甜高粱渣分批补料酶水解生产高浓度糖

为了提高水解液中糖浓度,降低后续乙醇蒸馏成本,以低温碱处理的甜高粱渣为底物,研究分批补料糖化工艺对高浓度底物酶解的影响,采用扫描电镜(SEM)和红外光谱仪(FT-IR)对底物结构变化进行分析。结果表明:碱预处理可去除大部分的木质素,使纤维素暴露到表面,增加纤维素酶水解的可及性。甜高粱渣酶解的初始底物浓度为9%(w/v),在酶解8、24、48 h后分别补料8%、7%和6%构成四组酶解体系,分批补料水解最高固含量30%,酶用量为9.96 FPU/g底物的体系,酶解120 h后,葡萄糖和木糖浓度分别达到102.52 g/L和29.48 g/L,葡聚糖和木聚糖转化率分别为52.16%和40.45%。     

甘蔗渣高温同步糖化发酵制取燃料乙醇研究

研究添加不同量纤维素酶对甘蔗渣酶解效果的影响,结果表明葡萄糖浓度随加酶量增加而增加,最优的添加量为30FPU/(g原料)。利用克鲁维氏酵母(Kluyveromyces marxianus)NCYC 587,在42℃下进行甘蔗渣高温同步水解糖化发酵实验,发现额外添加β-葡萄糖苷酶能有效提高乙醇的质量浓度,经48h发酵,添加30IU/(g葡聚糖)的β-葡萄糖苷酶可提高乙醇浓度30%。通过分批补料方式提高固体浓度至20%,比较SSF和SHF两种工艺,发现前者经72h可产生36.2g/L乙醇,发酵效率为0.50g/(L·h),后者经120h可获得41.2g/L乙醇,发酵效率为0.34g/(L·h)。     

农作物秸秆同步糖化发酵制燃料乙醇条件研究

用农作物秸秆做原料进行同步糖化发酵制取燃料乙醇,同步糖化发酵的温度不协调以及单批次同步糖化发酵原料用量影响乙醇产量等问题始终制约着工艺的应用。文中进行了主要农作物玉米秸秆和稻草秸秆的3种预处理方式同步糖化发酵和同步糖化发酵工艺过程的补料试验研究。试验结果显示,稀酸预处理稻草粉在液固比为8∶1时,同步糖化发酵效果最好,乙醇含量为11.16 g/L,残糖浓度最低为12.07 g/L;补料方式H下乙醇浓度达到最大值10.09 g/L,此补料方式下添加吐温-80、混合菌种时的乙醇产率变化不明显。     

汽爆玉米秸秆乙醇发酵残留物产甲烷特性研究

为阐明木质纤维素原料乙醇发酵残留物产甲烷的能力,以汽爆玉米秸秆为原料进行高底物浓度同步糖化发酵(SSF)产乙醇,并将乙醇发酵残留物、发酵残留物上清及固体部分分别进行产甲烷潜力实验。研究结果表明,汽爆玉米秸秆同步糖化发酵底物浓度达到30%(w/w),乙醇浓度为48.9g/L。发酵残留物产甲烷潜力为46mL CH_4/g底物,上清部分产甲烷潜力为12mL CH_4/g底物,固体部分产甲烷潜力达到286mL CH_4/g底物,从而证明高底物浓度汽爆玉米秸秆乙醇发酵残留物具有较好的产甲烷潜力。     

稀硫酸-亚硫酸盐法预处理枯死松木的原位纤维素乙醇生产

报道了稀硫酸-亚硫酸盐法预处理软木的纤维素乙醇生产效率。通过采用一株耐受代谢抑制剂的酿酒酵母菌株Y5,对预处理后的固体酶解物及水解液的混合物进行批式及补料批式同步糖化发酵的研究。结果表明:预处理软木混合物中的所有可发酵糖能够在72h内被Y5全部利用,最后的乙醇浓度达到22.2g/L,相应的乙醇发酵产率为0.44g/g。批式与补料批式SSF,除了补料批式发酵24h内的乙醇生产速率高于批式发酵外,并没有其他明显区别。     

热带假丝酵母用未脱毒汽爆玉米秸秆产乙醇研究

为阐明专利菌种Candida tropicalis Y1利用玉米秸秆产乙醇的能力,以未脱毒汽爆玉米秸秆为原料进行分步糖化发酵(SHF)及同步糖化发酵(SSF)产乙醇。研究结果表明,底物浓度为25%(w/v)、纤维素酶15FPU/(g底物)、纤维二糖酶Novozyme 188 20IU/(g底物)、接种量5%(v/v)及不需添加任何外源营养物质,该菌在SHF过程中的乙醇浓度为38.75g/L乙醇,为理论产率的77.9%,在SSF过程中的乙醇浓度为40.53g/L;同时,SSF与SHF相比,SSF可得到更多的木糖醇,且毒性物质乙酸的浓度维持在较低水平。说明该专利菌株不但有较强的耐发酵抑制剂的能力,而且有较好的代谢葡萄糖和木糖分别产乙醇和木糖醇的能力。     

狼尾草高底物同步糖化乙醇发酵全残留物产甲烷特性研究

以汽爆狼尾草的高底物浓度乙醇发酵全残留物为底物,进行甲烷潜力测试(BMP)以及单相全混式连续搅拌反应器(CSTR)厌氧消化实验,以验证乙醇发酵全残留物的产甲烷特性及残留物中各组分在生产清洁能源甲烷时的底物贡献率。经过50 d的BMP实验,甲烷产量最终达到884 mL,相应的甲烷产率为390.6 mL/g VS,其中纤维素和半纤维素在第10天达到产气高峰,累计产气量占全残留物累计产气量的48.2%,小分子酸和酶与酵母在第2天达到产气高峰,其产气量分别占全残留物累计产气量的22.4%和26.4%。随后使用CSTR反应器进行单相厌氧消化,有机负荷从1.5 g VS/(L·d)逐渐提升至3.5 g VS/(L·d),最终获得457.1 L/kg VS的甲烷产率和47.3%的挥发性固体(VS)去除率。结果表明:狼尾草作为一种木质纤维素原料,在获得满足工业蒸馏需求的乙醇浓度后,其发酵全残留物仍可作为良好的底物通过厌氧消化制取甲烷,不仅减少工艺的环境排放负荷,而且可提高原料的利用率。     

四种北方能源草本植物的乙醇甲烷联产潜力研究

乙醇发酵生产过程中,针对蒸汽爆破预处理能源草提出高底物同步糖化发酵策略。当底物浓度为20%(质量分数)时,经批式补料乙醇发酵最终4种能源草本植物的最终乙醇产量分别达到15、13、16、15 g/L。随后的甲烷潜力测试结果表明:汽爆冰草与汽爆披碱草有较好的产甲烷能力,其甲烷产量分别达到562.4 m L和546.7 m L,相对应的甲烷产率为360.05 m L/g VS和382.04 m L/g VS。综合实验结果分析,相比于其他3种能源草本植物,冰草具有较高的全组分利用率及清洁能源产量。     

提高菌株KE6-12对爆破秸秆同步糖化发酵适应性研究

利用可消化戊糖的菌株KE6-12进行发酵,以提高蒸汽爆破预处理玉米秸秆纤维素乙醇产率。通过调节预处理液的pH、发酵温度及采取补料策略提高菌株KE6-12对蒸汽爆破处理玉米秸秆同步糖化发酵的适应性。研究发现,在pH为5.0,温度为35℃条件下,经洗涤的预处理样品发酵96 h后,乙醇转化率可达到76%(相对于原料中葡萄糖含量);未洗涤样品仅为25%,将pH调至5.5,发酵144 h后转化率可提高至68%。采用补料策略B(发酵初加入纤维素酶,并分数批加入预处理后样品),将发酵温度降至30℃,144 h后发酵液中乙醇浓度达到27.6 g/L,转化率达到理论值的78%。通过调整发酵工艺,提高了可消化戊糖菌株的乙醇产率,对工业化应用具有一定的借鉴意义。     

高浓度红薯醪SSF燃料乙醇过程中底物抑制的调节

红薯干经粉碎、液化处理后得到淀粉含量为230g/kg的高浓度红薯醪,利用工业酵母Saccharomyces cereviseATCC 6508同步糖化发酵(SSF)生产燃料乙醇。通过改变糖化酶的添加剂量调节发酵过程中糖化速率,控制醪液中葡萄糖浓度的变化。发酵前期严格控制底物抑制对细胞生长速率的影响,通过较高的细胞浓度保障发酵后期发酵速率,减轻产物抑制对发酵过程的影响。实验发现在0.2、0.4、0.6和0.8g/kg(糖化酶/红薯干粉)糖化酶添加量下,发酵过程中葡萄糖浓度被严格控制在强烈抑制的浓度水平以下(100g/kg),1.0g/kg剂量下醪液中葡萄糖浓度长时间高于100g/kg,底物抑制严重;发酵后期在0.2、0.4和0.6g/kg剂量下,由于糖化酶活性降低,糖化速率成为发酵速率的限制因素。综合分析糖化酶的最佳剂量为0.8g/kg,该剂量下既能严格控制底物抑制水平,同时保持发酵后期较高糖化速率,发酵终点乙醇浓度达118.23g/kg(16.12%,v/v),发酵时间为72h。     

Klebsiella pneumoniae发酵稻草纸浆水解液生产2,3-丁二醇工艺的研究

对Klebsiella pneumoniae发酵稻草纸浆水解液生产2,3-丁二醇的工艺进行了初步的实验研究。考察了温度、时间、底物浓度、pH等不同因素对稻草纸浆酶水解和2,3-丁二醇发酵的影响。结果表明,在纸浆的酶用量为135IU/g、底物浓度为20g/L、50℃、pH4.8的条件下反应20h,还原糖得率最高为68.15%;2,3-丁二醇的最佳发酵条件为pH6.0、葡萄糖初始浓度100g/L、30℃、接种量15%、150r/min、反应72h,2,3-丁二醇的最高转化率为17.92%。     

复合功能嵌合纤维小体空间结构优化及性能研究

该研究成功构建4种杂合纤维小体支架蛋白,并将纤维素酶与其在胞外组装成空间结构不同的嵌合纤维小体,分析了嵌合纤维小体的酶的热稳定性和酶解动力学特征。并基于酿酒酵母EBY100细胞表面展示系统锚定优化前后的支架蛋白以组装嵌合纤维小体进行纤维素同步糖化发酵产乙醇性能分析。结果表明嵌合纤维小体的酶活性在50 ℃下维持相对稳定状态达到120 h。其中ScafI-IV型支架蛋白嵌合纤维小体的V_max=0.147 mg/（mL·min）,K_m=6.085 mg/mL及水解纤维素的还原糖产量均高于其他3种结构嵌合纤维小体。CBP酿酒酵母菌群以磷酸膨胀纤维素为底物进行同步糖化发酵产乙醇,ScafI-IV型结构嵌合纤维小体在96 h时乙醇产量达到1.12 g/L,产量为0.263 g/g,相当于乙醇产率理论值的51.50%。该结果证明通过优化支架蛋白结构可改善嵌合纤维小体的酶解性能,并对于人工设计纤维小体的研究具有一定的理论意义。     

β-葡萄糖苷酶的异源表达及与纤维素酶协同酶解竹纤维

在毕赤酵母GS115中表达东方肉座菌EU7-22的β-葡萄糖苷酶基因（bgl?）,获得基因工程菌株BP17。优化BP17发酵产酶条件后,重组β-葡萄糖苷酶活力达121 IU/mL。酶学性质研究表明,该酶最适反应温度为70℃,在60℃以下有较好的热稳定性;最适催化pH为5.0,在pH 3.0 ~ 8.0之间有较好的稳定性。将异源表达的β-葡萄糖苷酶添加到东方肉座菌的纤维素酶液中协同降解经过预处理的竹纤维,当纤维素酶添加量为FPA 20 IU/g底物,β-葡萄糖苷酶添加量为BG 6 IU/g底物时,纤维二糖浓度显著下降,酶解得率达到83.03%,表明重组β-葡萄糖苷酶的加入更有利于纤维素的酶解糖化。     

乳酸预浸渍对小麦秸秆蒸汽爆破预处理效果的影响

相比未乳酸预浸,小麦秸秆经1.0%乳酸预浸后在较低的汽爆温度下就能有效提高纤维素的酶水解性。绝大部分半纤维素在汽爆预处理过程中转化为单糖,且不会产生更多的发酵抑制物。试验结果表明,小麦秸秆经乳酸预浸后汽爆预处理的最佳温度为190℃,其酶水解可获得最高的葡萄糖产量,为29.4 g/100 g原料;同步糖化发酵结束后的乙醇浓度达到25.3 g/L,产率为15.6 g/100 g原料,相比未乳酸预浸小麦秸秆,均有一定程度提高。     

未脱毒汽爆玉米秸秆高底物浓度的同步糖化和乙醇发酵

为取消蒸汽爆破预处理玉米秸秆水洗脱毒步骤和提高乙醇发酵的乙醇浓度,利用专利菌株酿酒酵母Y5,对蒸汽爆破预处理玉米秸秆不经脱毒处理,直接进行同步糖化和发酵(SSF)。蒸汽爆破玉米秸秆的浓度30%,同步糖化和发酵的时间96 h,100 m L、3000 m L反应器和5L发酵罐的乙醇浓度分别达到50.0、47.8、47.5 g/L。研究结果表明,菌株Y5在纤维素乙醇生产中对简化生产工艺、降低设备投资、减少水消耗、降低生产成本具有重要的应用前景。     

绿色木霉对膨化玉米秸秆糖化效果的研究

以膨化玉米秸秆为原料,利用绿色木霉对膨化玉米秸秆进行糖化处理,研究吐温-80添加量、发酵温度、底物浓度、加酶量、MgSO4添加量对糖化过程的影响。运用二次回归正交组合试验设计,确定出最佳的糖化条件。结果表明,吐温-80添加量为1%(体积分数),温度为36℃,底物浓度为80 g/L,加酶量为每克底物40U,MgSO4添加量为0.4%时,膨化玉米秸秆的糖化效果最佳,糖化率为23.9%。     

固定化细胞木质纤维素稀酸水解液乙醇发酵研究

利用不同菌种的固定化细胞对木质纤维素稀酸水解液进行乙醇发酵,对2#菌进行了以木糖为底物7个批次的驯化培养。利用4#与1#的混合菌及3#菌进行批式发酵以及4#和1#、1#和3#、4#和3#混合菌及3#菌进行补料批式发酵,结果表明,1#和4#及1#和3#混合固定化对木质纤维素稀酸水解液进行补料批式发酵,乙醇产率较为理想,分别为理论产率的79.3%和84.3%。     

玉米秸秆同步糖化发酵产乙醇优化实验研究

以耐高温酿酒酵母为对象,研究高温酿酒酵母利用玉米秸秆为原料同步糖化产氢乙醇的影响因素,采用Plackett-Burman(PB)法对影响乙醇产率的5个因素进行筛选,采用CCD模型及响应面分析对影响因素进行优化设计,确定高温酿酒酵母利用玉米秸秆为原料同步糖化产氢乙醇的最佳工艺条件。研究结果表明:高温酿酒酵母利用玉米秸秆酶解液同步糖化产乙醇过程中接种量、温度、酶浓度和发酵时间4个因素对乙醇产量的影响最为明显,温度和发酵时间的交互作用最为显著。利用优化设计得到的最佳产乙醇工艺为:接种量7.4%、温度34.2℃、初始p H值5.0、酶浓度49.36 U/g。在此条件下,发酵105.12 h后乙醇产率可达59.88%,实验结果与响应面拟合方程的预测值(60.85%)吻合良好。     

木质纤维素稀酸水解液乙醇发酵的新方法

为了降低木质纤维素水解液发酵抑制剂对乙醇发酵的负影响,采用混合菌种对木质纤维素稀酸水解液乙醇发酵方式进行了研究。对批式发酵、补料批式发酵和间隔补料批式发酵3种发酵方式进行了比较。实验结果表明,间隔补料批式发酵可以有效地减弱水解液中抑制因子对菌种的影响,乙醇产量明显高于其他两种发酵方式,利用酿酒酵母(Saccaromyces cerevisiae 2.535)和嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilis ATCC 32728)混合发酵,乙醇产量最终达到14.4g/L,乙醇产率(Yp/s)为0.47g/g,相当于最大理论产率的92.2%。利用酿酒酵母和重组大肠杆菌混合菌种发酵,乙醇产量达到了14.5g/L。对木质纤维素稀酸水解液采用间隔补料批式乙醇发酵方法,可进一步减少抑制剂对乙醇发酵的影响,使发酵顺利进行。     

混合固态发酵降解甘蔗渣产糖产乙醇研究

以碱处理甘蔗渣为原料,比较里氏木霉(Trichoderma reesei CICC40359)和斜卧青霉(Penicillium decumbens LSM-1)单菌和混菌固态发酵及转化乙醇效果,研究发酵过程菌体生长、产酶产糖和乙醇转化情况。结果表明:混菌发酵效果优于单菌,在接种量8%,发酵温度30℃,混菌固态发酵(SSF)72h后总糖和还原糖产量最大值为20.21 g/L和12.47 g/L;β-葡萄糖苷酶活力和菌体生物量在144 h后分别达到0.48 IU/m L和0.21 g/g DM;对发酵3 d后底物(包括生成糖、合成酶及未降解基质)接种酵母进行乙醇同步糖化发酵,乙醇浓度在发酵24 h时达到5.83 g/L,发酵效率达到理论值的40.84%。利用多菌混合固态发酵转化底物产乙醇能避免传统乙醇生产过程高成本纤维素酶的应用,为纤维乙醇生产提供一条经济有效的新途径。