收藏本站
《华侨大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

超高浓度乙醇发酵通气补料新工艺研究

高培培  
【摘要】:由酵母菌发酵超高浓度葡萄糖为乙醇,即超高浓度乙醇发酵,由于潜在提高发酵终点乙醇浓度并由此带来经济效益,因而,这种发酵方式自提出以来就引起人们的浓厚兴趣。然而,要成功开展超高浓度乙醇发酵,尚需要解决一些富有挑战性的问题。其中最大难题之一是酵母菌受到由超高浓度乙醇发酵苛刻条件引起的诸如高渗透压和强产物抑制产生的胁迫作用,使菌体生长受到强烈抑制乃至大量死亡,最终导致发酵中途停止。因此,如何改进发酵工艺,以提高和维持酵母菌在这种胁迫条件下的活力是非常重要的。为此,本论文将综合优化超高浓度乙醇发酵工艺和探索通气补料发酵新工艺作为研究的重点。本工作以自絮凝酵母——粟酒裂殖酵母和酿酒酵母的融合株作为研究对象。 实验首先利用响应面法优化摇瓶发酵工艺条件,得出基于起始葡萄糖浓度为300 g·L~(-1)的超高浓度乙醇发酵最佳工艺条件:300 g·L~(-1)葡萄糖,16.82 g·L~(-1) (NH4)2SO4,8.24 g·L~(-1) KH2PO4,0.50 g·L~(-1) CaCl2,2.00 g·L~(-1) MgSO4,0.08 g·L~(-1) ZnSO4,6.00 g·L~(-1)酵母浸出膏,6.00 g·L~(-1)蛋白胨,接种量11%,温度30℃。优化后实验测得发酵终点乙醇浓度均值高达137.7 g·L~(-1),比未优化时提高28%。终点乙醇浓度预测最优结果为137.9 g·L~(-1),与实测值接近。同时,优化后发酵周期从72 h缩短至60 h,乙醇产率由1.49 g·L~(-1)·h~(-1)显著提高至2.30 g·L~(-1)·h~(-1)。据我们所知,在300 g·L~(-1)起始葡萄糖浓度条件下开展超高浓度乙醇发酵,通常都积累大量残糖和终点乙醇浓度低。但是,本研究的终点乙醇浓度达到137.7 g·L~(-1),葡萄糖转化利用率达到96.6%,取得了较好的实验结果。 基于上述工艺优化结果,进行发酵罐实验,同时进一步考察通气对超高浓度乙醇发酵的影响,并通过调整通气策略(通气速率和通气时间),进一步改善发酵状况。实验得到的最佳通气策略为:以10 L·h~(-1)的通气速率全程通气,发酵终点乙醇浓度达到127.3 g·L~(-1),与未通气发酵相比,提高了10%。同时发酵周期缩短至39 h,乙醇产率由2.42 g·L~(-1)·h~(-1)显著提高至3.26 g·L~(-1)·h~(-1),提高了35%。同时,研究提示,对于处于高浓度葡萄糖或者高浓度乙醇环境中的酵母而言,超高浓度乙醇发酵副产物(甘油)的适量生成可能对于酵母细胞具有一定的保护作用。 研究最后在通气发酵工艺基础上,进行了结合补料的发酵研究。实验首先考察了起始葡萄糖浓度对于补料分批发酵的影响,结果表明起始葡萄糖浓度为100 g·L~(-1)时,发酵状况优于150 g·L~(-1)和200 g·L~(-1)。并在此基础上,进一步考察了通气和发酵活性物质对于补料分批发酵的影响,实验表明发酵过程中通气和补加发酵活性物质可以提高酵母发酵活性及其对乙醇的耐受性,从而明显改善发酵状况。最终确定了超高浓度乙醇发酵通气补料的最佳策略为:起始葡萄糖浓度为100 g·L~(-1),发酵过程中以0.8 mL·min~(-1)的速率连续补加优化培养液,同时以10 L·h~(-1)的速率进行通气,结果,最高乙醇浓度可达到143.3 g·L~(-1),比通气分批发酵提高了13%。
【学位授予单位】:华侨大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ223.122

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡纯铿,白凤武,安利佳;Mg~(2+)和Ca~(2+)对自絮凝颗粒酵母耐酒精性能的影响及作用机制的比较研究[J];高校化学工程学报;2004年02期
2 王付转;沈微;饶志明;诸葛斌;詹晓北;方慧英;诸葛健;;絮凝酿酒酵母的构建及其发酵特性[J];化工学报;2008年02期
3 薛闯;赵心清;葛旭萌;袁文杰;白凤武;;锌离子对自絮凝酵母乙醇耐性和絮凝颗粒大小的影响[J];化工学报;2008年10期
4 秦庆军,贾鸿飞,王宇新;乙醇气提发酵与载气蒸馏耦合过程实验[J];过程工程学报;2002年01期
5 侯保朝,杜风光,郭永豪,贾新成,刘代武;高浓度酒精发酵[J];酿酒科技;2005年04期
6 黄平,曹健君,张肖克,姜萤;应用浓醪发酵技术推动酒精行业科学发展[J];酿酒科技;2005年05期
7 肖怀秋;李玉珍;;微生物培养基优化方法研究进展[J];酿酒科技;2010年01期
8 吕宪峰;毛得奖;;影响啤酒酵母絮凝的外部因素探讨[J];啤酒科技;2006年04期
9 白凤武,靳艳,冯朴荪,何秀良;融合株SPSC发酵生产酒精的工艺研究——自絮凝细胞颗粒粒径分布、细胞生长和产物酒精生成动力学[J];生物工程学报;1999年04期
10 胡纯铿,白凤武,安利佳;絮凝特性对自絮凝颗粒酵母耐酒精能力的影响及作用机制[J];生物工程学报;2005年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 申渝;酵母细胞超高浓度乙醇连续发酵振荡行为的研究[D];大连理工大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 高恺;丁重阳;张梁;石贵阳;;基于分批添加策略的高浓度玉米生料酒精发酵[J];安徽农业科学;2008年26期
2 张瑞凌;魏云波;刘书花;李福伟;王兴民;;我国重金属污染现状及其微生物处理方法研究进展[J];现代农业科技;2011年20期
3 王青;张善锋;;固定化微生物技术在废水处理中的应用[J];环境科学与管理;2008年11期
4 吴伟;;固定化微生物技术在处理高浓度有机废水中的应用[J];环境科学与管理;2011年07期
5 郭伟;李勤凡;孔祥雅;任杰;荆新堂;;疯草内生真菌FEL3生产SW培养基的最佳碳氮比优化[J];草地学报;2011年04期
6 胡纯铿,白凤武,安利佳;镁离子提高融合株SPSC耐酒精性能机制[J];大连理工大学学报;2004年02期
7 张万忠;杜金峰;王云山;苏志国;;玉米秸秆酶解条件优化[J];大连工业大学学报;2011年06期
8 王里奥,崔志强,钱宗琴,郑阳华;微生物固定化的发展及在废水处理中的应用[J];重庆大学学报(自然科学版);2004年03期
9 胡纯铿,白凤武,安利佳;Mg~(2+)和Ca~(2+)对自絮凝颗粒酵母耐酒精性能的影响及作用机制的比较研究[J];高校化学工程学报;2004年02期
10 张穗生;陆琦;陈东;黄日波;;甘蔗糖蜜酒精高产酵母的发酵特性研究[J];广西科学;2010年04期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 张文毓;马鸿志;高明;汪群慧;;利用渗透汽化膜分离燃料乙醇的研究进展[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2010年
2 靳艳玲;方扬;赵海;;高效甘薯燃料乙醇生产技术体系[A];第十二届中国科协年会——非粮生物质能源与高技术产业化研讨会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张曈;海洋季也蒙毕赤酵母重组菊粉酶及其在产乙醇中的应用[D];中国海洋大学;2010年
2 陈云松;转鲑鱼降钙素基因酵母的发酵条件优化及安全性评价[D];中国海洋大学;2010年
3 孙万里;稻草秸秆的预处理及生产乙醇的研究[D];江南大学;2010年
4 冯大伟;利用两种大型海藻制备生物能源的探索研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2009年
5 刘晨光;氧化还原电位调控的高浓度乙醇发酵及其机理研究[D];大连理工大学;2011年
6 俞路;絮凝酵母在悬浮床反应器流变与流动行为研究[D];大连理工大学;2011年
7 张建;木质纤维素原料生物转化生产纤维素乙醇过程的关键技术研究[D];华东理工大学;2011年
8 余元善;Acinetobacter sp. SM04降解玉米赤霉烯酮的研究[D];华南理工大学;2011年
9 李炳志;酵母对纤维素乙醇生产中的抑制剂响应的系统生物学研究[D];天津大学;2010年
10 董亚梅;聚氨酯包埋硝化菌颗粒的制备及其应用研究[D];上海交通大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭俊红;利用原生质体融合及基因工程的方法对柑橘采后生防菌34-9遗传改良的初步研究[D];华中农业大学;2010年
2 赵硕;耐高渗(高糖)酵母菌株的选育[D];安徽农业大学;2010年
3 韩婵娟;传统酵子制作工艺的研究[D];河南工业大学;2010年
4 杜巧燕;应用基因组改组技术选育广域pH耐受的谷氨酸高产菌株[D];江南大学;2010年
5 孙若琼;蛇足石杉产石杉碱甲内生真菌的发酵条件及其产物的初步研究[D];安徽师范大学;2010年
6 王欣;酒精沼气双发酵耦联工艺技术中高浓度酒精发酵及抑制因子的研究[D];江南大学;2010年
7 张新宇;硫酸盐还原菌(SRB)污泥固定化技术处理混合电镀废水的研究[D];中南林业科技大学;2010年
8 樊婷婷;多菌种耦合厌氧发酵秸秆产沼气的特性研究[D];湖北工业大学;2011年
9 彭延杰;嗜热真菌蛋白激酶基因的克隆、表达与打靶载体构建[D];山东农业大学;2011年
10 李楠楠;菊粉酶基因在酿酒酵母中的表达及乙醇发酵[D];大连理工大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 熊明勇,陈宁,张克旭;L-缬氨酸生产菌的选育及其发酵培养基的模式识别优化[J];氨基酸和生物资源;2003年01期
2 章克昌;发展“燃料酒精”的建议[J];中国工程科学;2000年06期
3 钟卫鸿,岑沛霖,马骏,童景景;间歇发酵螺孢菌产碱性果胶酶过程动力学研究[J];高校化学工程学报;2002年03期
4 刘洁丽;王靖;;生物产纤维素酶研究进展[J];化学与生物工程;2008年12期
5 任佳;颜涌捷;陈明强;王君;;天然酵母对木糖利用的研究进展[J];化学与生物工程;2009年01期
6 钟为章;罗一菁;张忠智;鲁莽;;红螺菌科光合细菌液体培养基的优化[J];化学与生物工程;2009年07期
7 陆燕;梅乐和;陆悦飞;盛清;姚善泾;;响应面法优化工程菌产细胞色素P450 BM-3的发酵条件[J];化工学报;2006年05期
8 杨蕾;陈丽杰;白凤武;;高浓度酒精连续发酵过程中振荡行为的模拟及填料弱化振荡的机理[J];化工学报;2007年03期
9 陈令伟;葛旭萌;赵心清;陈丽杰;白凤武;;木块填料对高浓度乙醇连续发酵过程中振荡行为的弱化机制[J];化工学报;2007年10期
10 黄仁亮;苏荣欣;齐崴;张名佳;何志敏;;木质纤维素甲酸预处理及其组分分离[J];过程工程学报;2008年06期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 陈新芳;田沈;王菊;袁振宏;杨秀山;;高效代谢葡萄糖和木糖产酒精酵母菌的筛选和驯化[A];21世纪太阳能新技术——2003年中国太阳能学会学术年会论文集[C];2003年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李东;袁振宏;王忠铭;廖翠萍;吴创之;;生物质合成气发酵生产乙醇技术的研究进展[J];可再生能源;2006年02期
2 ;日本开发用绿色微藻生产乙醇[J];食品与发酵工业;2010年03期
3 佐伯明比古;周建民;吴世君;;用醋酸菌和酵母混合发酵酿制米醋[J];中国调味品;1990年12期
4 马文漪,杨柳燕,程树培;废物乙醇化处理进展[J];环境污染治理技术与设备;1994年03期
5 刘富梁;王彩霞;厉丹丹;梁蓓蓓;闫丽娟;郭婧;张志群;白海滨;;木质纤维素生物转化为乙醇的研究概况[J];湖北农业科学;2006年04期
6 孙金凤;王正祥;;新型产乙醇重组菌利用葡萄糖和木糖的乙醇发酵[J];食品与发酵工业;2008年05期
7 ;乙醇发酵厌氧高温菌培养基其制备方法和其应用[J];化工科技市场;2009年09期
8 ;信息快报[J];粘接;2010年10期
9 吴剑荣;李朝廷;郑志永;詹晓北;;乙醇-黄原胶耦联两步发酵[J];生物加工过程;2011年02期
10 ;《发酵科技通讯》一九七八年总目录[J];发酵科技通讯;1978年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 余志晟;张洪勋;庄绪亮;;运用原生质体融合技术构建内醚糖乙醇发酵菌株的初步研究[A];微生物生态学研究进展——第五届微生物生态学术研讨会论文集[C];2003年
2 潘亚平;李学凤;袁振宏;杨秀山;;发酵戊糖和己糖的重组酿酒酵母的研究进展[A];21世纪太阳能新技术——2003年中国太阳能学会学术年会论文集[C];2003年
3 田沈;徐鑫;孟繁燕;白罚利;杨秀山;;木质纤维素乙醇发酵研究进展[A];中国农村能源行业协会第四届全国会员代表大会新农村、新能源、新产业论坛生物质开发与利用青年学术研讨会论文集[C];2006年
4 俞建良;张栩;谭天伟;;CO_2气提固态发酵制燃料乙醇[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2006年
5 王忠铭;袁振宏;吴创之;廖翠萍;;生物质合成气发酵生产乙醇技术的研究进展[A];2005年中国生物质能技术与可持续发展研讨会论文集[C];2005年
6 王周芳;陈明;王冰冰;夏黎明;;基因重组酵母发酵木糖产酒精的研究[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2006年
7 何明雄;冯红;张义正;;运动发酵单胞菌细胞表面展示载体的构建与基因表达[A];第二届中国青年学者微生物遗传学学术研讨会论文集[C];2006年
8 赵晶;陈明;张靖方;夏黎明;;酶法糖化玉米芯发酵生产乙醇的研究[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2006年
9 文庭池;康冀川;张桥;雷帮星;;马铃薯液体发酵生产乙醇工艺的研究[A];中国菌物学会第四届会员代表大会暨全国第七届菌物学学术讨论会论文集[C];2008年
10 张晶;钱明宇;李学凤;潘亚平;杨秀山;;固定化细胞木质纤维素稀酸水解液乙醇发酵研究[A];2004年中国生物质能技术与可持续发展研讨会论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 豫文;河南用秸秆生产乙醇技术取得突破[N];粮油市场报;2006年
2 孙中杰 通讯员 陈铁 李瑞;秸秆造乙醇技术获突破[N];中国质量报;2006年
3 记者 李晓岩;中科院布局纤维素乙醇炼制战略[N];中国化工报;2007年
4 侯杰;植物纤维转化燃料乙醇渐成熟[N];中国化工报;2007年
5 钱明;BP和杜邦加快生产生物丁醇[N];中国石化报;2007年
6 李跃辉;专利助云南燃料乙醇产业渐成气候[N];中国知识产权报;2008年
7 王志红;寻找新能源[N];中国审计报;2007年
8 杨吉生;妇女三期不宜多饮茶[N];农村医药报(汉);2008年
9 记者 张巍巍;桔皮可有效处理有色工业污水[N];科技日报;2008年
10 张淑英;高浓度有机废水有克星[N];中国化工报;2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 侯丽华;酿酒酵母遗传操作方法研究及乙醇发酵高产菌株构建[D];天津大学;2009年
2 伍勇;细胞循环硅橡胶膜生物反应器连续乙醇发酵动力学模型研究[D];四川大学;2004年
3 郎亚军;Ectoines高效制备技术及其应用研究[D];大连海事大学;2010年
4 袁文杰;克鲁维酵母同步糖化发酵菊芋生产乙醇的研究[D];大连理工大学;2009年
5 张志华;粗糙脉孢菌AS3.1602乙醇发酵的代谢研究[D];山东大学;2007年
6 田沈;生物质气化洗焦废水的微生物降解研究以及生物质稀酸水解液的乙醇发酵研究[D];首都师范大学;2007年
7 申渝;酵母细胞超高浓度乙醇连续发酵振荡行为的研究[D];大连理工大学;2009年
8 王品美;酵母甘油代谢工程与基因组重排构建乙醇高产菌株及相关机理研究[D];浙江大学;2010年
9 刘振;用于乙醇生产的同步闪蒸汽提发酵过程研究[D];天津大学;2006年
10 陈明;利用玉米秸秆制取燃料乙醇的关键技术研究[D];浙江大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高培培;超高浓度乙醇发酵通气补料新工艺研究[D];华侨大学;2011年
2 张立;生物质糖化和乙醇发酵菌种资源的研究[D];湖南农业大学;2010年
3 廖莎;利用富含淀粉的亚心型四爿藻生物质生产乙醇的研究[D];大连理工大学;2011年
4 代金龙;木糖乙醇发酵菌种的研究[D];北京化工大学;2010年
5 张春明;SPSC01废液全循环乙醇连续发酵及发酵副产物对酵母生长和乙醇发酵的影响研究[D];大连理工大学;2010年
6 杨利博;以菊芋为原料同步糖化发酵生产燃料乙醇研究[D];河北科技大学;2010年
7 王晨霞;玉米芯酸水解工艺及其水解液的乙醇发酵研究[D];江南大学;2004年
8 徐桂红;锌对自絮凝酵母乙酸胁迫的保护作用及分子机理研究[D];大连理工大学;2012年
9 张凌燕;木糖产乙醇酵母的筛选及分子生物学改造[D];江南大学;2008年
10 张金鑫;代谢木糖产乙醇的酿酒酵母重组菌株的初步构建[D];首都师范大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026