氧化还原电位控制的自絮凝酵母自动重复批次发酵

引言随着石油资源的日益减少和环境污染的逐渐加剧,使用可再生的清洁能源已经是世界各国的共识。在众多形式的非矿物质能源中,基于生物质的燃料乙醇已得到了广泛的应用[1]。但是,由于生产成本较高,各国的燃料乙醇生产大都依靠着政策扶植和税收优惠[2]。因此,看似十分"成熟"的乙醇生产产业,仍然需要进一步开发降低成本的创新技术[3]。近些年来,通过基因工程手段改造菌种[4]、     

电镀废水处理中的氧化还原电位控制

介绍了氧化还原电位控制原理,从理论和实际应用的角度揭示了影响氧化还原电位的因素。针对工程应用中遇到的氧化还原电位控制点确定等问题,提出了参考方法。     

高浓度乙醇发酵技术研究进展

高浓度乙醇发酵技术具有高设备利用率、高乙醇浓度、高细胞密度和高发酵效率等优点,能够有效提高发酵成熟醪乙醇浓度,降低生产成本,提高装置生产能力,是乙醇发酵行业及科研机构的主要研究方向之一.简述了高浓度乙醇发酵技术的原理、特点以及面临的问题,对高浓度乙醇发酵国内外研究进展进行了综述,同时对高浓度乙醇发酵的发展前景进行了展望...     

自絮凝颗粒酵母发酵菊芋汁生产乙醇

分别采用分批和连续发酵方式,对自絮凝颗粒酵母Saccharomyces cerevisiae flo发酵菊芋汁生产乙醇的条件进行了优化. 与先酶解菊芋汁后再用自絮凝酵母发酵的分步糖化发酵相比,分批发酵过程中同时加入菊粉酶和自絮凝酵母的同步糖化发酵乙醇得率高,发酵时间短. 当菊芋汁总糖浓度分别为105和179 g/L时,同步糖化发酵的最高乙醇浓度达50和82.5 g/L,比分步糖化发酵高6.4%和13.8%. 在连续发酵过程中应用同步糖化发酵法,当稀释率为0.02 h-1时,乙醇浓度约为90 g/L时达到稳定状态,乙醇得率达到理论值的90%,生产强度达2.12 g/(L×h).     

气提法弱化超高浓度乙醇发酵过程中自絮凝酵母振荡行为

超高浓度(very high gravity,VHG)连续乙醇发酵过程中的振荡行为会导致发酵终点的乙醇浓度振荡和降低,是VHG连续乙醇发酵面临的主要问题。研究表明,游离酵母Saccharomyces cerevisiae 4126和自絮凝酵母BHL01在VHG连续乙醇发酵过程中,生物量、残糖、乙醇、甘油等发酵参数都呈现130～145 h的周期性振荡,且絮凝酵母发酵体系的平均乙醇浓度和乙醇生产强度都明显高于游离酵母体系。在絮凝酵母VHG连续乙醇发酵过程中利用发酵尾气气提分离乙醇,酵母细胞振荡行为被明显弱化,达到拟稳态状态,并且使发酵液中的残糖浓度控制在0.1 g·L^-1以下,平均乙醇浓度为110.87 g·L^-1,乙醇产率达到2.99 g·L^-1·h^-1。因此,本研究为弱化VHG连续乙醇发酵中的参数振荡行为提供了新的技术手段。     

超高浓度(VHG)乙醇发酵研究进展

简要介绍了超高浓度乙醇发酵的特点及面临的困难,对VHG乙醇发酵国内外研究进展进行了综述,同时对该领域发展的前景进行了分析和展望。     

氧化还原电位在漂粉精生产中应用

漂粉精生产有三个连续过料的氯化反应釜，反应釜的氧化还原电位（ＲＸ值）是氧化反应的关键参数，分析了工艺要求的ＲＸ值范围及控制方案，应用效果良好。     

关联氧化还原电位的丁二酸发酵过程动力学模型

氧化还原电位的调控对丁二酸发酵过程影响较大,而现有的丁二酸发酵过程动力学模型均未包含此重要参量。本研究首先进行五种氧化还原电位水平下的模型参数寻优,比较了Nelder-Mead算法与自适应遗传算法,采用后者进行参数优化。分析了氧化还原电位与动力学模型参数之间的函数关系,得到关联氧化还原电位的动力学模型。采用另外两种氧化还原电位水平下的实验数据进行模型验证,结果表明该模型具有较好的可靠性。     

氧化还原电位调控混合糖为底物的丁醇发酵

控制丁醇发酵过程中的氧化还原电位(oxidoreduction potential,ORP)能够大幅提高丁醇产量和果糖利用率,并降低终点有机酸浓度。实验考察了以葡萄糖和果糖混合糖为底物,通过泵入无菌空气控制ORP分别不低于-490、-460、-430及-400 mV丁醇发酵情况。其中,控制ORP不低于-460 mV时,丁醇和总溶剂产量分别达到13.19 g·L-1及19.71 g·L-1,相对于不控制ORP的丁醇自然发酵分别提高了139.38%及117.07%,残糖浓度降低至3.20 g·L-1,糖利用率高达94.18%。该调控策略有效地解决了以葡萄糖和果糖混合糖为底物的丁醇发酵过程中存在的残糖浓度高、丁醇产量低的问题。     

酸度、氧化还原电位和水力停留时间对葡萄糖厌氧混发酵的影响

以两种厌氧絮状污泥和一种绵羊中的胃液为种子,在恒化器中对葡萄糖进行了连续混合厌氧发酵。在pH=6-7,Eh=-400mV条件下降解速率最快。乳酸和乙酸在大多数实验中总为主要产物。酸度和水力停留时间对发酵的影响主要通过影响厌氧菌优势种群和同一种群的代谢途径实现。     

絮凝酿酒酵母的构建及其发酵特性

把S.cerevisiae W303-1A的絮凝基因FLO[STBX]1[ST]〖HT5”〗和G418抗性基因kanMX接入质粒pYX[STBX]212[ST]〖HT5”〗,构建重组质粒pYX-FLO-kan并转化S.cerevisiae ZWA46,得到了较强絮凝能力且传代稳定的重组菌ZWA46-F2。考察其絮凝能力及发酵特性,实验结果表明：该重组菌在生长稳定期前期启动絮凝,与葡萄糖的耗竭非耦联;在初始pH 2.5～6.0范围内絮凝值无明显改变;乙醇产量最高达到8.6% (体积),乙醇对葡萄糖的转化率达到其理论转化率的89.8%。重组菌ZWA46-F2良好的絮凝性能有利于从发酵液中分离细胞和细胞回用,在燃料乙醇工业生产中有一定的应用价值。     

乙醇连续发酵过程中自絮凝酵母颗粒粒径分布的模拟

以酿酒酵母和粟酒裂殖酵母的融合株——自絮凝颗粒酵母SPSC01为研究对象,选择搅拌式反应器为模式系统,利用聚焦光束反射测量仪（FBRM）在线检测了絮凝酵母颗粒的弦长频率分布.研究表明,在含有絮凝缓冲液的模拟系统中,自絮凝酵母颗粒粒径分布符合对数正态分布.粒径分布的特征参数（M）与搅拌转速（r）之间的关系可用对数方程表示,从而简化了絮凝酵母颗粒粒径分布的定量表征.在真实的乙醇连续发酵过程中,细胞代谢生成的CO₂对测量体系产生了干扰,利用建立的自絮凝酵母颗粒粒径分布的在线检测和定量表征方法,在数据处理过程中排除了这种干扰,得到了自絮凝酵母SPSC01絮凝颗粒的粒径分布.     

Application of full permeate recycling to very high gravity ethanol fermentation from corn

A ceramic membrane with pore size of 0.2 μm was used to percolate grain stillage of very high gravity (VHG) ethanol fermentation from corn, and the micro-filtration permeate was completely recycled for the cooking step in the next fermentation process. The concentrations of solids, sugars, total nitrogen and Na⁺ in the grain stillage and permeate reached a relative steady state after two or three batches of filtration and recycling process. There are no negative effects of by-products on VHG ethanol fermentation, and the final ethanol yield was above 15% (v/v). The conditions of filtration were examined to determine the optimum conditions for the process and included an initial flux of clean water above 550 L·m⁻²·h⁻¹ (0.1 MPa), an operating differential pressure of 0.15 MPa, an operating temperature above 70 °C, and a permeation flux greater than 136 L·m⁻²·h⁻¹. It could be concluded that full permeate recycling during ethanol production was an efficient process that resulted in less pollution and less energy consumption. Zhongyang Ding and Liang Zhang made equal contribution to this research.     

ORP调控对马克斯克鲁维酵母发酵纤维素水解液的影响

采用通气的方式进行氧化还原电位（oxidation-reduction potential,ORP）调控,研究在添加抑制物条件下Kluyveromyces marxianus 1727-5利用葡萄糖、木糖以及两者混合体系的发酵性能,在此基础上考察了ORP调控策略对玉米秸秆水解液发酵的影响。研究结果表明：在调控ORP策略下,多种混合抑制物对酵母生长代谢造成的损害得以有效改善,细胞活性高,木糖、葡萄糖代谢速率加快。葡萄糖与木糖共发酵时,ORP调控至-150 mV时,葡萄糖发酵时间缩短近30%,木糖醇浓度由3 g·L^-1增加到10 g·L^-1。ORP调控策略也同样能有效缓解玉米秸秆水解液中较高浓度的多种抑制物对酵母细胞的胁迫,ORP为-100 mV时,相比于对照组,在保持终点乙醇不变的情况下,葡萄糖的发酵时间缩短了22%;木糖消耗由4.88 g·L^-1增至10.27 g·L^-1,木糖醇得率也由0.20 g·g^-1提高至0.48 g·g^-1。     

Production of L‐lactic acid with very high gravity distillery wastewater from ethanol fermentation by a newly isolated Enterococcus hawaiiensis

BACKGROUND: A great amount of wastewater with high contents of chemical oxygen demand (COD) are produced by ethanol production. It would be useful to utilize distillery wastewater to produce L‐lactic acid, which could be a high additional value byproduct of ethanol production. The fermentation process of L‐lactic acid production by a newly isolated Enterococcus hawaiiensis CICIM‐CU B0114 is reported for the first time. RESULTS: The strain produced 56 g L^?1 of L‐lactic acid after cultivation for 48 h in optimized medium consisting of (g L^?1) 80 glucose, 10 peptone, 10 yeast extract, 1.5 Na₂HPO₄ and 0.2 MgSO₄. E. hawaiiensis CICIM‐CU B0114 was isolated and purified by subculture for growing and producing L‐lactic acid in distillery wastewater of very high gravity (VHG) from ethanol fermentation. L‐lactic acid fermentation was further studied with distillery wastewater substrate in 7 L and 15 L fermentors. The results showed that L‐lactic acid concentrations of 52 g L^?1 and 68 g L^?1 was achieved in 7 L and 15 L fermentors with the initial sugar concentrations of 67 g L^?1 and 87 g L^?1, respectively. CONCLUSION: The production of L‐lactic acid by the newly isolated E. hawaiiensis CICIM‐CU B0114 was carried out and the fermentation medium was optimized by orthogonal experimental design. This new strain holds the promise of L‐lactic acid production utilizing distillery wastewater from VHG ethanol fermentation. Copyright © 2010 Society of Chemical Industry     

氮源影响酵母耐受超高浓度乙醇发酵胁迫条件

为考察蛋白胨和酵母浸出膏对酵母耐受超高浓度乙醇发酵胁迫条件的影响,以300g/L起始浓度葡萄糖开展实验。结果表明,与对照组(3g/L蛋白胨+5g/L酵母浸出膏作为氮源)相比,单独提高发酵培养基蛋白胨至6g/L或酵母浸出膏至12g/L,均可明显促进菌体生长和葡萄糖利用,终点乙醇体积分数由对照组的13.1%分别提高至14.4%和14.7%。研究表明,在发酵过程中,生长于提高蛋白胨浓度或酵母浸出膏浓度培养基的菌体,其质膜ATP酶活力和胞内海藻糖积累量明显高于对照组,而且发酵参数(如菌体生长、葡萄糖利用和终点乙醇体积分数)的提高与酶活力和海藻糖含量的增加密切相关,提示质膜ATP酶和胞内海藻糖在酵母耐受超高浓度乙醇发酵胁迫条件中的作用。     

ORP对酿酒酵母在木质纤维素水解液抑制物中发酵的影响

木质纤维素水解液中的毒性副产物对酿酒细胞具有抑制作用,采用氧化还原电位(oxidoreduction potential, ORP)调控,能够提高细胞对抑制物的耐受性。考察了代表性抑制物乙酸、糠醛及苯酚对酵母细胞生长和代谢的影响,并通过添加氧化剂赤血盐(K₃[Fe(CN)₆])和还原剂二硫苏糖醇(DTT)调节发酵液ORP初始值在(305±5)mV、(157±8)mV及(-150±5)mV,研究不同ORP条件下细胞对抑制物的耐受性影响。结果表明,氧化态能提高生物量并缩短发酵时间。除苯酚外,氧化态也利于提高乙醇的收率。对细胞保护剂甘油合成的方面,氧化态和还原态都会促进甘油合成。在水解液脱毒方面,氧化态表现比还原态要好,因为氧化态促进生物量积累,有利于通过细胞自身代谢脱毒。     

稻谷生料发酵生产乙醇研究

提出在南方应以稻谷为原料进行燃料乙醇的开发。并对稻谷生料发酵进行了详细的实验研究,获得的最佳工艺条件为糖化酶200 U/g,果胶酶5 U/g,纤维素酶10 U/g,酸性蛋白酶10 U/g,加水比1.8∶1。发现植酸酶对稻谷生料发酵有促进作用。通过对发酵过程的分析,发现残余还原糖一直处于低水平,表明生料发酵工艺具有自身避免染菌的优势。实验表明,稻谷生料发酵工艺简单,原料利用率和醪液酒精体积分数均超过传统工艺。