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。     

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。     

两株高效代谢木质纤维素稀酸水解物产乙醇的酵母特性及耐毒研究

对实验室筛选出的两株高效代谢木质纤维素稀酸水解液产乙醇的酵母菌Y1(Candida tropicalis)和Y4(Issatchenkiaorientalis)的乙醇发酵特性及耐毒能力进行研究。以未经任何脱毒处理的木质纤维素稀酸水解液为发酵底物进行乙醇发酵(原位脱毒乙醇发酵)。结果表明:Y1和Y4均能在24h内将水解液中所有的葡萄糖消耗完,乙醇产率分别为0.49g/g和0.45g/g,分别达到理论值的96.1%和86.0%。在含有不同浓度梯度的糠醛及5-羟甲基糠醛的模拟水解液中,Y1和Y4能耐受的最高糠醛浓度均为5.0g/L及最高的5-羟甲基糠醛浓度均大于7.0g/L,当两种抑制剂等量混合时,两株菌能耐受的最高浓度为4.0g/L,两株菌均有较好的乙醇发酵及耐毒能力。该研究结果为木质纤维素水解液的原位脱毒发酵生产然料乙醇奠定了基础。     

H2回流对促进CO2减排及甲烷化作用的影响

研究两相厌氧消化系统处理乙醇发酵残留物的过程中,酸化相产生的氢气回流到甲烷相中是否促进CO_2减排及甲烷化过程,提高清洁能源产量以及实现节能减排的目标。实验过程中回收酸化相产生的H_2共10 L,将其回流到甲烷相后,CH_4含量提高9.7%,同时CO_2含量降低7.1%,H_2利用率为94%,整个回流H_2过程并未对反应系统稳定性造成影响,一方面说明通过H_2回流可将酸化相产生的难以分离利用的中间产物转变为底物加以利用,使其转变为CH_4气体,提高清洁能源的产量,另一方面可有效减少厌氧消化过程中CO_2的排放,实现清洁能源生产过程中节能减排的目标。     

提高木糖代谢能力的酿酒酵母Y5-X3的初步构建

为获得能够发酵木糖和葡萄糖的新菌种,文中采用实验室专利菌株Saccharomyces cerevisiae Y5为宿主菌,分别采用热带假丝酵母(Candida tropicalis)和休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)作为木糖代谢关键酶XYL1,XYL2的来源,利用酵母整合载体将XYL1,XYL2基因导入S.cerevisiae Y5基因组,同时超表达S.cerevisiae Y5内源木酮糖激酶基因XKS1,获得了酿酒酵母新菌种S.cerevisiae Y5-X3。结果表明,S.cere-visiae Y5-X3在摇瓶共发酵3%葡萄糖和2%木糖时能够利用木糖产乙醇,木糖消耗量和乙醇产量分别比宿主菌提高102.93%和12.54%,发酵2%木糖时木糖的消耗量是宿主菌的2.7倍。XKS1基因的超表达促进了木糖代谢,大大减少了木糖醇积累,提高了乙醇产量。     

嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus 1622)和重组大肠杆菌(E.coli(pGM-PA))乙醇发酵特性研究

通过对嗜鞣管囊酵母和重组大肠杆菌代谢木糖及混合糖产乙醇研究,阐明两种菌的不同发酵能力.结果表明:重组大肠杆菌在5%木糖培养基中乙醇产率为理论值的100%,在10%木糖的培养基中乙醇产率达到理论值的96%.重组大肠杆菌木糖转化乙醇的能力明显高于嗜鞣管囊酵母,但嗜鞣管囊酵母与重组大肠杆菌相比乙醇耐受度更高(可达8%),且代谢过程中pH降低幅度不大.固定化技术对于提高P. tannophilus 1622乙醇发酵表现作用显著,而对重组大肠杆菌乙醇发酵的产率提高没有明显作用.     

自组装嵌合纤维小体酿酒酵母菌群的乙醇发酵研究

在可共代谢葡萄糖木糖的二倍体酿酒酵母Y6细胞表面,通过组成型强启动子(PGK)控制的a凝集素表面展示系统,构建一个可共代谢纤维素半纤维素的双支架纤维小体。通过免疫荧光、流式细胞术及酶催化活性的测定,证明纤维小体结构能正确组装并以活性形式固定在细胞表面。以纤维素和半纤维素为底物进行乙醇发酵实验,60 h时最大乙醇产量达1.98 g/L,乙醇产率为0.33 g/g,相当于理论值的65%。结果证明,表面展示嵌合纤维小体的酿酒酵母可实现共降解纤维素和半纤维素生产乙醇的目标。     

二株假单胞菌降解生物质气化洗焦废水COD的特性研究

为了使生物质气化中产生的洗焦废水得到循-环使用，首先用木屑、活性炭过滤预处理，滤液用菌种Pseudomonas SP1和Pseudomonas SP2进行进一步好氧降解。结果表明，COD浓度小于1800mg／L，采用两种菌降解颗粒活性炭过滤后的洗焦废水，均达到了理想的降解效果。SP1和SP2的COD去除率分别为73．2％和82．9％，SP2的降解效果明显好于SP1。当SP1和SP2等量混合降解颗粒活性炭过滤后的洗焦废水时，COD去除率达到98．1％。然后用生物膜反应器处理未经过滤预处理的生物质气化洗焦废水，经挂膜和增菌后，反应器可得到稳定和高效的运转，进水浓度1800mg／L，水滞留期保持在36h，洗焦废水的COD去除率为89％，苯、萘、酚、蒽、喹啉和异喹啉的去除率达到了理想的效果。     

甲烷八叠球菌的富集培养和固定化介质的选择

用亨盖特（Hungate)厌氧技术，以甲醇为唯一碳源，获得了甲烷八叠球菌的富集培养物，采用直接计数法和MPN（most probable number)法对甲烷八叠球菌的数量进行测定，选择不同包埋剂对甲烷八叠球菌进行固定化，并对其成球效果及产甲烷特性进行了研究，结果表明，以AM4为包埋剂对甲烷八叠球菌进行固定化可得到较好的效果。     

两株高效代谢木质纤维素稀酸水解物产乙醇的酵母特性及耐毒研究

对实验室筛选出的两株高效代谢木质纤维素稀酸水解液产乙醇的酵母菌Y1(Candida tropicalis)和Y4(Issatchenkiaorientalis)的乙醇发酵特性及耐毒能力进行了的研究。以未经任何脱毒处理的木质纤维素稀酸水解液为发酵底物进行乙醇发酵(原位脱毒乙醇发酵)。结果表明,Y1和Y4均能在24h内将水解液中所有的葡萄糖消耗完,乙醇产率分别为0.49g/g和0.45g/g,分别达到了理论值的96.1%和86.0%。在含有不同浓度梯度的糠醛及5-羟甲基糠醛的模拟水解液中,Y1和Y4能耐受的最高糠醛浓度均为5.0g/L,最高的5-羟甲基糠醛浓度均大于7.0g/L,当两种抑制剂等量混合时,两株菌能耐受的最高浓度为4.0g/L。两株菌均有较好的乙醇发酵及耐毒能力。该研究结果为木质纤维素水解液的原位脱毒发酵生产然料乙醇奠定了基础。