固定化酵母发酵生产燃料乙醇研究进展

能源是影响当今世界发展的一大重要因素。随着石油资源的日渐枯竭,寻找替代性能源成为当下一大研究热点。燃料乙醇作为一种良好的替代能源也越来越受重视。已有的研究表明,固定化酵母技术生产燃料乙醇具有相对于游离酵母发酵明显的优越性。本文综述了国内外酵母固定化技术在发酵生产燃料乙醇方面的研究进展,主要包括固定化酵母发酵生产燃料乙醇的特点、酵母固定化方法和固定化酵母生物反应器,同时列举了该技术的进一步研究方向。     

转基因pYBGAl酵母发酵木质纤维素水解液制备燃料乙醇

采用转基因pYBGA1酵母发酵葡萄糖及纤维二糖培养基,通过交叉实验研究了温度、酵母投入量对乙醇产率的影响;对木质纤维素进行爆破预处理,得到葡萄糖和纤维二糖的质量分数占50%预处理水解液,采用转基因pYBGA1酵母对预处理水解液发酵制备乙醇。结果表明,转基因pYBGA1酵母最佳发酵温度为28℃,最佳酵母投入量为10⁸mL^-1;当水解液中糖浓度为20g/L时,预处理水解液发酵得到乙醇的最大浓度可达6.8g/L。     

发酵抑制物对树干毕赤酵母戊糖发酵的影响

研究了常见发酵抑制物(甲酸、醋酸和乙醇)对树干毕赤酵母(Pichia stipitis)P2生长和发酵木糖的影响.结果表明:树干毕赤酵母P2具有良好的抗发酵抑制物能力.当发酵液中含有4.0 g/L的醋酸时,树干毕赤酵母P2生长和发酵木糖情况良好;当发酵液中含有5.0g/L的甲酸时,树干毕赤酵母P2对木糖的利用率降低,但对酵母生长的影响并不明显;另外,树干毕赤酵母P2耐受乙醇的浓度约为40.0 g/L.     

碱预处理后的玉米秸秆发酵生产燃料乙醇

采用玉米秸秆为原料,先氢氧化钠进行预处理后,再加入纤维素酶与酵母进行乙醇发酵。首先通过单因素试验,确定了酵母菌接种量、发酵时间、发酵温度、发酵p H四因素对乙醇的最佳影响程度。再采用四因素三水平的正交实验确定发酵的最佳组合条件。结果表明,乙醇发酵最佳工艺条件为酵母接种量6环、发酵时间36 h、温度38℃、p H=4.8,此时乙醇浓度值为12.5432 mg/m L。     

假丝酵母Candida sp.木糖发酵生产乙醇

研究了供氧水平、培养基初始pH值、木糖质量浓度等条件对假丝酵母1779A木糖发酵生产乙醇的影响．结果表明：在温度（30℃）、转速（150r／min）恒定的条件下,假丝酵母木糖发酵生产乙醇适宜在半好氧务件下进行,乙醇产生的最适初始pH值为5．0,最适木糖质量浓度为60g／L,最大乙醇转化率为62．1％．假丝酵母木糖发酵生产乙醇存在葡萄糖效应,以葡萄糖与木糖的质量比3：1混合发酵生产乙醇时的产量比单独木糖发酵生产时的高57．6％．     

温度对高校生活垃圾厌氧消化影响的试验研究

我国城市生活垃圾产生量巨大且以填埋方式为主,不仅占用了大量的土地,还对环境造成了潜在的危害。城市生活垃圾中有机物含量较高,采用厌氧消化技术能有效实现垃圾处理的资源化,然而温度是影响厌氧生物处理工艺的重要工艺参数。本文在废水厌氧消化及农村沼气发酵的理论和实践基础上,选择总固体含量(TS)质量分数为17.5%,对东华理工大学生活垃圾进行厌氧消化实验,研究了不同温度对产气量、消化时间的影响以及温度突变对厌氧消化过程的影响。实验表明,温度为55℃时,该生活垃圾厌氧消化效果好,时间短,产气量高,是一个理想的温度。     

发酵玉米芯水解液制备乙醇的研究

为了提高戊糖发酵制备乙醇的产率,利用经驯化后的嗜单宁管囊酵母发酵玉米芯水解液,研究了嗜单宁管囊酵母的驯化工艺和发酵条件对乙醇产率的影响,得到了优化的工艺条件。结果表明,经驯化后的嗜单宁管囊酵母发酵玉米芯水解液的糖利用率比原来提高了41.23％,乙醇得率提高了118.83％,戊糖和己糖利用率分别为89.55％和85.23％。优化的发酵条件为初始糖浓度60～90g/L,初始pH5.5～6.0,接种量(体积分数)8％,发酵周期96h。在该发酵条件下,酒精得率可达0.346g/g。     

戊糖己糖混合糖发酵生产乙醇的主要影响因素

以树干毕赤酵母为发酵菌株,高混合糖(木糖、葡萄糖)为发酵底物,确定树干毕赤酵母高糖浓度发酵时所需的条件.研究结果表明,在高糖浓度乙醇发酵中,树干毕赤酵母较为适宜的发酵温度为30℃,发酵24 h,残糖浓度和乙醇浓度分别为0.1 g/L和32.5 g/L.添加硫酸铵1.1 g/L+微量元素发酵效果较好,乙醇浓度为33.2g/L.由典型发酵过程中各物质浓度变化曲线可知,酵母优先利用葡萄糖,发酵12 h葡萄糖和木糖的还原糖利用率分别为89.3%、10.7%.待12 h葡萄糖几乎被消耗完后,对木糖的利用开始占主导地位,乙醇浓度随着糖的不断消耗而逐渐提高.发酵28h时乙醇浓度最高,达到33.2 g/L.     

固定化细胞发酵—膜蒸馏耦合生产乙醇的研究

对固定化酿酒酵母细胞发酵与膜蒸馏耦合生产乙醇进行了实验研究,首先实验测定了平板蒸膜馏器的分离性能以及游离酵母细胞发酵动力学和固定化酵线细胞发酵动力学,然后将游离细胞发酵罐及固定化细胞反应器分别与平板膜蒸馏装置相耦合成膜生物反应器,对固定化细胞发酵－膜蒸馏分离乙醇耦合过程进行了研究。在游离酵母细胞发酵中,间歇培养１３ｈ发酵液中乙醇质量浓度,酵母细胞密度（单位体积发酵液内细胞个数）和葡萄糖转化率,乙醇     

接种量对泔脚发酵产氢余物甲烷化的强化研究

 以城市生活垃圾厌氧消化污泥为接种物,考察了15％、30％、45％、60％的接种量对泔脚发酵产氢余物中温（36℃）批式厌氧消化的影响。结果表明：泔脚发酵产氢余物的产沼能力随着接种量的增大而增强。结合Gompertz模型拟合结果及理论分析,60%的接种量为泔脚发酵产氢余物沼气化的最佳接种量,其沼气化的延迟时间λ、产甲烷率、生物气中甲烷的最高体积含量分别为：4.37d,388.72mL/g,80.4％。消化结束后,除产沼过程失败的15％接种量以外,厌氧消化余物的pH值在 6.70～7.00之间,这为沼气中甲烷的高体积含量（高于常规厌氧消化的最高甲烷体积含量75%）提供了证据。     

混合载体固定化酵母酒精萃取发酵的研究

以十二烷醇为革取剂,对以海藻酸钠和聚乙烯醇混合载体固定化酒精酵母乙醇发酵进行了研究．探讨了革取剂对酵母细胞的毒性及革取剂用量、搅拌速度、基质浓度等因素与乙醇革取发酵的关系,并测定了革取过程中乙醇的分配系数．为固定化酒精酵母乙醇发酵与溶剂革取耦合新工艺的开发研究提供初步资料．     

鸡粪与芦苇秸秆混合厌氧消化特性研究

以鸡粪和芦苇秸秆为发酵原料,在恒温(30±1)℃和发酵料液总固体质量分数为5%的条件下,以实验室内驯化的不产气厌氧活性污泥为接种物,研究不同配比的鸡粪与芦苇秸秆混合厌氧消化的产气特性.研究结果表明,鸡粪与芦苇秸秆不同配比下混合厌氧消化,能够有效提高产气效率,并减少了单一原料厌氧消化日产气量的大幅度波动.     

树干毕赤酵母单级连续发酵制取乙醇的研究

研究了稀释率、流加糖浓度和初始酵母浓度对树干毕赤酵母单级连续发酵的影响.结果表明:稀释率对单级连续发酵影响较大,当流加糖浓度为45 g/L、稀释率为0.04～0.06 h-1时发酵效果较好,乙醇得率可达0.370～0.372 g/g,产率为0.586～0.754 g/(L·h).在稀释率为0.06 h-1时,较为适宜的流加糖浓度为45 g/L,此时乙醇产率为0.785 g/(L·h).只要稀释率和流加糖浓度确定,初始酵母浓度不会对达到"稳态"的单级连续发酵产生影响.当稀释率一定时,发酵40 h后基本可达到"稳态",此后各参数均稳定在一定范围内,可稳定连续发酵104 h.     

甘氨酸厌氧消化的甲烷转化率

为探究氨基酸厌氧消化的甲烷转化率,以甘氨酸为发酵原料,在中温30℃条件下进行沼气发酵实验.发酵历时26d,5g甘氨酸累计沼气产量为1 516mL,其中甲烷产量为785mL.根据修正的Buswell方程计算,甘氨酸厌氧消化的甲烷转化率为70.09%.     

固定化增殖酶母工业应用的研究—Ⅱ、分批和连续发酵生产乙醇试验研究

本文对固定化增殖酵母分批和连续发酵生产乙醇进行了试验研究。试验结果表明，在分批发酵中，PVA固定化增殖酵母的乙醇生产能力是游离酵母的3倍，达到24毫克／亳升凝胶／小时以上。发酵周期比游离酵母缩短了一半。在连续发酵中，发酵培养基在柱中停留时间3小时，发酵流出液中的乙醇含量平均在7．1％（v/v）以上，固定化增殖酵母的乙醇生产能力平均达到18毫克／毫升凝胶／小时以上，是传统发酵方法的8－10倍。同时，通过分批发酵22批次（重复使用）连续发酵120天的稳定性试验证实，PVA固定化增殖酵母的活性和机械强度能长期保持不变，表现出良好的反应稳定性，具有较高的工业应用价值。     

高浓酵母废水中焦糖色素的提取及对污染负荷的影响

为明确高浓酵母废水中焦糖色素对污染负荷的影响,采用超滤浓缩分离法提取高浓酵母废水中的焦糖色素,考察了所提取的焦糖色素的性质、处理前后废水污染性质的变化及其对后续厌氧处理的影响.结果表明:高浓酵母废水中的焦糖色素可提取出来进行资源化利用,其提取得率为15 g/L,提取出的焦糖色素品质达到国家标准;高浓酵母废水经提取焦糖色素后,废水的COD_(Cr)和色度大幅度降低,污染负荷明显下降,可生化性能提高,COD_(Cr)/BOD5比由0.33增加到0.51,从而大幅度提高了后续厌氧处理工艺的效率.文中结果为高浓发酵废水的资源化利用及有效处理提供了一种新的技术路线.     

云南高原湖泊蓝藻的产沼气潜力研究

采用批量式发酵工艺,在(35±1)℃对云南杞麓湖和星云湖中的蓝藻进行厌氧消化;结果显示,杞麓湖和星云湖的蓝藻均可作为沼气发酵原料;与平原湖泊蓝藻相比,高原湖泊蓝藻具有更高的厌氧消化产气潜力.     

海藻酸锰固定化细胞的乙醇发酵

以树干毕赤酵母(Pichia stipitis)为发酵菌株，利用海藻酸锰凝胶代替海藻酸钙，固定化酵母使用寿命明显增加。采用混合糖60g／L(50％葡萄糖、50％木糖)为发酵底物，以250mL三角瓶为反应器，在35℃、150r/min、pH5．0条件下，振荡发酵。结果表明，海藻酸锰树干毕赤固定化增殖酵母细胞能使戊糖和己糖同步发酵，海藻酸锰凝胶耐磷酸盐能力是海藻酸钙凝胶的3倍，海藻酸锰固定化树干毕赤酵母细胞乙醇发酵42d，固定化细胞稳定，总糖利用率为95．8％，乙醇得率为理论得率的92．3％，发酵稳定时间明显长于海藻酸钙固定化酵母细胞乙醇发酵的稳定时间(24d)。     

固定化酵母乙醇发酵研究

用聚乙烯酸(PVA)作载体,采用“T固化薄片成型”技术包埋酿酒酵母细胞进行乙醇发酵.批式发酵周期4.5h,乙醇浓度9.0%,乙醇产率14.4gL~(-1)h~(-1);连续发酵当稀释率为0.72h~(-1)时,乙醇浓度6.0%,乙醇产率21.6gL~(-1)h~(-1)该PVA固化酵母凝胶至少可重复使用180d以上.表明本研究可大幅度提高乙醇连续发醇效率.     

固定化酵母流化床生物反应器发酵玉米淀粉的研究

对固定化酵母流化床生物反应器发酵玉米淀粉进行了研究.结果表明,在南阳混合酵母、拉斯12号酵母以及古巴Ⅱ号酵母3种酵母中,南阳混合酵母最适合作为固定化的菌种.发酵醪初糖为9 86～15 88°Bx,发酵时间为6～11h,成熟发酵醪中酒精的体积百分比含量达4 8%～9 2%,反应器的乙醇生产能力为3 8～4 5g/(L·h),凝胶的乙醇生产能力为11 3～13 6g/(L·h),残糖均低于1 0°Bx.