自絮凝颗粒酵母高浓度高强度乙醇发酵的研究

论文摘要

高浓度乙醇发酵对燃料乙醇工业具有重要意义。但高浓度产物对酵母生长和乙醇发酵产生强烈的抑制作用,使目前国内外大部分乙醇连续发酵装置的发酵终点乙醇浓度限制在13%（v/v）以下。本文实验利用SPSC01自絮凝颗粒酵母为研究对象,首先考察了乙醇冲击方式对酵母细胞存活率的影响。发现经过诱导的酵母细胞与未经诱导而直接进入高浓度乙醇环境的酵母细胞相比,存活时间延长了2.5倍。但同时还发现,虽然乙醇耐受性经过诱导,但经受长时间乙醇冲击,会造成细胞活性的快速丧失。细胞存活率在乙醇浓度达到120 g·L-1后10 h,45 h和90 h分别丧失了24.6%,79.1%和100%。为避免剧烈的长时间的乙醇冲击,本实验设计了重复间歇发酵工艺,利用SPSC01自絮凝颗粒酵母絮凝沉降的优势,在几乎不增加成本的情况下实现细胞与发酵液分离,以便及时移走高浓度乙醇,即在间歇发酵终点使酵母自然沉降以获得高浓度菌体,移走含高浓度乙醇的发酵液并补充新鲜培养基进行下一批次间歇发酵。本实验共进行了10个批次,实际操作总时间为142.73 h,共获得高浓度乙醇发酵液13.44 L,平均乙醇浓度122 g·L-1,平均残糖浓度0.46 g·L-1,平均乙醇得率为0.46,平均生产强度为6.62g·L-1.h-1。与使用游离酵母的批次和连续发酵相比,生产强度分别提高了1.4倍和1.7倍;而与使用SPSC01自絮凝颗粒酵母进行的乙醇连续发酵工艺相比,生产强度提高了12.8%。同时,在发酵结束时,细胞存活率仍保持在88%左右,细胞活性得到很好的保持。为了进一步降低成本,本实验对此工艺的条件进行了初步优化,主要集中在对接种量和培养基营养条件的优化方面。从乙醇得率,生产强度及成本等角度综合考虑,初步确定最佳种子培养基体积为2L,培养基最佳营养条件为酵母粉12g·L-1,蛋白胨8g·L-1。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 燃料酒精的背景及意义
• 1.1.1 国内外燃料酒精行业的现状
• 1.1.2 燃料酒精的发展方向
• 1.2 高浓度酒精发酵研究进展
• 1.2.1 高浓度酒精发酵定义
• 1.2.2 高浓度酒精发酵的优缺点
• 1.2.3 影响高浓度酒精发酵的因素
• 1.2.4 高浓度酒精发酵的研究进展
• 1.3 酒精发酵中固定化细胞技术的应用
• 1.3.1 固定化活细胞技术
• 1.3.2 无载体固定化细胞乙醇发酵技术
• 1.4 自絮凝细胞乙醇发酵技术的研究
• 1.4.1 自絮凝菌株的选育
• 1.4.2 融合株SPSC及其特性
• 1.4.3 自絮凝颗粒酵母的优点
• 1.4.4 适宜于自絮凝颗粒酵母乙醇发酵反应器的开发
• 1.4.5 自絮凝颗粒酵母乙醇发酵工艺的研究
• 1.4.6 存在问题
• 1.5 本实验的思路和方法
• 2 对絮凝颗粒酵母在高浓度乙醇环境下存活率的考察
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料与方法
• 2.2.1 菌种
• 2.2.2 仪器与试剂
• 2.2.3 操作方法
• 2.2.4 分析方法
• 2.2.5 实验装置
• 2.3 实验结果与讨论
• -1环境下存活率的考察'>2.3.1 对脉冲加入乙醇至120 g·L^-1环境下存活率的考察
• 2.3.2 对流加培养至高浓度乙醇环境下存活率的考察
• 2.3.3 两种高浓度乙醇条件下细胞存活率的比较
• 2.4 小结
• 3 重复间歇发酵工艺过程的建立
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 菌种
• 3.2.2 仪器与试剂
• 3.2.3 操作方法
• 3.2.4 分析方法
• 3.2.5 实验装置与工艺流程
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 装置运行状态考察
• 3.3.2 发酵工艺指标的考察及比较
• 3.4 小结
• 4 工艺条件的初步优化
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料与方法
• 4.2.1 菌种
• 4.2.2 仪器与试剂
• 4.2.3 操作方法
• 4.2.4 分析方法
• 4.2.5 实验装置
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 对童复间歇发酵阶段接种量的优化
• 4.3.2 对发酵培养基营养条件的优化
• 4.4 小结
• 结论
• 后续工作及展望
• 参考文献
• 附录A 附录内容名称
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢