细胞稀释强化硅橡胶膜生物反应器连续乙醇发酵

通过原位重力沉降分离酵母和渗透汽化分离乙醇构建了细胞稀释连续乙醇发酵的硅橡胶膜生物反应器。采用酿酒酵母,以0.05/h的细胞稀释率在膜生物反应器中实现了170 h的连续稳定乙醇发酵。重力沉降分离酵母对硅橡胶膜生物反应器产生的细胞稀释作用可以通过反应器内酵母自身生长得到平衡,发酵液细胞浓度稳定在5g/L。渗透汽化原位分离使发酵液内乙醇浓度维持在50 g/L。细胞稀释膜生物反应器连续发酵的乙醇体积产率达到1.63 g/(L.h),相对于同等工艺参数的细胞封闭循环膜生物反应器连续乙醇发酵细胞比产率提高了31%。     

补充营养物对硅橡胶膜生物反应器长期封闭循环发酵性能的影响

通过向发酵液中补充营养物质,研究了补充营养物对膜生物反应器长期封闭循环发酵行为的影响;实验得到的细胞浓度为7.10 g/L,细胞存活率为0.90,发酵液内的平均乙醇浓度为68.6 g/L,乙醇产率为1.85 g/(L·h),乙醇得率为0.411 g/g,乙醇比产率为0.286 g/(g·h),与不补充营养物质的实验相比,发酵性能有所提高;实验发现补充营养物质,没有提高细胞浓度和细胞存活率,而是增强了细胞的生命活性,提高了细胞产乙醇的能力。     

通气量对酿酒酵母GGSF16高浓度乙醇发酵的影响

在5 L发酵罐中,研究了以260 g/L葡萄糖为底物,不同通气量对酿酒酵母GGSF16高浓度乙醇发酵的影响。结果表明,与厌氧条件相比,通入适当的空气是高浓度乙醇发酵过程中重要的控制参数,能够缩短发酵时间,增加酵母细胞量,提高酵母细胞的存活率和乙醇耐受性。然而,乙醇产率与单位质量的酵母细胞消耗葡萄糖和生成乙醇的能力降低。最适通气量为80 m L/min,酵母细胞干重为14.16 g/L,发酵强度为3.93 g/(L·h),比厌氧分别提高104%和70.1%,终点乙醇浓度为117.9 g/L,乙醇产率为0.452 g/g(发酵效率87.8%)。     

酿酒酵母的发酵优化与动力学研究

研究了酿酒酵母在游离生长条件下细胞生长、乙醇生成和葡萄糖消耗动力学.通过耐高温酿酒活性干酵母在35℃的复合培养基中不通风生长的三水平正交实验,用Gauss-Newton非线性最小二乘法拟合了发酵动力学参数.当发酵液中的葡萄糖浓度远大于饱和生长系数Ks时,酵母细胞的生长代谢规律受葡萄糖的影响很小.乙醇总是减缓酿酒酵母的生长代谢速率,当乙醇浓度达到完全抑制值KP时细胞就停止生长.酵母细胞的自由生长存在极限浓度Kx,而在细胞浓度为Kx/2处获得最大细胞增长率.当发酵液中乙醇浓度低于KP[1-β/(αμmax)]时,在细胞浓度为Kx[1-β/(αμmax)]/2处获得最大乙醇发产率.而高于此乙醇浓度时,乙醇产率随细胞浓度单调增加.在发酵动力学方程的基础上,可根据发酵目标对发酵条件进行优化.     

基于二次发酵酵母活力确定乙醇分批补料发酵最佳补料时间

研究了二次发酵酵母活力以确定最佳补料时间,旨在为甘蔗糖蜜补料发酵提供研究基础。通过不同糖质量浓度乙醇分批发酵试验选择乙醇分批补料发酵最佳初糖质量浓度;然后将主发酵(初总糖220 g/L)不同时间点(0、6、12、18、24、30、36 h)取样酵母以相同细胞数接入二次发酵液中,通过分析二次发酵酵母的细胞活性、耗糖能力和乙醇生成能力,得到主发酵酵母活力最强的时间点;最后进行乙醇分批补料发酵验证试验。结果表明:二次发酵酵母活力强弱反映了所对应的主发酵取样时间点酵母活力,在二次发酵酵母发酵活力最强所对应的主发酵时间点(24 h)补料,主发酵效果最好;乙醇质量浓度为(136.62±1.10) g/L、乙醇产率为(2.53±0.02) g/(L·h)和总糖发酵效率为83.34%,说明二次发酵酵母活力可以作为确定乙醇发酵分批补料时间的指标。     

利用硅橡胶膜生物反应器适应性进化培育耐持久力酵母菌株

酵母是影响乙醇发酵的关键因素之一。本实验设计了一种通过适应性进化改进酵母菌株性能的方法:将工业酵母菌株接种到硅橡胶膜生物反应器中进行长期封闭循环连续发酵,通过递进转移的方式进行适应性培养并筛选出优势酵母菌株。硅橡胶膜渗透汽化同步分离乙醇使发酵过程长期连续运行,发酵代谢产物中多种非透过性物质连续累积,发酵液不断恶化的环境为酵母适应性进化提供了选择压力。通过实验发现,从每轮500 h连续发酵终止时分离繁衍约200代的菌株,在残液培养基中具有更高的生长速率和乙醇产率,表现出明显的适应性进化特征。研究表明,采用这种方法选育的酵母菌株,延长封闭循环发酵的时间并维持较高的乙醇得率是可行的,对推进封闭循环乙醇发酵生产工艺的发展有利。     

固定化酵母-膜生物反应器连续发酵生产乙醇的研究

对固定化酿酒活性干酵母-硅橡胶膜生物反应器连续发酵生产乙醇进行了实验研究。对固定化酵母和游离酵母的发酵能力进行了比较,实验研究了系统在长期运行过程中的发酵反应动力学参数和膜传质动力学参数等基本性能。结果表明,酵母细胞固定化后,其发酵速度有明显提高;膜渗透汽化分离产物乙醇使发酵反应能够长时间连续稳定地进行,葡萄糖消耗率和乙醇体积产率都较间歇发酵有明显的提高;在连续运行中,发酵液中葡萄糖浓度控制在20～50g/L的范围内,乙醇体积产率为4.0g/（L·h）,罐内乙醇浓度基本保持在45g/L左右,固定化酵母浓度维持在1.05×10^10～2.15×10^10个/克胶,发酵液中游离酵母浓度维持在0.02×10^10～0.098×10^10个/mL,膜的渗透通量和分离因子分别为300～500g/（m^2·h）和3.6～7.2;实验系统连续运行了294h,收得渗透冷凝液4841.7g,平均质量分数为21.3%。     

定向驯化筛选耐毒酵母

通过向五种驯化培养基中逐渐增加抑制剂,经过23d的连续驯化后,找到一株适用于纤维素水解液发酵生产乙醇的耐毒酵母。耐毒酵母和原始菌株在含有乙酸3.2g/L,糠醛0.8g/L,甲酸0.4g/L的培养基中生长时,耐毒酵母的乙醇产率为0.428g/g,达到理论值的85.6%,而原始菌株产率为0.246g/g,仅达到理论值的52.8%。耐毒酵母经连续传代5次,其产乙醇性能基本保持稳定。与原始菌株相比,耐毒酵母展现了良好的耐毒性状和高效利用葡萄糖发酵产生乙醇的能力。     

细胞固定化与硅橡胶膜渗透汽化分离耦合连续发酵制造乙醇

将硅橡胶膜(PDMS)渗透汽化分离与酵母细胞固定床耦合构成连续发酵系统,进行了乙醇发酵实验.发酵操作连续进行了378.5h,发酵液内的乙醇质量浓度最高达到了70g/L,启动PDMS膜分离后,降低并维持在50g/L左右;实验得到固定化颗粒和发酵液内的最高细胞浓度分别为1.76×1010个/g和9.8×108个/mL;乙醇体积产率3.67g/L·h,为游离连续发酵的2.1倍,葡萄糖消耗速率11.05g/L·h,为游离连续发酵的2.5倍;膜总通量400～690g/Cm2·h,乙醇通量为80～190g/m2·h,分离因子2.5～7.2,下游产品的平均质量浓度191.57g/L.     

混合菌同步糖化共发酵造纸污泥产乙醇

对酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）与重组大肠杆菌K011（Escherichia coli）混合菌同步糖化共发酵造纸污泥产乙醇进行了初步研究。在底物浓度为50g／L时,通过单因素实验和正交实验获得乙醇发酵的最佳条件：纤维素酶添加量25FPU／g底物,接种量为6％,酿酒酵母与重组大肠杆菌K011接种比例为1：1（细胞干重初始浓度分别为1．0g／L和0．3g／L左右）。发酵72h后,乙醇浓度为5．71g／L,产率达到0．114g乙醇／g污泥,达到理论值的42．5％。分别用酿酒酵母、K011单菌种发酵与双菌株组合发酵对比结果表明,混合菌发酵效果明显优于单菌种发酵。     

废糟液全循环对自絮凝酵母乙醇连续发酵的影响

在2个单级悬浮床生物反应器中,以双酶法制备的玉米粉糖化液为底物,进行了废液循环条件下自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵与清液发酵对比实验。对于废液循环实验,每隔5d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。实验结果表明,在稀释速率0.05 h-1,废糟液全循环条件下,装置达到稳定状态后,乙醇、残还原糖、无机磷、无机氮、蛋白和总固型物浓度分别稳定在9.4%(v/v)、26 g/L、11 g/L、3.36 g/L、0.136 g/L和85 g/L左右;乙醇浓度与对照组相差不大,但残还原糖、无机磷及总固形物在废糟液循环使用的初期出现积累,但随运行时间的延长而趋于稳定,说明对酵母生长和乙醇发酵没有产生明显影响。     

运动发酵单胞菌酒精发酵糟液的全回流技术

酒精生产会产生大量的酒糟废液,若不适当处理,将会对环境造成严重的污染。文中将细菌酒精发酵废液经过过滤后,代替拌料用水,循环用于酒精生产。回流发酵进行了8批,酒精产量没有降低,体积分数稳定在7.3％左右。发酵液残糖和最终pH也趋于稳定,分别在1.5g/L和4.0上下波动。相对于酵母酒糟回流技术,细菌酒糟回流技术所需的处理过程更简单。而且在回流中,不需要每次都添加氮源,这样可以减少发酵有害物质的积累,有利于实现酒糟滤液全回流。     

“酒精沼气双发酵耦联工艺”中硫化物对酒精发酵的影响

"酒精沼气双发酵耦联工艺"中硫化物会对酒精发酵产生抑制,不利于工艺的稳定运行。与对照相比,pH 4.0,24 mmol/L的硫化物使酒精发酵时间从48 h延长至318 h,酒精产量由90.73 g/L下降至82.28 g/L,酵母数量由3.78×108/mL下降至2.20×108/mL,甘油产量由6.99 g/L上升至11.02 g/L。甘油产量上升是硫化物存在时酒精产量下降的原因之一。硫化物对酒精发酵的抑制性随添加时间的推迟而减弱,这是因为在酒精发酵过程中,硫化物会以H2S的形式随着CO2一起从发酵液逸出。pH 4.0时,硫化物对酒精发酵的临界抑制浓度为1.2 mmol/L。     

发酵木糖高产乙醇休哈塔假丝酵母突变株的选育

木糖的乙醇发酵是利用木质纤维原料生产乙醇的关键环节。休哈塔假丝酵母是木糖发酵性能较好的天然酵母之一。研究中对Candida shehatae CICC1766进行了紫外诱变和离子注入诱变,力求选育出发酵木糖产乙醇能力强的假丝酵母。先将其进行紫外诱变,得到的突变株S28在木糖添加量为60g/L的条件下乙醇产量为2364g/L,相比原始菌株提高1498%,乙醇得率达到0394g/g(乙醇/木糖)。再对S28进行氮离子注入诱变,得到的突变株SY58乙醇产量为2508g/L,相比S28提高609%,乙醇得率为0418g/g(乙醇/木糖),达到理论得率的908%。进而对SY58菌株进行了5L罐发酵实验,乙醇产量达到2504g/L,得率为0417g/g(乙醇/木糖),同摇瓶发酵结果基本相同,并且发酵时间由原来的72h缩短到52h。     

高浓度甘蔗汁酒精发酵过程的研究

研究高浓度甘蔗汁酒精发酵过程中糖的消耗,酒精生成以及酵母细胞生长的变化.采用液相色谱法测定各种糖的含量、气相色谱法测定酒精的生成量.试验结果表明,发酵12h时葡萄糖消耗速率最大(9.46(g/L)/h),14h时果糖、蔗糖、总糖消耗速率最大,分别为12.61(g/L)/h,12.30 (g/L)/h,20.59 (g/L)/h;发酵16h时酒精生成速率(7.89(g/L)/h)最大,细胞死亡率(22.9％)开始大于出芽率(12.6％),随后细胞活力逐渐下降.试验最终发酵酒精度12.8％vol,残糖22.50g/L,糖利用率90.9％,发酵效率79.69％.     

以木薯渣水解液为碳源固定化发酵产丁酸工艺的研究

利用廉价的非粮原料及采用新型高效的固定化发酵技术对于实现丁酸的工业化发酵生产具有重要意义。文中研究了纤维床生物反应器组成形式对固定化酪丁酸梭菌产丁酸过程的影响,结果表明,采用纤维床生物反应器四柱并联发酵时,丁酸终浓度比单柱发酵提高7.19%,尤其是产率提高了136.7%。以木薯渣水解液为碳源,利用纤维床生物反应器四柱并联进行丁酸批次发酵和补料发酵。批次发酵产丁酸浓度达到25.2 g/L,得率0.46 g/g,采用补料发酵,丁酸终浓度可达61.4 g/L。     

副产物对运动发酵单胞菌酒精发酵的影响

研究了乙酸、乳酸、糠醛作为酒精发酵副产物 ,对细菌酒精发酵的影响。在发酵培养基中 ,当乙酸浓度为 1 5 g/L ,糠醛浓度为 4g/L时 ,细菌酒精产量开始减少。在乳酸浓度为 0～ 2 g/L的范围内 ,没有观察到其对细菌酒精发酵的抑制作用。运用化学渗透假说 ,对酸在细菌酒精发酵中的抑制作用进行了解释 ,同时对糠醛在细菌酒精发酵中的抑制作用进行了理论探讨     

Characterization of membrane bioreactor for dry wine production

Characteristics of yeast growth and ethanol fermentation were examined in membrane bioreactor using a grape juice. After inoculation, batch fermentation was carried out for 24 h. When yeast growth reached the stationary phase, continuous fermentation was initiated. In continuous fermentation, a linear relationship was observed between cell concentration and dilution rate. In single-vessel membrane bioreactor, the cell concentrations of 18.7 g/l and 76.9 g/l (15 and 60 times higher than that of the batch fermentation, respectively) were observed at dilution rates of 0.1 h(-1) and 0.3 h(-1), respectively. The residual sugar concentration was higher than 10 g/l at the dilution rate of 0.1 h(-1), 0.2 h(-1) or 0.3 h(-1), therefore the single-vessel membrane bioreactor was not suitable for producing dry wine (sugar concentration: 4 g/l or less). In the double-vessel membrane bioreactor, it is most suitable to set the recycle ratio at 0.15 for keeping the sugar concentration below 4 g/l. The productivity of dry wine in the double-vessel membrane bioreactor was 28 times higher than that in the batch fermentation.     

玉米秸秆糖化液发酵纤维燃料体系优化研究

研究了嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)P-01发酵玉米秸秆糖化液生产纤维乙醇的体系。在原料酶解时用磷酸缓冲液(pH4.8、0.0667mol/L KH2PO4-Na2HPO4溶液),更适合P-01发酵;玉米秸秆糖化液的发酵培养基配方为:酵母膏0.3g/L,蛋白胨0.5g/L,尿素0.2g/L,(NH4)2HPO40.1g/L,吐温800.25mmol/L,聚乙烯醇25mg/L,L-谷氨酰胺0.625g/L,pH5.0;添加油酸对发酵结果的影响不明显;在发酵至36h补料,乙醇最终体积分数为2.05%,比对照(1.54%)提高了33.17%。