硅橡胶膜生物反应器封闭循环连续发酵制造乙醇放大实验及该发酵系统的基本性能

设计构建了发酵罐体积为5 L,单张膜有效面积为0.08 m2的平板硅橡胶膜生物反应器封闭循环连续发酵系统,实验研究了该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.当发酵罐中乙醇浓度在30～60 g·L-1时,得质量浓度为17% ～28%的冷凝渗透液.在连续运行中,细胞浓度维持在10～24.8 g·L-1,料液罐中葡萄糖浓度大约为30～50 g·L-1,乙醇的体积产率为2.33～3.99 g·L-1·h-1,膜的渗透通量和分离因子分别为800～1050 g·m-2·h-1和5.1～8.6. 在连续269 h运行中,得到乙醇1999 g,基质转化率为87.2%,碳回收率为89.5%,产生的废液量大约为传统间歇发酵过程的22.2%左右.     

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。     

同时进行发酵和分离的CO2气提、活性炭吸附乙醇发酵动力学研究（三）固定化

研究了应用固定化酵母同时进行发酵和分离的CO2气提的乙醇间歇发酵和连续发酵。从实验结果发现，无论是间歇还是连续操作，无论是改变稀释率还是改变进口底物浓度，在实验范围内，发酵速率都基本上保持常数，即，固定化酵母发酵时，发醇液中少量游离酵母的影响可以忽略，固定化酵母密度在发酵过程中不会发生很大变化。由此而导出的简化模型可以满意地关联稳态操作时的实验数据，并进而推算动态响应曲线。     

乙醇连续发酵-渗透汽化耦合系统发酵动力学研究

利用自制硅橡胶平板复合膜构造乙醇连续发酵-渗透汽化耦合系统,研究了系统长期运行中发酵反应动力学问题,并分析了连续发酵过程中细胞比生长率的变化。系统稳定运行了269h。由于渗透汽化的进行,发酵液中乙醇浓度控制在35—45g·L-1,酿酒酵母浓度维持在20—25g·L-1,在发酵与渗透汽化耦合阶段,乙醇产率达到3.4g·h-1L-1,是间歇发酵时的4.5倍。乙醇得率系数为0.46,乙醇的转化率达到91%。膜下游冷凝收集液的浓度可达28.2—16.5%(wt),总渗透通量达到1226—707g·m-2h-1,乙醇渗透通量为293—117g·m-2h-1,分离因子为8.5—4.9。     

改性无纺布-壳聚糖固定化酵母生产燃料乙醇

采用含酵母的壳聚糖溶液经木质素磺酸钠交联的方法包埋固定化在环氧氯丙烷改性的聚丙烯无纺布上.以甘蔗废糖蜜为原料,研究固定化酵母的发酵及增殖机理发现,酵母包埋量达3.7×109/mL,在批式发酵中,初始糖质量浓度167g/L、填充率12%、pH 4.0、温度34℃时,发酵成熟醪酒精质量浓度达78.2 g/L、残糖质量浓度12.8 g/L、发酵周期缩短至10.5 h.连续流动发酵实验中,材料使用40 d没有破损,乙醇发酵过程彻底,速率快,残糖水平低,原料利用率和发酵醪乙醇浓度均超过传统工艺.     

糠醛渣纤维乙醇同步糖化发酵过程研究

以过碱化处理的糠醛渣为原料,采用正交试验法进行同步糖化发酵(SSF)转化乙醇工艺条件及过程研究.通过考察反应温度、pH、纤维素酶用量和表面活性剂浓度来优化同步糖化发酵转化工艺条件.在正交优化条件基础上,进行了5 L发酵罐试验,并同步分析表征了发酵过程中还原糖浓度、乙醇浓度、酵母细胞数、纤维素含量及其结构变化.同步糖化发酵转化糠醛渣生成乙醇的优化条件为:反应温度38℃,pH 4.2,纤维素酶用量20 FPU/(g纤维素),吐温-20质量分数0.15%,酵母接种量10%.发酵罐中同步糖化发酵糠醛渣生成乙醇的转化率达到72.33%,过程分析表明反应时间为27 h时,糠醛渣糖化发酵产乙醇的转化率达到最高,比其他纤维原料的反应转化时间大大缩短.同步糖化发酵过程中,糠醛渣纤维素含量逐步降低,纤维索表观结晶度呈下降趋势,纤维素微晶尺寸减小.     

连续发酵生产乙醇的过程模拟与优化研究

对发酵过程进行模拟优化是降低乙醇生产成本、促进乙醇工业化生产的有效途径。考虑到乙醇发酵过程中存在的各种竞争性抑制作用,结合连续生产的全混釜模型方程,利用AspenPlus软件编写并建立了用户模型,实现了玉米清液连续发酵制乙醇过程的全流程模拟,模拟结果与工厂生产所测数据一致。同时对发酵过程进行了分析,优化了生产条件。计算结果表明,发酵罐中糖液的进料情况对结果影响较大,预发酵以及酵母回流是为了维持系统内合适的菌体浓度,需要根据实际情况调整;为了避免系统染菌,发酵过程宜采取带压操作,压力0.12~0.14MPa为佳;工厂实际生产工艺中,前3个发酵罐的热负荷较大,需要重点采取散热措施。对发酵系统进行热量优化有利于生产发酵罐的温度控制,提高产品质量。     

Co^60诱变管囊酵母发酵木糖产乙醇的研究

通过Co^60诱变使管囊酵母利用木糖发生突变。经在纯木糖培养基上的筛选,分离得到有较高木糖利用效率和乙醇发酵效率的诱变菌株800—3,考察了发酵条件对其产乙醇的影响。结果证明,溶氧量和培养基组分对于乙醇的产率有重要影响,在转速100r／min,100mL三角烧瓶中装液20mL,酵母浸膏浓度1g／L条件下,发酵液中的乙醇质量浓度只有5．86g／L,而木糖醇质量浓度可以达到12．95g／L,乙醇产率与前人的研究结果相比还有较大差距。     

Co60诱变管囊酵母发酵木糖产乙醇的研究

通过Co⁶⁰诱变使管囊酵母利用木糖发生突变。经在纯木糖培养基上的筛选,分离得到有较高木糖利用效率和乙醇发酵效率的诱变菌株800-3,考察了发酵条件对其产乙醇的影响。结果证明,溶氧量和培养基组分对于乙醇的产率有重要影响,在转速100 r/min,100 mL三角烧瓶中装液20 mL,酵母浸膏浓度1 g/L条件下,发酵液中的乙醇质量浓度只有5.86 g/L,而木糖醇质量浓度可以达到12.95 g/L,乙醇产率与前人的研究结果相比还有较大差距。     

诱变管囊酵母发酵木糖产乙醇的研究

通过Co⁶⁰诱变使管囊酵母利用木糖发生突变。经在纯木糖培养基上的筛选,分离得到有较高木糖利用效率和乙醇发酵效率的诱变菌株800-3,考察了发酵条件对其产乙醇的影响。结果证明,溶氧量和培养基组分对于乙醇的产率有重要影响,在转速100 r/min,100 mL三角烧瓶中装液20 mL,酵母浸膏浓度1 g/L条件下,发酵液中的乙醇质量浓度只有5.86 g/L,而木糖醇质量浓度可以达到12.95 g/L,乙醇产率与前人的研究结果相比还有较大差距。     

拟薄水铝石-海藻酸铝固定化酵母生产乙醇

在原位合成拟薄水铝石中加入酵母和海藻酸钠,搅拌并冷冻后制备固定化酵母,以甘蔗废糖蜜生产乙醇。通过复合材料固定化酵母增殖机理发现,固定化酵母数达4.1×109个/mL,批式发酵中14h消耗了90.5%的总糖;40d连续流动中,稀释率为0.100h-1时,最大载体乙醇产率为52.0g/(L.h)。SEM表征表明,该固定化酵母细胞密度高,孔道结构丰富,利于细胞的繁殖生长和物质传送。乙醇发酵过程彻底,速率快,残糖水平低,原料利用率和发酵醪乙醇质量浓度均超过传统工艺。     

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。     

锌离子提高絮凝酵母高浓度乙酸胁迫耐受性的研究

研究了锌离子对絮凝酵母SPSC01乙酸胁迫条件下乙醇发酵的影响,结果表明,添加适当浓度的锌离子可以缓解乙酸对自絮凝酵母生长的抑制,进而缩短其发酵周期;其中添加0.03 g?L-1锌离子对乙酸胁迫下细胞活性的保护作用最明显,可使15 g?L-1乙酸存在时发酵周期缩短近30 h,最终生物量得率提高 27.8%,乙醇产率提高66.7%。同时锌离子还可以使乙酸抑制条件下,发酵液中副产物乳酸和丙酸的含量降低。     

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。     

冰糖橙皮渣发酵产燃料乙醇的工艺优化

采用纤维素酶、果胶酶和β-葡萄糖苷酶对冰糖橙皮渣进行水解,所得还原糖液接种异常毕赤酵母进行发酵,考察了酵母接种量、发酵时间、pH和发酵温度等单因素对乙醇得率的影响。单因素结果表明:接种量为12%、发酵时间72 h、pH 4.5、发酵温度33℃时乙醇得率最高。在此基础上设计L9(34)正交实验。结果表明,最佳工艺条件为pH 4.5,接种量12%,发酵时间72 h,发酵温度30℃。在此条件下乙醇产率为0.2451 g/g,显著高于单因素实验(0.2263 g/g)和正交实验结果(0.2329 g/g)。     

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——(三)固定化细胞发酵

研究了应用固定化酵母同时进行发酵和分离的 CO_2气提的乙醇间歇发酵和连续发酵。从实验结果发现,无论是间歇还是连续操作,无论是改变稀释率还是改变进口底物浓度,在实验范围内,发酵速率都基本上保持常数,即,固定化酵母发酵时,发酵液中少量游离酵母的影响可以忽略,固定化酵母密度在发酵过程中不会发生很大变化。由此而导出的简化模型可以满意地关联稳态操作时的实验数据,并进而推算动态响应曲线。     

纤维素乙醇发酵技术的研究进展

木质纤维素乙醇是保证能源与资源安全的非常有前景的一种产业,发酵技术是木质纤维素乙醇生产工艺的核心,发酵工艺技术的优劣对于木质纤维素乙醇生产的成本与乙醇产率具有重要的影响,决定发酵技术优劣的因素不仅有发酵和糖化的工艺策略,还包括可糖化水解纤维素和半纤维素的微生物。文章对木质纤维素乙醇的发酵技术进行了总结与讨论,主要包括相关的微生物、发酵工艺、水解和发酵策略等方面,对各个不同技术及工艺的定义,优缺点以及发展前景进行了概述。     

氢氧化钠预处理泥炭酶解发酵产乙醇实验研究

通过发酵实验研究草本泥炭产乙醇的影响因素，为探索泥炭的乙醇化利用途径奠定基础。首先用碱溶液对粉粹后的草本泥炭预处理，然后纤维素酶酶解，将酶解液控制在不同发酵条件下开始厌氧发酵，研究时间、pH、温度和酵母加入量4个因素对实验的影响，最后通过正交试验选择草本泥炭发酵产乙醇的最佳工艺条件。结果表明：草本泥炭可以通过酶解发酵产生乙醇；酵母加入量对草本泥炭发酵产CH₃CH₂OH的影响最大；在发酵时间48 h、发酵温度41℃、发酵pH=3.0、酵母加入量0.75%时，酒精度可达到2.67%(体积分数)。     

环流反应器中固定化酵母乙醇连续发酵研究

制备了一种重化固定化酵母颗粒，可有效防止发酵过程中固定化颗粒上浮，用于气升式内环流反应器，可与器内流体形成良好循环。同时在气升式内环流反应器内对固定化酵母乙醇连续发酵过程进行了研究，得到发酵最优控制条件。通过与其它发酵器对比发现，内环流反应器用于固定化酵母乙醇发酵过程，可大大提高乙醇产率。     

半纤维素蒸汽爆破水解物抽提及其发酵生产单细胞蛋白工艺

对蒸汽爆碎麦草中的半纤维素水解物抽提进行了研究，半纤维素水解物抽提液糖浓度达到87．6g／L，水抽提液中90％为木糖．利用半纤维素水解物抽提液，在2L全自动机械搅拌发酵罐中进行重复补料发酵实验，菌体干重达45g／L，生产率为4．4g／（L·h），并在2L全自动发酵罐中进行了高密度发酵－薄膜浓缩－直接喷雾干燥工艺探索．