制膜条件,能得到膜蒸馏性能优良的膜。其截留率近于100%。在暖侧温度为55℃、冷侧温度为25℃时,膜的膜蒸馏通量可达22.5 kg/(m~2·h),已接近反渗透膜的水平。     

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。     

CO_2循环、活性炭吸附酒精发酵的研究

用风机将 CO_2循环送回发酵罐、汽提葡萄糖发酵产生的乙醇,这样,能减少或消除乙醇对酵母的抑制作用。饱和了乙醇和水蒸汽的循环的 CO_2气通过活性炭吸附柱,解吸后可获得乙醇浓度为50wt%左右的粗乙醇产品。本文还研究了酵母浓度对发酵速率的影响及 CO_2循环量对发酵液中和解吸的粗酒精产品中乙醇浓度的影响。估算了这一新过程的能耗并与传统的酒精发酵和回收工艺的能耗进行了比较。     

纤维素稀酸水解产物中发酵抑制物的去除方法

在纤维素稀酸水解发酵制乙醇的过程中,由于弱酸、呋喃衍生物和苯系化合物对微生物的影响,乙醇的产量和产率都不高。针对国内对这些抑制物质的去除研究较少的现状,重点介绍了国外去除纤维素稀酸水解产物中发酵抑制物的各种方法,这些方法能有效地降低各种抑制物质的影响,从而能够获得更高的乙醇产量和产率。     

吸附法生产燃料用乙醇

介绍了用硅沸石分子筛吸附分离发酵醪液中乙醇的方法。吸附分子筛床与连续发酵装置配合,可进一步制得高纯度的燃料乙醇。     

发酵与分离技术结合的过程及其在乙醇生产中的应用

本文系统地介绍了超滤、溶剂萃取、膜蒸馏、超滤及反渗透、渗透蒸发和渗透牵引等分离技术与发酵过程结合的基本原理，重点介绍了这些技术在乙醇发酵中的应用及新进展。与分离技术结合的乙醇发酵过程的开发，为提高生产率、降低生产成本开辟了一条新途径，是一种很有应用前景的乙醇生产方法。     

渗透汽化在生物燃料乙醇制备中的研究进展

渗透汽化作为一种新型的膜分离技术应用于发酵法制备生物燃料乙醇,不但能减少产物对微生物的抑制作用,而且可以脱水制备高纯度燃料乙醇,因而具有显著的优势。本文对渗透汽化在发酵法制备燃料乙醇中所涉及的膜材料、耦合工艺、应用现状和经济评价进行了详细的综述,并对发展趋势作了展望。     

乙醇发酵与渗透汽化在硅橡胶膜生物反应器中的耦合强化

用硅橡胶膜生物反应器(SMBR)实验研究了发酵-渗透汽化的耦合性能。发酵微生物采用酿酒活性干酵母,所用的碳源为工业级葡萄糖。间歇发酵过程由于产物抑制作用在乙醇浓度达到90g稬-1时就趋于停滞,而经耦合渗透汽化膜分离后,发酵罐内的乙醇浓度迅速降低并维持在40g稬-1,且发酵在此浓度下可以连续稳定地进行。 在SMBR运行达到稳态后,乙醇的体积产率为1.5gL-1h-1。SMBR中所用的聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合膜由实验室自行制备,它能稳定分离含有酵母细胞的发酵液。当发酵液中乙醇浓度为92.7~49.5g稬-1时,PDMS复合膜的总通量为1490~1164g穖-2h-1,分离因子为6.9~7.8,与分离相同进料浓度的清洁模型溶液相比分别平均高出31%和14%。乙醇发酵和渗透汽化在硅橡胶膜生物反应器中能够相互耦合并得到强化。     

硅橡胶膜生物反应器中乙醇发酵与渗透汽化的耦合

用硅橡胶膜生物反应器(SMBR)实验研究连续发酵-渗透汽化的耦合性能。发酵微生物采用酿酒干酵母,所用碳源为工业级葡萄糖。发酵过程由于产物抑制作用,在乙醇质量浓度达到73 g/L时趋于停滞,而耦合渗透汽化膜后,发酵罐内的乙醇质量浓度降低并维持在40 g/L,使发酵可以连续稳定地进行。在SMBR运行达到稳态后,乙醇的体积产率为4.02 g/(L.h)。发酵液中乙醇质量浓度维持在20~63 g/L,聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜的总渗透通量为1 220~800 g/(m2.h),分离因子为5~9.2。与传统发酵和分离相同进料质量分数的乙醇溶液相比,乙醇发酵和渗透汽化在硅橡胶膜生物反应器中能相互耦合并得到强化。与较小规模耦合系统(发酵体积1 L和2 L)比较,性能稳定良好。     

同时进行发酵和分离的CO_2气提、活性炭吸附乙醇发酵动力学研究——(二)游离细胞连续发酵

本文研究了游离细胞连续发酵时应用 CO_2气提、活性炭吸附的乙醇发酵和分离动力学,考察了稀释率和进口葡萄糖浓度对发酵速率的影响,提出了包括 CO_2汽提乙醇速率的发酵动力学模型,研究了连续发酵时的稳态和动态过程,结果表明,CO_2气提有助于减少乙醇对酵母的抑制作用,发酵动力学模型可以较好地关联稳态时的发酵动力学数据,从中获得的模型参数可以用于预测动态过程中底物、微生物及产物的变化规律。对于所研究的过程,存在着最佳稀释率和进口糖浓度以获得最大发酵速率。     

Increased tolerance and conversion of inhibitors in lignocellulosic hydrolysates by Saccharomyces cerevisiae

During hydrolysis of lignocellulosic biomass, monomeric sugars and a broad range of inhibitory compounds are formed and released. These inhibitors, which can be organized around three main groups, furans, weak acids and phenolics, reduce ethanol yield and productivity by affecting the microorganism performance during the fermentation step. Among the microorganisms that have been evaluated for lignocellulosic hydrolysate ethanol fermentation, the yeast Saccharomyces cerevisiae appears to be the least sensitive. In order to overcome the effect of inhibitors, strategies that include improvement of natural tolerance of microorganism and use of fermentation control strategies have been developed. An overview of the origin, effects and mechanisms of action of known inhibitors on S. cerevisiae is given. Fermentation control strategies as well as metabolic, genetic and evolutionary engineering strategies to obtain S. cerevisiae strains with improved tolerance are discussed. Copyright © 2007 Society of Chemical Industry     

戊糖发酵微生物及其选育

介绍了戊糖发酵微生物的种类、研究现状及酵母木糖发酵的机理     

木糖发酵酒精代谢工程的研究进展

木糖发酵是生物转化木质纤维素产生酒精及其他化工产品最为重要的一环,但自然界中缺少能将上述生物质有效转化为乙醇的微生物菌种. 近年来,根据代谢工程原理,利用基因工程技术对酵母和细菌进行遗传改造,或将木糖代谢途径引入传统的酒精发酵菌酿酒酵母及高酒精产生菌运动发酵单胞菌中,从而拓展其底物利用范围;或使原本可以利用多种糖底物的细菌获得选择性产生酒精的能力,构建了各种不同类型的木糖发酵重组菌株. 虽然这些重组菌株在木糖转化酒精方面均显示出良好的应用前景,但仍存在诸多问题. 有必要在对木糖代谢调控机制深入系统研究的基础上,进一步改造现有菌株,并结合生化工程技术对重组菌株发酵条件进行优化,以实现高效生物转化木质纤维素原料制取乙醇. 本工作介绍了近年来代谢工程改造微生物菌种发酵木糖生产酒精的研究进展.     

高浓度有机废水发酵法制取氢气技术

利用两相厌氧高浓度有机废水处理的产酸相制取氢气技术引起世界的普遍关注。介绍了厌氧发酵生物制氢系统的产氢机理、工艺流程与设计、工程控制参数等许多技术问题。认为发酵产氢微生物有丁酸型发酵、乙醇型发酵和甲酸裂解等3种产氢代谢途径。工艺设计以活性污泥的混合培养为主要形式,也发展了细菌的纯培养或辅之细胞固定化工艺。目前已经分离出肠杆菌属(Enterobacter)、梭状芽孢杆菌属(Clostridium)、柠檬酸菌属(Citrobacter)和新型乙醇型发酵产氢细菌等菌属的发酵产氢细菌,这些菌种除了可以纯培养制氢外,还可以进行投入反应系统进行生物强化和细胞固定化技术应用。乙醇型发酵生物制氢理论(双碳发酵产氢学说或理论)指导下发酵法混合培养生物制氢工艺已分别进行了小试和中试,并将进入生产示范工程阶段。     

Yeast cell harvesting from cider using microfiltration

Yeast cell harvesting from cider was performed with a 0.2 μm pore size hydrophilic polyvinylidene fluoride membrane. The microfiltration (MF) membrane exhibited a large flux decline during the first 20 min of operation when challenged with a fermentation broth. This may be attributed to rapid particle polarization initiating membrane fouling. Pore plugging may be more likely to have reduced the flux throughout the experiments than cake formation on top of the membrane, as cross-flow controls cell build-up on the membrane and removes some of the cells from the layer. A small proportion of yeast cells were not retained by the membrane; this was attributed to a proportion (1 in 10 000) of the membrane pores being oversize. Aeration during fermentation affected subsequent fouling during MF, probably through alteration of the ability of the microorganism to attach on to the membrane. A high proportion of nonviable cells typical of an aged broth also improved the flux performance, suggesting that any fermentation change having an effect on the yeast cell surface could influence the MF flux.