嚴(yán)格厭氧發(fā)酵體系生產(chǎn)丁醇及在線尾氣監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、丁醇，不僅是一種重要有機(jī)化工原料，同時(shí)又是具有極大潛力的新型生物燃料。但是，通過傳統(tǒng)的丙酮-丁醇-乙醇(ABE)發(fā)酵法生產(chǎn)生物丁醇，由于丁醇對發(fā)酵菌種存在毒性抑制，菌體的丁醇耐受性低，導(dǎo)致發(fā)酵的終產(chǎn)物濃度低以、生產(chǎn)效率低和目標(biāo)產(chǎn)物比例低等問題。除此之外，原料成本過高也是生物丁醇發(fā)展的又一因素。因此可以通固定化技術(shù)(FBB)提高菌體的丁醇耐受性增強(qiáng)其生產(chǎn)強(qiáng)度，通過添加外源的電子載體優(yōu)化丁醇合成的途徑，提高丁醇在總?cè)軇┲兴嫉谋壤?，再尋找?/p>

2、種替代糧食作物原料的非糧食作物類原料，如大型海藻類海帶，來降低原料成本。
　　本文通過設(shè)計(jì)一種嚴(yán)格厭氧發(fā)酵體系在線尾氣監(jiān)測系統(tǒng)對發(fā)酵生物丁醇的發(fā)酵過程進(jìn)行在線監(jiān)測分析，為厭氧菌的代謝分析提供詳細(xì)的氣體分析數(shù)據(jù)，同時(shí)通過添加中性紅和固定化技術(shù)，獲得高濃度的丁醇。以海帶為原料，通過預(yù)處理和酶解糖化預(yù)處理方法，探究海帶中還原糖和甘露醇的含量，對其能源化進(jìn)行可行性研究。
　　設(shè)計(jì)的嚴(yán)格厭氧發(fā)酵尾氣在線監(jiān)測系統(tǒng)是在有氧發(fā)酵的尾氣在線分

3、析系統(tǒng)的基礎(chǔ)改進(jìn)而得。有氧發(fā)酵的尾氣在線分析系統(tǒng)相當(dāng)于內(nèi)嵌式（in situ）氣體檢測系統(tǒng)，由尾氣分析儀內(nèi)部的泵提供循環(huán)動力，將發(fā)酵罐、尾氣分析儀和進(jìn)出氣管組成一個循環(huán)回路。同時(shí)發(fā)酵產(chǎn)生的尾氣通過自然排出發(fā)酵罐后由氣體流量計(jì)測定。設(shè)計(jì)的嚴(yán)格厭氧發(fā)酵尾氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，是在有氧發(fā)酵的尾氣在線分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在發(fā)酵罐和尾氣分析儀的氣體循環(huán)回路中間加入兩個錐形瓶，使氣體循環(huán)發(fā)生在錐形瓶內(nèi)，避免由于氣體循環(huán)導(dǎo)致的尾氣檢測系統(tǒng)進(jìn)氧氣干擾厭氧發(fā)酵過

4、程。最終設(shè)計(jì)的厭氧發(fā)酵體系在線系統(tǒng)的進(jìn)氧量僅為5.9 mL，僅占?xì)怏w總體積0.35％，有氧或微氧發(fā)酵尾氣在線分析系統(tǒng)的進(jìn)氧量123.7 mL，占?xì)怏w總體積的20％。采用有氧發(fā)酵發(fā)酵尾氣在線分析系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，總產(chǎn)氣量為21.0 L，H2為7.4 L，CO2為12.5 L，采用嚴(yán)格厭氧發(fā)酵體系在線系統(tǒng)監(jiān)測到的發(fā)酵總產(chǎn)氣量為34.9 L，H2為13.9 L，CO2為19.3 L，使用嚴(yán)格厭氧發(fā)酵體系在線系統(tǒng)監(jiān)測到的發(fā)酵總產(chǎn)氣量、CO

5、2產(chǎn)氣量和H2產(chǎn)氣量分別提高了66.2％、87.8％、54.4％。因此，設(shè)計(jì)的嚴(yán)格厭氧發(fā)酵尾氣在線監(jiān)測系統(tǒng)可以應(yīng)用于厭氧發(fā)酵過程。
　　通過添加中性紅電子載體、使用固定化技術(shù)，考察了電子載體對于丙酮丁醇梭菌代謝流的影響和固定化技術(shù)對于菌體生產(chǎn)丁醇的生產(chǎn)強(qiáng)度的影響。游離發(fā)酵的丁醇產(chǎn)量和ABE產(chǎn)量分別為13.7g/L和和21.3 g/L。在發(fā)酵開始時(shí)加入中性紅，丁醇的產(chǎn)量和ABE的產(chǎn)量分別提高到15.1 g/L和22.2 g/L，發(fā)酵

6、進(jìn)行10h，即大約發(fā)酵進(jìn)入產(chǎn)溶劑期加入中性紅，丁醇產(chǎn)量和ABE差量分別提高到16.3 g/L和24.2 g/L。0h加入中性紅較游離對照的丁醇產(chǎn)量提高了9.5％，10h加入中性紅較游離發(fā)酵對照加入中性紅的丁醇產(chǎn)量提高19.0％，并且丁醇丙酮比相對于對照組的2.45提高了0.36。游離發(fā)酵的發(fā)酵周期為44 h，固定化發(fā)酵周期明顯縮短了，丁醇的生產(chǎn)強(qiáng)度顯著提高。固定化發(fā)酵周期為32 h，丁醇最高產(chǎn)量為15.4 g/L，生產(chǎn)強(qiáng)度0.64 g/

7、(L·h-1)，分別比對照組提高了12.4％和106％，CO2和H2最高產(chǎn)氣速率分別提高了60％和9％，產(chǎn)氣量分別提高了20.7％和41.3％。加入中性紅的固定化發(fā)酵，丁醇和ABE的最高產(chǎn)量為16.8 g/L和26.8 g/L，丁醇產(chǎn)量和ABE產(chǎn)量分別提高了22.6％和25.8％。
　　用酸水解和酶水解的方法水解海帶，我們可以建立海帶生產(chǎn)甘露醇和還原糖的最佳條件。最佳的酸解條件為底物濃度為8％、酸解時(shí)間為90 min、酸解溫度為1