融合株SPSC发酵生产酒精的工艺研究

融合株ＳＰＳＣ发酵生产酒精的工艺研究靳艳，白凤武，冯朴荪，何秀良微生物学报，１９９６（２）：１１５～１２０使用原生质体融合技术将发酵性能好的但不具备絮凝能力的酿酒酵母变异株和具有自身絮凝能力的粟酒裂殖酵母变异株进行隔合，得到既有良好发酵性能又具有强的...     

酵母细胞连续发酵过程振荡现象的研究进展

振荡现象在连续发酵过程中普遍存在,本文综述了酿酒酵母连续发酵中不同类型振荡现象的研究进展。一类以乙醇连续发酵过程中参数振荡为代表的特殊振荡现象,普遍存在于工业发酵过程,对发酵系统的稳定运行造成不利影响。本文论述了这类振荡现象产生的机理、调控策略的研究进展及其潜在的应用价值。     

CSTR直接使用循环废液进行酒精发酵的研究

模拟现有酒精发酵装置工艺流程,建立了一套多级串联釜反应器系统,以脱胚脱皮玉米粉双酶法制备的糖化液为原料,利用自絮凝酵母SPSC01进行了蒸馏废液直接循环条件下酒精连续发酵的研究.在平均发酵时间为25～30h条件下,发酵终点酒精浓度超过12.5%vol以上,残还原糖和残总糖分别在0.85%和1.25%(w/v)以下,发酵罐的设备生产强度达到3.64 g/L·h.自絮凝颗粒酵母体系不仅可以用于搅拌式反应器,还可以直接使用循环废液进行连续酒精的发酵.     

过表达谷氧还蛋白基因GRX5提高酿酒酵母乙酸耐性

利用可再生的纤维素原料生产燃料乙醇是国内外研究的热点。但纤维素原料一些预处理过程产生的乙酸对酿酒酵母细胞生长和乙醇发酵产生强烈抑制,因此,提高酿酒酵母细胞的乙酸耐受性是提高纤维素乙醇发酵效率的重要手段。本文研究了谷氧还蛋白家族中GRX5p的编码基因的过表达对酿酒酵母在乙酸胁迫条件下细胞生长和发酵性能的影响。结果表明,过表达GRX5的重组菌株在含有5 g·L^-1乙酸的平板中生长优于对照菌株;在含有5 g·L^-1乙酸的培养基中进行乙醇发酵,过表达GRX5的重组菌株可在48 h基本消耗培养基中所有的葡萄糖,发酵周期比对照菌株缩短了12 h。过表达GRX5菌株的乙醇生产强度为0.897 g·L^-1·h^-1,比对照提高了28.5%。代谢物分析结果表明,过表达GRX5的重组菌株可产生更多的保护性物质海藻糖和甘油,有利于增强菌株胁迫耐受性。     

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。     

自絮凝颗粒酵母表观生长动力学

首先利用激光聚焦反射颗粒测量系统在线监测了自絮凝颗粒酵母粒径分布,通过提高发酵罐搅拌速率减小了颗粒粒径,消除了内扩散影响,获得了本征动力学模型。进而基于颗粒内部薄壳物料衡算理论,建立了表观动力学模型,并通过不同底物浓度和自絮凝酵母颗粒粒径分布条件下发酵实验数据拟合,获得了模型的参数。在此基础上,分析了内扩散效应导致颗粒内部可能出现死区的影响,绘制了发酵培养基初始糖和自絮凝颗粒酵母粒径影响的操作图,分析了这一发酵体系的性能。结果表明对于工业生产中普遍采用的多级串联连续乙醇发酵系统,主发酵罐和后发酵罐由于残糖水平差别较大,使颗粒内部因底物枯竭而导致内扩散效应的可能性显著不同：主发酵罐适宜于较大粒径自絮凝颗粒酵母体系,以利于固定化,提高发酵罐中细胞密度和生产强度;而后发酵罐适宜于较小粒径自絮凝颗粒酵母,以减轻底物内扩散影响,保持所需的发酵活性。因此需要综合考虑工程操作和动力学行为,对自絮凝颗粒酵母粒径分布进行优化控制。     

瞬间弹射蒸汽爆破联用化学法预处理玉米秸秆的组分和酶解分析

以瞬间弹射蒸汽爆破(instant catapult steam explosion, ICSE)为基础,联用稀酸法、碱法、氨水法、有机溶剂法以及离子液体法进行预处理,对不同方法采用组分和酶解分析,以探索出一种绿色和高效的预处理方法.ICSE处理后的物料能够显著促进传统的化学预处理过程,其中ICSE与碱法联用预处理的糖收率最高,达到了77.54%,而ICSE与离子液体联用预处理后糖收率比单纯使用离子液体提高了7.78倍,达到了60.04%.选取ICSE与离子液体联用预处理过程作为最优预处理方法,并对其采用傅里叶-红外光谱、X射线晶体衍射和扫描电镜进行表征,经ICSE处理后玉米秸秆变得蓬松且不完整,半纤维素组分减少,促进离子液体对于纤维素的溶解;而与离子液体联用预处理后,物料纤维素和木质素相应官能团吸收峰增强,纤维素结晶构型由纤维素-Ⅰ型转变为纤维素-Ⅱ型,结晶指数降低.     

纤维素乙醇生产重组酿酒酵母菌株的构建与优化研究进展

寻找化石能源的替代品以及开发和利用生物能源已引起国内外研究者的广泛关注。提高酿酒酵母利用来源广泛、贮存丰富的农林废弃物等木质纤维素原料生产燃料乙醇的效率是生物能源的重要研究内容,但是,重组酿酒酵母木糖发酵性能低是限制纤维素乙醇经济性的关键问题。本文总结了酿酒酵母中木糖代谢途径的构建和优化以及木糖转运对木糖利用的影响,分析了重组酵母利用纤维素水解液进行乙醇发酵的研究现状,并对进一步提高重组酿酒酵母纤维素乙醇生产效率的研究趋势进行了展望。目前国内外已经构建了可有效利用木糖产乙醇的重组酵母,但对其木糖代谢机制的研究还尚未深入,限制了重组菌株的定向改造。此外,目前缺少在纤维素生物质水解液发酵实际应用过程中对重组菌株的评价。因此,加强重组酵母菌株对木糖利用相关代谢调控机理的分析,注重多种抑制物对菌株发酵性能的影响,结合真实底物纤维素乙醇发酵过程进行重组菌株的构建和优化,从而进一步提高纤维素乙醇生产的经济性,是未来菌株构建的重要研究方向。     

离子液体预处理油料作物木质纤维素

选取了3种离子液体：氯化1-丁基-3-甲基咪唑([Bmim]Cl)、溴化1-丁基-3-甲基咪唑([Bmim]Br)以及氯化1-辛基-3-甲基咪唑([Omim]Cl),对油料作物木质纤维素部分：花生秸秆、花生壳以及油菜秸秆进行了预处理。对处理前后的物料进行了组分、酶解产糖以及结构分析。原料经酶解后,花生秸秆的产糖率最高(54.31%),且木质素含量最低,表明其更利于生物燃料的生产。3种离子液体中[Bmim]Cl预处理效果最好,产糖率最高可达85.43%(花生秸秆)。采用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)分析,花生秸秆表面最不完整,结构松散,结晶区域少。经离子液体处理后,所有物料均变得疏松多孔,表面粗糙,提高了物料的可及度。在此基础上,分析阴阳离子对于木质纤维素的溶解过程,发现氯离子和[Bmim]⁺对于纤维素的溶解影响最显著。     

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。