不同C源对丙酮丁醇梭菌产丁醇的影响

对丙酮丁醇梭菌在以葡萄糖、木糖、蔗糖、混合糖、玉米芯酸解糖液分别作C源的P2培养基中的产丁醇状况进行研究。结果表明:不同C源对丙酮丁醇梭菌发酵产丁醇有显著的影响;葡萄糖为底物时,丁醇产量最高达到13.50 g/L,总溶剂为19.66 g/L;蔗糖为底物时,丁醇所占比例都在70%以上,丁醇产量可达12 g/L;木糖、混合糖为底物时,丁醇产量在10 g/L左右;只有丙酮丁醇梭菌I4-28能利用玉米芯酸解糖液发酵产丁醇,丁醇产量为7 g/L。     

低共熔溶剂和次氯酸钠组合预处理秸秆及在丁醇发酵中的应用

随着传统化石能源日趋枯竭，木质纤维素生物质等可再生资源的综合利用得到越来越多的关注。为了更好地利用木质纤维素生物质，采用物理、化学或生物方法降低其结构顽抗性是必不可少的步骤。在前期研究中，本文作者所在实验室发现了一种乙胺盐酸盐为氢键受体、乳酸为氢键供体的新型低共熔溶剂（EaCl∶LAC），其对玉米芯有很好的去除半纤维素的作用。本文将EaCl∶LAC用于预处理水稻秸秆，并结合碱性氧化剂NaClO，进一步提高了木质素的去除率。在最优条件下，经EaCl∶LAC/NaClO预处理后水稻秸秆的半纤维素和木质素的去除率分别为94.9％和80.2％。将预处理后水稻稻秆经纤维素酶解可得到总还原糖浓度为60.46g/L的秸秆水解液。采用梭菌Clostridium saccharobutylicum DSM13864利用稻秆水解液进行丁醇发酵，72h后丁醇浓度为10.16g/L，丁醇的糖醇产率为0.22g/g_{total sugar}。本文提供了一种提高木质纤维素生物质酶解效率和水解液还原糖浓度的方法，无需外源添加葡萄糖和脱毒处理，可直接用于发酵合成生物丁醇。     

纤维素水解液中木糖发酵制丁醇

对实验室菌种进行筛选后,得到一株能利用纤维素水解液木糖发酵生产丁醇的菌株。研究发现,该菌株不仅能利用水解液中的葡萄糖,还可以利用水解液中的木糖。对菌种生长特性探索,批式发酵中碳源、氮源以及CaCO3等条件优化后,得到最佳种子培养时间为20～24 h,并确定了木糖浓度为20 g/L的纤维素水解液用于15 L发酵罐实验,在37 ℃静置培养84 h,丁醇产量10.95 g/L,总溶剂16.78 g/L（丙酮、乙醇、丁醇三者之和）,木糖利用率达到70%以上,总溶剂转化率为39.4%。解决了纤维素水解液中木糖不能被利用而造成的经济损失问题。     

里氏木霉Rut-C30产纤维素酶培养基优化及其酶解特性

以廉价的工业纤维素诱导里氏木霉Rut-C30产纤维素酶,并对液体深层发酵培养基进行优化,采用响应面中心组合设计,以滤纸酶活为响应值,考察工业纤维素、麦麸、大豆粉浓度对纤维素酶活的影响. 结果表明,优化后的培养基组成为：工业纤维素35.62 g/L、麦麸19.37 g/L、大豆粉38.49 g/L,该条件下滤纸酶活达9.13 IU/mL,比优化前提高了72.26%,葡萄糖苷酶酶活提高了80.39%. 在121℃下用2% NaOH对玉米秸秆预处理45 min,物料中纤维素含量达64.94%,用该粗酶液酶解后酶解得率为94.68%.     

桦剥管孔菌固态发酵纤维素酶及发酵基质酶解

建立纤维素酶固态发酵与生物预处理相耦合工艺。实验优化固态发酵条件,测定发酵基质结晶度及酶解糖化得率。结果表明3 g稻草粉为基质,0.5%淀粉为碳源,1%蛋白胨为氮源,0.5%芦丁,初始pH值为5,发酵14d,褐腐真菌Piptoporus betulinus产CMC酶活力达到76.46 U/g,滤纸酶活力达到7.75 U/g;酶解糖化阶段减少外源纤维素酶量36.05%;P.betulinus降解固态基质中的无定型纤维素,暴露结晶纤维素,提高发酵基质的酶解糖化得率184%。     

自产气气提与纤维床反应器耦合发酵生产丁醇

采用发酵产物中的二氧化碳(CO2)和氢气(H2)作为循环气提气源,对丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum CGMCC 5234)发酵产物进行原位气提,实现丙酮、丁醇和乙醇混合物(ABE)的连续纤维床固定化发酵生产。连续发酵实验进行了12批次共309 h,总溶剂ABE当量浓度为133.3 g·L-1(其中丁醇83.5 g·L-1,丙酮38.4g·L-1,乙醇11.4 g·L-1),葡萄糖消耗率为1.29 g·(L·h)-1,总溶剂ABE产率为0.431 g·(L·h)-1,转化率为0.333 g·g-1,其中丁醇产率为0.270 g·(L·h)-1,转化率为0.209 g·g-1,发酵液中丁醇浓度控制在8~12 g·L-1,显著优于游离发酵的结果。气提提取之后冷凝的ABE溶液出现分层现象,其中丁醇相丁醇浓度高达603.7 g·L-1,极大地减缓后续分离提纯的负担。结果表明,自产气循环气提与纤维床固定化耦合连续发酵生产ABE(特别是丁醇)的工艺具有可行性和竞争力。     

瘤胃菌与丁醇菌共生发酵麸皮生产丁醇

寻求瘤胃纤维素降解菌群NLH151与丁醇菌zr11共生发酵麸皮生产丁醇的最佳工艺条件。考察了接种方式、共培养温度、pH值等因素对纤维素降解率及丁醇生产能力的影响,得出了2种菌最佳共生培养的发酵条件。共生发酵时,麸皮质量浓度为20 g/L,共培养温度为33℃,pH值为6.0—6.5,瘤胃菌NLH151与丁醇菌zr11的接种量(体积分数)分别控制在15%和8%,瘤胃菌接入24 h后接入丁醇菌,共发酵48 h,总溶剂质量浓度可达到10.33 g/L,其中丁醇为7.8 g/L。该研究为利用农业废弃物进行新能源的开发提供了实验依据。     

玉米芯氨水预处理及酶解工艺研究

为有效提高木质纤维素酶解转化率,文中以玉米芯为研究对象,在常压中温下采用氨水浸泡工艺处理原料,考察了预处理条件对木质素脱除率和纤维素、半纤维素酶解转化率的影响规律。确定了最适预处理条件:氨水质量分数为15%、固液质量体积比为1∶6 g/mL、反应温度为60℃和预处理时间为12 h。该条件下纤维素、半纤维素回收率和木质素脱除率分别为94.5%,86.7%和48.1%;在每g葡聚糖加入30 FPU纤维素酶和60 CBUβ-葡萄糖苷酶条件下,酶解24 h后纤维素和半纤维素酶解转化率分别可达83.0%和81.6%。     

酵母法处理丙酮-丁醇发酵废水研究

从实验室保藏的4株酵母中筛选出1株在丙酮-丁醇发酵废水中生长良好的酵母A,用来降低丙酮-丁醇发酵废水的有机物含量.通过正交实验,确定最佳发酵条件为:pH=5.5,250 mL三角瓶中装液量为40mL.接种量为10%,温度30℃,摇床转速180 r/min,培养48 h.在此条件下COD总去除率可达到86.4%,并可得到干重为6.452g/L的菌体.处理后的废水全回用到丙酮-丁醇发酵,回用一次溶剂产量稳定,这样就可以减少50%的发酵用水量和废水排放量.     

一株产纤维素酶镰刀菌的筛选、鉴定与酶学性质

根据菌株菌落、菌丝体、孢子等形态特征及其生理特性,初步鉴定高产纤维素酶的丝状真菌为尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum),命名为XA-1。考察了不同碳源及氮源、培养温度、初始pH等因素对XA-1产酶的影响,并研究了该菌所产纤维素酶酶学性质及酶解性能。该菌的最适产酶条件为:分别以水葫芦和硫酸铵为碳、氮源,30℃,pH 5.0,培养6 d后,内切葡聚糖酶(CMCase)、β-葡萄糖苷酶(β-Gluase)和滤纸酶活力(FPA)分别达到4 083.2、3 258.8 U/g和773.2 U/g(成熟曲)。CMCase、β-Gluase最适反应温度为45℃,FPA则为55℃;CMCase、β-Gluase和FPA的最适反应pH分别为5.0、4.5和5.0。菌株XA-1纤维素酶酶解香蕉秆或水葫芦32 h后,酶解得率分别达到27.3%和29.8%。菌株XA-1在纤维素酶开发及转化秸秆类纤维素为可发酵糖方面显示出较好的应用前景。     

氧气辅助湿热预处理对玉米秸秆酒精发酵的影响

为了解氧气（O₂）在玉米秸秆湿热预处理中的作用,优化玉米秸秆酒精生产工艺,本文采用三种不同湿热预处理条件处理玉米秸秆,即条件1（195℃,15min）、条件2（195℃,15min,12bar O₂）和条件3（195℃,15min,12bar O₂,2g/L Na₂CO₃）,并利用酿酒酵母对预处理后的玉米秸秆同步糖化发酵酒精工艺（SSF）进行了研究。实验结果表明：经过预处理,玉米秸秆分为固体滤饼与水解液两部分,其中绝大部分纤维素以固体形式保留在滤饼中,而半纤维素和木质素由于不稳定则发生了部分水解或降解。三种预处理条件下纤维素总体收率分别为91.2%、94.6%和95.9%,半纤维素总体收率分别为74.5%、50.3%和68.2%,固体滤饼中木质素质量分数分别为25.2%、17.5%和13.7%,纤维素酶解葡萄糖率分别为64.8%、65.8%和67.6%。表明氧气对纤维素收率影响不大,能够促进半纤维素的溶出。氧气主要与木质素发生反应,尤其与碱性物质碳酸钠（Na₂CO₃）结合,能够促进木质素降解,从而获得了较高的纤维素收率和纤维素酶解葡萄糖率。因此在底物质量分数8%,经过酿酒酵母142h发酵,经条件3处理的玉米秸秆获得的酒精浓度最高,最终酒精浓度达到25.0g/L,并且整个发酵过程没有明显的抑制作用产生。     

重组酵母发酵半纤维素水解液生产酒精的研究

玉米秸秆中的半纤维素主要由五碳糖组成,普通的酿酒酵母不能发酵五碳糖。今利用基因重组酵母Sacchromyces cerevisiae ZU-10发酵玉米秸秆半纤维素水解液生产酒精,针对半纤维素水解液中的主要发酵抑制物,研究了硫酸根离子、乙酸、糠醛对重组酵母生长的影响,发现S.cerevisiae ZU-10细胞对SO42·,乙酸和糠醛的耐受浓度分别为5g·L·1、0.25g·L·1和0.08g·L·1。对玉米秸秆半纤维素的水解工艺进行了比较研究,结果表明,玉米秸秆采用1%H2SO4(固液比1:10),在95℃水解12h,其中的半纤维素水解率达到93%,发酵抑制物相对较少。半纤维素水解液经石灰中和、真空浓缩及离子交换处理后,可用于酒精发酵。半纤维素水解液的糖浓度与浓缩倍数及发酵抑制物浓度成正相关,对于重组酵母S.cerevisiae ZU-10,半纤维素水解液的适宜糖浓度为80g·L·1。在此浓度下,接种量1.2g·L·1(细胞干重计)、30℃、厌氧发酵96h,酒精浓度为31.05g·L·1,水解液中的木糖利用率达到95.85%。该研究结果对于促进半纤维素资源的转化利用,加速秸秆酒精的产业化进程具有重要意义。     

外添少量电子受体强化丙丁梭菌丙酮-丁醇-乙醇发酵的丁醇合成

强化利用丙丁梭菌发酵生产丁醇的主要方法有：添加电子载体强化NADH再生速率、通CO气体抑制氢化酶活性、外添少量丁酸等。但是,上述方法存在着总溶剂产量低、精制成本高、辅料价格昂贵等缺点。本研究通过向丙酮-丁醇-乙醇（ABE）发酵液添加少量电子受体（Na₂SO₄/CaSO₄,2g/L）,使得梭菌胞内的电子穿梭传递系统的电子流和质子流发生改变,较多电子e^-和质子H⁺走向NADH合成途径,有利于丁醇合成;电子受体添加还可以促进对梭菌生存/丁醇合成的“有益”氨基酸、特别是缬氨酸的胞内积累/分泌,进一步强化了丁醇生产。在7L罐规模的发酵条件下、添加2g/L的电子受体Na₂SO₄,ABE发酵的丁醇浓度达到12.96g/L的最高水平,丁醇/丙酮比也有提高,分别比对照组提高35%和10%。添加Na₂SO₄等廉价电子受体提高了ABE发酵中的丁醇浓度,虽然提高幅度有限,但却可为利用发酵工程技术提高丁醇浓度和丁醇/丙酮比提供一种新的途径。     

丙丁梭菌/酿酒酵母混合培养耦联乙酸外添强化丙酮合成─侧重LCA的ABE发酵

提出梭菌/酵母混合培养耦联乙酸外添体系强化丙酮合成的ABE发酵新策略,可以同时强化丁醇特别是丙酮的合成。与对照组相比,外添化学合成乙酸时,丁醇、丙酮质量浓度和丙酮/丁醇质量比分别达到13.91、8.27 g/L和0.59,增幅分别为19.6%、41.1%和18.0%;外添廉价的乙酸发酵上清液时,相应的发酵指标达到14.23、8.55 g/L和0.60,增幅分别为22.4%、46.0%和20.0%,发酵原料成本降低、丙酮发酵生产的可行性提高。结果表明,该发酵策略可刺激有利于梭菌生存和丁醇合成的4种氨基酸的分泌;可以在保证丁醇正常合成的前提下,适度抑制NADH再生、降低细胞能量周转、强化丙酮生物合成,进而显著改善了ABE发酵性能。     

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。     

Comparison of bacterial cellulose production by Gluconacetobacter xylinus on bagasse acid and enzymatic hydrolysates

To fulfill the comprehensive utilization of cellulose and hemicellulose components in bagasse for bacterial cellulose (BC) production, both bagasse acid and enzymatic hydrolysates were used for BC production by Gluconacetobacter xylinus. Although the BC accumulation rate was slower during the early period of fermentation in the bagasse acid hydrolysate than in the enzymatic hydrolysate, the highest BC yield (1.09 vs. 0.42 g/L) was higher in the bagasse acid hydrolysate. The substrate utilization was evaluated in both bagasse acid and enzymatic hydrolysates, and glucose, xylose, and acetic acid were better carbon sources than arabinose and cellobiose for G. xylinus. The structure of the BC samples obtained from bagasse acid and enzymatic hydrolysates, including the microscopic morphology, functional groups, and crystals, was similar especially in the later phase of fermentation, which was analyzed by field emission scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, and X‐ray diffraction. Thus, both bagasse acid and enzymatic hydrolysates could be promising substrates for BC production. © 2017 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2017 , 134, 45066.