严格厌氧发酵体系在线尾气监测系统的设计及在梭菌生产生物能源丁醇的应用

目前关于有氧或微氧的乙醇发酵的尾气检测系统已经建立,但是对于丙酮丁醇梭菌等严格厌氧菌发酵尾气的在线监测鲜见文献报道。因此,本研究以丙酮丁醇梭菌生产丁醇的严格厌氧发酵体系为研究对象,研究了传统有氧或微氧尾气检测方法在丙酮丁醇梭菌厌氧发酵体系中的检测结果,设计并建立了适合厌氧菌发酵的尾气在线监测系统,对丙酮丁醇梭菌的发酵过程实时监测。在建立有效的厌氧发酵尾气分析系统的条件下,比较了丙酮丁醇梭菌在游离细胞条件下和高细胞密度条件下的发酵性能。相比较于游离发酵,高细胞密度发酵的发酵周期明显缩短,丁醇生产强度显著提高。丁醇最高产量为15.4g/L,生产强度0.64g/（L·h）,分别比对照组提高了12.4%和106%,CO₂和H₂最高产气速率分别提高60%和9%,产气量分别提高了20.7%和41.3%。尾气分析系统采集的气体数据为丙酮丁醇梭菌的代谢分析提供了重要依据。     

丙酮-丁醇发酵分离耦合技术的研究进展

介绍了近年来采用吸附、气提、液液萃取和渗透汽化从丙酮-丁醇发酵体系中分离丙酮,丁醇、乙醇的研究进展及最新的应用动态,评述了上述几种方法在分离丙酮.丁醇发酵产物(丙酮、丁醇、乙醇等)方面的优点和不足,并对各类方法做了比较,最后对丙酮.丁醇发酵分离耦合的发展方向进行了展望.     

丙酮-丁醇发酵生产菌的快速筛选方法

建立了高效丙酮-丁醇生产菌的快速筛选方法,采用氮离子注入诱变技术选育丙酮-丁醇发酵生产菌,以2-脱氧-D-葡萄糖作为抗代谢阻遏物,筛选高淀粉酶活性的突变株. 首次根据丙酮-丁醇发酵代谢途径中先产酸后产溶剂及高活力厌氧发酵细胞具有较强还原力的特点,设计了溴甲酚绿和刃天青2种筛选平板,所筛突变株经发酵验证丁醇和总溶剂产生能力均有显著提高,I4-28突变菌株总溶剂产量和丁醇产量分别较出发菌株提高了27.96%和40.66%,丁醇/总溶剂比由63.39%提高到71.94%,突变菌株具有较好的传代稳定性.     

酵母法处理丙酮-丁醇发酵废水研究

从实验室保藏的4株酵母中筛选出1株在丙酮-丁醇发酵废水中生长良好的酵母A,用来降低丙酮-丁醇发酵废水的有机物含量.通过正交实验,确定最佳发酵条件为:pH=5.5,250 mL三角瓶中装液量为40mL.接种量为10%,温度30℃,摇床转速180 r/min,培养48 h.在此条件下COD总去除率可达到86.4%,并可得到干重为6.452g/L的菌体.处理后的废水全回用到丙酮-丁醇发酵,回用一次溶剂产量稳定,这样就可以减少50%的发酵用水量和废水排放量.     

汽爆秸秆膜循环酶解耦合丙酮丁醇发酵

利用新型的汽爆玉米秸秆膜循环酶解耦合发酵系统进行了丙酮丁醇发酵的研究,并对使用该系统所导致的丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum AS1.132)代谢的变化进行了讨论. 在稀释率为0.075 h-1的条件下,丁醇的产量为0.14 g/g (纤维素+半纤维素),最大丁醇产率达到0.31 g/(L×h),溶剂组成为丁醇:丙酮:乙醇65.3:24.3:10.4(体积比),纤维素和半纤维素的转化率分别为72%和80%,使用单位纤维素酶所产生的丁醇量为3.9 mg/IU,是分步水解批次发酵的1.5倍. 利用该系统使酶解和发酵分别在各自最适的条件下同时连续进行,减少了纤维素酶的用量,有效地解除了酶解产物对纤维素酶的抑制作用,并减轻了溶剂产物尤其是丁醇对微生物活性的影响,延长了发酵周期.     

基于pH控制的丙酮丁醇间歇发酵过程动力学模型

基于微生物发酵动力学模型和丙酮丁醇发酵工艺的特点,由5组控制pH下的实验数据建立该发酵过程的动力学模型,采用改进的自适应遗传算法对模型的12个参数进行优化,并采用一组控制pH数据对模型进行了外推验证,结果表明,该模型能够较好地描述pH的丙酮丁醇间歇发酵过程.     

硅橡胶渗透汽化复合膜在丁醇发酵中的应用

丁醇发酵受产物丁醇的抑制,产率和产物浓度低,过程经济性差,为减轻丁醇的抑制,制备了聚二甲基硅氧烷/聚偏氟乙烯(PIMS/PVDF)复合膜用于丙酮-丁醇-乙醇-水体系有机成分的分离.以分离因子和渗透通量为评价指标,考察了料液温度、质量分数和pH值对复合膜渗透汽化分离性能的影响.结果表明:料液温度升高能提高膜的分离性能;料...     

丙酮丁醇发酵的研究进展及其高产策略

从代谢机理的阐明、生产菌种的改良和发酵工艺的改进3个方面综述了丙酮丁醇发酵近年来的研究进展。针对丙酮丁醇发酵工艺中存在的问题,提出高丁醇耐受性菌种的选育、高丁醇比例菌种的选育、发酵细胞的高效利用、发酵与高效低能耗分离工艺的耦合等高产策略。     

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。     

基于PSO-FNN逆的青霉素发酵软测量方法

青霉素发酵过程是一个严重非线性、时变、复杂的动态过程,发酵过程中一些关键参数(如菌体质量浓度ρX、基质质量浓度ρS和产物质量浓度(ρP)难以通过常规仪表在线测量,这些参数的获取非常耗时和困难。提出一种基于粒子群模糊神经网络逆(PSO-FNN逆)的软测量方法。首先给出青霉素发酵过程数学模型,然后根据逆系统理论证明其可逆性,在此基础上构建基于PSO-FNN逆的青霉素发酵软测量模型,最后通过仿真验证该方法性能。仿真结果表明:PSO-FNN逆的青霉素发酵软测量方法能够结合基于发酵机制和纯数据驱动2种软测量方法的优点,对不直接可测的关键参数实现在线软测量,较PSO-BPNN逆和PSO-BPNN软测量方法具有更高的预测精度和更强的预测能力。     

丙酮丁醇生产技术进展

介绍了丙酮和丁醇的化学法生产和微生物发酵法生产及其技术进展情况,比较了这两种生产工艺的优缺点。详细介绍了微生物发酵法生产丙酮丁醇的生产工艺,并分析了微生物发酵法生产在未来的发展前景。     

木薯发酵丙酮丁醇工艺优化与放大

通过对木薯和玉米原料的成分分析,发现木薯原料中氮质量分数明显低于玉米中的氮质量分数,进一步的实验证明,木薯原料中氮质量分数低是影响产丙酮丁醇的主要原因。设计了木薯原料直接用于丙酮丁醇发酵的工艺并通过添加氮源进行优化,丙酮丁醇产量约20 g/L,与纯玉米原料相当,可节省原料成本20%以上。在5 t和50 t发酵罐上中试放大,完全可以重复小试研究结果。     

NADH fluorescence in a fed batch fermentation by C. acetobutylicum

The existing process kinetics model of the acetone-butanol fermentation was adjusted and adapted for the fed-batch mode of operation. The optimal sugar feeding strategy for maximum solvent production was determined from the model and implemented in an experiment where the fluorescent features of the culture were also determined. While the model predictions agreed with experimentally observed trends, the actual data did not compare well. The characterisation of the culture physiological state under dynamic growth conditions was attempted by utilizing on-line fluorescence measurements and the concept of stoichiometric metabolic pathway rates. This methodology served well in assessing the NADH related culture metabolic activity and the substrate consumption rate in the solventogenic phase.     

Die Aceton-Butanol-Gärung: Grundlage für einen modernen biotechnologischen Prozeß?

Acetone-butanol fermentation: basis of a modern biotechnological process? Acetone-butanol fermentation was performed on a large industrial scale for about forty years. After the Second World War it was unable to compete with petrochemical processes and renewed interest in this fermentation has developed only during the last decade. It has led to a vast increase of our knowledge of the biochemistry of acetone-butanol formation and of the genetics of the producing organism, Clostridium acetobutylicum. Considerable progress was also made in defining optimal fermentation conditions. However, the biotechnological process is not yet economically feasible, primarily because low final product concentrations engender high product recovery costs.     

Modelling of the acetone-butanol fermentation with cell retention

A mathematical model for the kinetics of the acetone-butanol fermentation by Clostridium acetobutylicum was developed reflecting the biochemical pathway and culture behavior. Steady-state concentration of the process parameters in a cell-retention (CR) fermentation were predicted by computer process simulation. It was established that the product concentrations are independent of the dilution rate ((D_F), whereas the accumulated biomass concentration increased linearly with respect to the dilution rate. The predicted effect of the glucose feed concentration (S_o) on steady-state concentrations of the process parameters showed that for values of S_o greater than 52.0 g/L the CR fermentor cannot attain a steady-state.     

光合细菌法综合处理丙酮——丁醇发酵废水

利用光合细菌生物氧化及物化法综合处理丙酮－丁醇发酵废水，ＣＯＤＣｒ去除率达９９％，光合细菌处理段ＣＯＤＣｒ容积负荷达６．５ｋｇＣＯＤＣｒ／ｍ＾３．ｄ，饲料蛋白回收率为１０ｋｇ／ｔ。该工艺使污染严重的丙酮－丁醇废水得以彻底处理，同时可获得一定的经济效益。     

影响丙酮丁醇发酵的主要因素及 解决方案的研究进展

制约丙酮丁醇发酵工业化生产的主要问题是丙酮丁醇梭菌在发酵过程中孢子的形成、溶剂产量低、副产物的生成以及丁醇对菌株的毒性等因素。此外,使用木质纤维素等廉价、环保的原料作为发酵底物生产生物丁醇也是目前研究的热点之一。本文就以上问题综述了近年来的研究进展,如孢子形成的分子机制及解除孢子形成与溶剂生成之间联系的途径,丁醇抑制梭菌细胞生长的机制及降低丁醇毒性的方法,通过基因工程改造减少副产物的生成,增加丁醇产量等,并讨论了进一步改造菌种及降低生物丁醇成本的策略。