五碳糖发酵生产乙醇的菌种研究进展

当前以木质纤维素为原料制备燃料乙醇已成为全球研究热点,发酵五碳糖产乙醇的菌种选育是其关键技术之一。文中综述了微生物发酵五碳糖产乙醇的机理,五碳糖发酵自然微生物的种类及菌种遗传改良的研究进展,并对今后菌种的研究方向进行了简要论述。     

热结合乙醇对芽孢的杀灭效果及内膜通透性的影响

研究了热结合乙醇对芽孢杀灭效果及内膜通透性的影响。采用平板计数法、荧光偏振法、分光光度法和流式细胞术对热结合乙醇处理后枯草杆菌芽孢的存活率、内膜流动性、OD₆₀₀值及内膜通透性进行了研究。结果显示,热结合乙醇能够杀灭芽孢,80 ℃结合体积分数75%乙醇处理后,芽孢存活浓度下降约1个对数值。60、80 ℃结合75%乙醇处理后,芽孢悬浮液的荧光偏振度下降了0.31,表明芽孢内膜流动性大幅增加。80 ℃结合75%乙醇处理后OD₆₀₀值下降程度最大,芽孢内膜通透性发生显著变化,流式细胞术结果显示,阳性区域变化93.69%。研究表明,热结合乙醇处理下,芽孢内膜通透性的改变是芽孢死亡的重要原因之一。     

ZIF-L/PDMS混合基质膜蒸气渗透耦合发酵强化乙醇生产效率的研究

蒸气渗透（VP）膜分离不存在膜污染风险;在生物乙醇生产中具有广阔的应用前景。将聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜和以二维沸石咪唑骨架（ZIF-L）为填充基质制备的PDMS（ZIF-L/PDMS）混合基质膜;分别用于VP膜分离与菊粉水解液发酵制乙醇过程的耦合;分析了二者在耦合过程中的分离性能和发酵性能。探究了不同膜分离方式、不同类型膜及操作条件对膜分离性能的影响。实验结果表明;当料液浓度为5%（质量）、蒸气循环流量为1.5 L·min^-1时;ZIF-L/PDMS混合基质膜的VP性能高于渗透汽化（PV）;归一化总通量达到1148.78 g·m^-2·h^-1;分离因子高达19.14;显著提升了乙醇分离性能。ZIF-L/PDMS混合基质膜用于VP耦合发酵;实现了耦合过程的高渗透性和乙醇选择性;与文献报道相比;乙醇移除效果最优;乙醇产率和时空产率分别达到0.421 g·g^-1、3.07 g·L^-1·h^-1;两个指标明显高于单独发酵;极大地提高了乙醇生产效率。因此;ZIF-L/PDMS混合基质膜在原位分离发酵乙醇方面具有很大的应用潜力。     

含乙醇废水的超临界水氧化反应动力学及反应机理

研究了等温平推流反应器中乙醇的超临界水氧化反应（SCWO）,反应温度475～550 ℃、压力22～30 MPa、停留时间0.6～63.7 s、氧气与乙醇摩尔浓度比4.56～9.09.一氧化碳和二氧化碳分别是反应中间产物和最终产物.随停留时间增大、温度升高,乙醇去除率增大,压力和氧气浓度变化对过程无显著影响.以幂指数方程描述乙醇SCWO动力学,乙醇和氧气的反应级数分别为1和0,计算值和实验值相差基本在10%以内.超临界条件下分别以过氧化氢和氧气为氧化剂时乙醇的氧化反应无明显差别,亚临界条件下过氧化氢氧化速率大于氧气.基于对此现象的分析,作者推测：无论以过氧化氢或氧气作为氧化剂,在超临界水中,它们之间可以通过一系列自由基反应迅速达到平衡,且各物种的平衡分布与初始分布无关,体系的主要氧化过程在平衡分布下进行.     

合成气生物发酵法制乙醇的研究进展

采用合成气生物发酵法制乙醇具有反应条件温和、产物选择性高、原料来源广泛、低碳可持续发展等优势,是一种具有前景的可再生能源新型生产工艺。文章综述了合成气发酵法制乙醇的微生物种类及对应的适宜操作条件,分析了合成气发酵法制乙醇的Wood-Ljungdahl代谢途径;总结了合成气的广泛来源;分析讨论了过程工艺参数如合成气组成及压力、pH、温度、培养基组分、气液传质对合成气发酵的影响;指出合成气发酵法制乙醇面临的底物传质性能差、乙醇收率低等关键问题,比较了典型反应器在传质方面的差异,归纳了传质强化方法;总结了合成气发酵法制乙醇的工业化进展,并提出了未来的发展方向。     

乙醇甲烷联产对提高蒸汽爆破预处理能源草生物转化效率的作用

为实现木质纤维素原料的全纤维素组分的充分利用建立了乙醇发酵统合厌氧消化产甲烷的生物转化策略。研究选取在中国北方地区广泛种植的3种能源草,通过在2种强度系数(SF)下蒸汽爆破预处理后,进行乙醇-甲烷联产实验。结果表明:在乙醇发酵阶段,强度系数为2.46预处理的杂交狼尾草(Pennisetum americanum×P.purpureum)、柳枝稷(Panicum virgatum)和芒草(Miscanthus)的最大乙醇浓度分别为16.4、11.8和11.5 g/kg,对应的纤维素转化率分别为59.6%、58.9%和55.2%。而当强度系数提高到3.79时,最大乙醇浓度分别达到26.9、25.2和22.1 g/kg,纤维素转化率分别为79.8%、72.4%和67.3%。在后续的甲烷化阶段,强度系数为2.46时预处理的能源草发酵残留物有较好的产甲烷能力,分别获得311.5、345.6和313.8 mL/gVS的甲烷产率,这一结果是强度系数为3.79时的1.11、1.26和1.21倍。质量平衡分析结果显示:1 kg能源草(干重)通过乙醇-甲烷联产最高可生产127.3 g乙醇+124.7 g甲烷,全纤维素转化率高达92.8%,证明乙醇-甲烷联产工艺可获取更高的生物转化率,而且对不同预处理条件下的不同能源草都具有通用性和适用性。     

酪蛋白水解物分别与维生素A、维生素C和维生素E协同保护乙醇氧化损伤的肝细胞

酪蛋白水解物可以治疗和修复乙醇氧化损伤的肝细胞。本文的研究目的在于评价维生素A、维生素C和维生素E分别与酪蛋白水解物(Casein Hydrolysate,CH)协同保护乙醇氧化损伤的肝细胞。已有研究表明,酪蛋白水解物对肝细胞HHL-5没有明显的毒性,甚至有着良好的促进增殖的结果。结果表明,300 mmo L/L的乙醇对细胞有着明显的损伤作用;酪蛋白水解物显著提高了乙醇损伤肝细胞HHL-5的细胞存活率。分别在维生素A(0.0344 mg/m L)、维生素C(0.0881 mg/m L)和维生素E(0.1077 mg/m L)的浓度下与酪蛋白水解物协同作用显著提高了乙醇损伤细胞的细胞存活率。通过CCK-8法和培养基内LDH含量的测定,选取最佳CH的协同浓度。通过胞内丙二醛含量的测定和胞内ROS含量的测定进行再次验证。2 mg/m L的酪蛋白水解物单独作用乙醇氧化损伤的细胞有着一定的修复作用,且该浓度下分别与维生素A、维生素C和维生素E协同保护作用显著增强(p0.05)。     

工业碱木素的纯化分级及其氨氧化研究

利用酸析法纯化工业碱木素得到纯化碱木素,然后采用乙醇溶解分级的方法将纯化碱木素分级为不同相对分子质量的3个级分,各级分的质均相对分子质量分别为2194、2294、4237;并利用氧化剂和氨化剂使纯化碱木素及各级分发生氨氧化反应。通过傅里叶变换红外光谱仪、凯氏定氮、元素分析等方法对氨氧化前后的纯化碱木素和各级分的结构变化、氮含量进行了表征,探究不同因素对纯化碱木素氨氧化反应的影响。结果表明,纯化碱木素氨氧化反应的最佳条件为:纯化碱木素用量10%,氨水用量30%,H_2O_2用量20%,反应温度45℃,反应时间1. 5 h。在最佳氨氧化反应条件下,质均相对分子质量低的级分1的氨氧化产物C∶N数值较低,总氮含量较高(可达13. 06%),适宜用作肥料。