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。     

ORP调控对葡萄糖和果糖混合底物丁醇发酵的影响

采用氧化还原电位(oxidoreduction potential,ORP)调控以模拟菊芋块茎酸解液(葡萄糖和果糖混合糖)为底物进行的丙酮丁醇发酵过程,能够有效控制"酸崩溃"现象的发生。已通过实验确定最佳调控策略为控制整个发酵过程的ORP不低于-460mV。本研究在最佳调控策略下,发酵终点丁醇浓度从3.39g/L提高到11.65g/L,残糖浓度从30.82g/L降低到1.38g/L。对比ORP调控组和对照组发现,ORP调控能够改变发酵过程中细胞内还原力水平,能量状态和代谢流向,因此ORP调控能有效防止"酸崩溃"现象发生,调节菌体生长和溶剂产量。ORP调控策略应用于以葡萄糖和果糖混合糖为底物的丁醇发酵具有操作可行性,是一种简便而有效的工艺优化手段。     

基于果糖与葡萄糖不同混合比例的丙酮丁醇发酵

介绍了以不同底物的丁醇发酵结果,阐述了在以55g/L葡萄糖与果糖（1∶4）混合糖模拟菊芋物料为底物的丁醇发酵过程中存在果糖利用及丁醇产量较低等问题,研究了基于葡萄糖与果糖不同混合比例（1∶2、2∶3、3∶2及3∶1）的丁醇发酵性能。研究结果说明了随着混合比例提高,发酵时间由76h缩短至48h,菌体最大生物量OD620由2.1提高至4.3,而当葡萄糖与果糖混合比例为1∶2时,发酵过程中菌体细胞对果糖代谢能力最佳,且终点残糖浓度仅为2.1g/L,果糖利用效率达到95.03%,丁醇及总溶剂产量分别达到9.7g/L与16.0g/L。     

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]、     

可再生原料发酵生产生物丁醇的研究进展

介绍了生物丁醇制造技术发展现状及产丁醇微生物及其代谢机制,简述了基于可再生原料生物丁醇制造工艺中存在问题及其应对策略,介绍了国内外针对可再生物料发酵生产生物丁醇的最新研究进展,最后展望了生物丁醇的未来发展前景。     

丁醇生物发酵的研究进展

考虑到石油资源的有限性和环境保护问题,生物燃料已经为许多国家高度重视.丁醇是一种新型的生物能源,在替代汽油作为燃料方面具有许多优良特性,对近年来丁醇生物发酵方面的研究进展做了简要介绍.     

氧化还原电位控制下自絮凝酵母高浓度乙醇发酵

控制自絮凝酵母高浓度乙醇发酵过程的氧化还原电位（oxidoreduction potential, ORP）能降低环境胁迫对细胞的影响,提高乙醇生产强度和乙醇收率。实验考察了初始糖浓度为200、250、300 g·L^-1及ORP控制为-100、-150 mV和不控制的乙醇发酵情况。结果表明控制ORP的发酵过程,生物量和细胞存活率均高于不控制的系统,相应的发酵速度得到了提高,但是乙醇对糖的收率存在最优值。在实验设定初始糖浓度最高的300 g·L^-1的发酵过程中,控制ORP为-150 mV时,取得了最大的净乙醇生成量和乙醇对糖的收率。ORP控制改变了絮凝颗粒的粒径分布,运用多元线性拟合,发现ORP对絮凝的影响是正向的。ORP改变了发酵液中生物量及代谢物的浓度而间接影响了细胞的絮凝状况。     

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。     

Zn2+、Ca2+和Mn2+对丙酮丁醇发酵的协同影响

在丙酮丁醇发酵中共同添加0.001g/L ZnSO₄·7H₂O和4.0g/L CaCO₃时,丁醇及总溶剂产量达到14.41g/L和23.69g/L,发酵终点乙酸和丁酸浓度为2.33g/L和1.02g/L。当共同添加0.001g/L ZnSO₄·7H₂O、4.0g/L CaCO₃和0.8g/L MnSO₄·H₂O时,丁醇的比生成速率为0.48g/(g·h),相对于共同添加Zn²⁺和Ca²⁺条件下的丁醇比生成速率0.23g/(g·h)提高了108.69%,而发酵终点乙酸和丁酸浓度分别为1.99g/L和0.54g/L,同比分别降低了14.59%和47.06%。Zn²⁺、Ca²⁺和Mn²⁺ 3种金属离子对丙酮丁醇发酵具有正向协同调控作用。     

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。     

响应面法优化甘露醇产丁醇的发酵条件

以褐藻的主要成分甘露醇为底物,利用丙酮丁醇梭菌ATCC824发酵生产丁醇。采用Plackett-Burman（P-B）和Box-Behnken优化发酵条件。在Plackett-Burman实验设计时,考察牛肉膏、酵母浸粉、胰蛋白胨、乙酸铵、 KH2PO4、MgSO4?7H2O、FeSO4?7H2O、接种量、发酵温度、初始pH值这10个因素对丁醇产量影响,筛选出影响丁醇发酵的重要参数是发酵温度、初始pH值、乙酸铵浓度,利用Box-Behnken设计确定最优发酵条件为发酵温度37.3 ℃、初始pH值6.38、乙酸铵浓度2.82 g/L。数学模型分析预测最大丁醇产量为8.47 g/L。经实验验证表明,在优化条件下的丁醇产量平均值达到8.52±0.55 g/L。这说明利用统计学方法优化甘露醇的丁醇发酵条件是有效的。     

利用Clostridium saccharobutylicum DSM 13864 连续发酵生产丁醇

为使用廉价糖质原料进行连续发酵生产丁醇提供理论依据和实验指导,以Clostridium saccharobutylicum DSM 13864为发酵菌种,考察了稀释率和温度等因素对以葡萄糖为原料的四级连续发酵生产丁醇的影响。结果表明：高稀释率有利于酸的积累和菌体的生长,低稀释率有利于溶剂的生产。当稀释率为0.05 h?1,4个发酵罐温度控制在37 ℃时,总溶剂产量为11.57 g/L,其中丁醇7.29 g/L,生产率为0.145 g/(L?h)。在0.05 h?1稀释率的条件下进行变温连续发酵证实低温有利于溶剂的积累,当一级和二级罐温度控制在37 ℃,三级和四级罐温度控制在33 ℃时总溶剂产量最高为13.69 g/L,其中丁醇为8.36 g/L,生产率为0.171 g/(L?h)。     

Assessment of in situ butanol recovery by vacuum during acetone butanol ethanol (ABE) fermentation

BACKGROUND: Butanol fermentation is product limiting owing to butanol toxicity to microbial cells. Butanol (boiling point: 118 °C) boils at a higher temperature than water (boiling point: 100 °C) and application of vacuum technology to integrated acetone–butanol–ethanol (ABE) fermentation and recovery may have been ignored because of direct comparison of boiling points of water and butanol. This research investigated simultaneous ABE fermentation using Clostridium beijerinckii 8052 and in situ butanol recovery by vacuum. To facilitate ABE mass transfer and recovery at fermentation temperature, batch fermentation was conducted in triplicate at 35 °C in a 14 L bioreactor connected in series with a condensation system and vacuum pump. RESULTS: Concentration of ABE in the recovered stream was greater than that in the fermentation broth (from 15.7 g L^?1 up to 33 g L^?1). Integration of the vacuum with the bioreactor resulted in enhanced ABE productivity by 100% and complete utilization of glucose as opposed to a significant amount of residual glucose in the control batch fermentation. CONCLUSION: This research demonstrated that vacuum fermentation technology can be used for in situ butanol recovery during ABE fermentation and that C. beijerinckii 8052 can tolerate vacuum conditions, with no negative effect on cell growth and ABE production. Copyright © 2011 Society of Chemical Industry     

Comparisons of existing pretreatment,saccharification, and fermentation processes for butanol production from agricultural residues

Some of the most recent, relevant, industrial and academic contributions made in the field of butanol production are reviewed here. The focus on butanol is due to the growing demand for non‐fossil biofuels. In addition, butanol can be mixed with fossil fuels or can be used alone, allowing an alternative to gasoline. Butanol can be synthesised biologically using sugars extracted from biomass such as agricultural waste. This agricultural waste must be pretreated before it is suitable for sugar extraction. Following this stage, enzymatic hydrolysis is employed, before performing fermentation using microorganisms. This article summarises some of the economical methods such as simultaneous saccharification and fermentation (SSF). Different pretreatment and saccharification processes were compared. Acid pretreatment and saccharification achieved the highest sugar concentrations from wheat straw. Monoethanolamine pretreatment achieved highest sugars from hardwood. Comparisons and analysis of different types of fermentation processes illustrated that immobilised reactor provided the best butanol rate of production. Integration of fermentation with product removal process improved butanol production in immobilised reactor. Gas stripping method was illustrated to be the product removal process. © 2011 Canadian Society for Chemical Engineering