PDF《串联填充管式反应系统中高浓度乙醇连续发酵 س》

中国生物工程杂志 C h i n aB i o t e c h n o l o g y ,

2 0

1 1 ,

3 1 (

3 ) :

6 6 ?

7 0 串联填充管式反应系统中高浓度乙醇连续发酵 申渝1 ,

2 白凤武2 ( 1重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心 重庆

4 0

0 0

6 7 2大连理工大学生命科学与技术学院 大连

1 1

6 0

2 3 ) 摘要 在一套由搅拌罐和管式反应器串联而成的组合式反应系统中, 利用酿酒酵母进行连续发 酵生产高浓度乙醇.

后续管式反应器内通过装填聚氨酯颗粒和木块对酵母细胞进行吸附固定 化, 在乙醇抑制造成细胞活性大幅降低的情况下, 通过大幅提高细胞浓度保证发酵效率, 在稀释 速率

0 .

0 2 h

1 和280g/L葡萄糖的条件下, 系统的终点乙醇浓度为

1 5 . 4% ( v / v ) .研究表明在一 定稀释速率之下, 应该通过增加反应器的级数来降低稀释速率, 以达到提高终点乙醇浓度, 如简 单地降低进料速率则可能增加整个系统所受的乙醇抑制, 对提高终点乙醇浓度效果不显著. 关键词 乙醇 高浓度连续发酵 组合式反应系统 细胞固定化 中图分类号 Q

8 1

5 收稿日期:

2 0

1 0

1 0

0 9 国家

863 计 划(2007AA10Z358)、重庆市教委科研项目(KJ100707)、废油资源化技术与装备教育部工程研究中心科研项 目(F Y K J

2 0

0 9

0 1

0 ) 资助项目 通讯作者, 电子信箱:

1 9

8 1 s h e n y u @s o h u . c o m 节能减排是燃料乙醇生产中面临的重大课题之 一, 目前的淀粉质原料燃料乙醇生产工艺中能耗成本 占到总成本的比例高达

3 0 %;

同时在政府对发酵行业 的废水排放要求越来越高的背景下, 大量废水处理日 益成为燃料乙醇生产企业的负担, 因此降低能耗、 减少 废水排放也是降低生产成本的重要途径.高浓度乙醇 发酵技术( h i g hg r a v i t y e t h a n o l f e r m e n t a t i o n ,H G E F ) 的基 本原理是通过提高发酵终点乙醇浓度, 减少单位产量 乙醇所需要处理的物料流总量, 从而较少发酵生产过 程各个工段中输送、 加热和冷却等过程的能耗, 特别是 精馏操作过程的能耗, 同时减少废糟液的排放, 是目前 燃料乙醇产业中最具发展前景的技术之一[

1

6 ] . 高浓度乙醇发酵技术的研究报道多数运用批式发 酵工艺, 将含糖量

2 5 0~

3 0 0g / L的基质发酵得到乙醇 含量

1 4 % ~

1 7%( v / v )的醪液.相对于批式发酵, 连 续发酵工艺可以节省罐体清洗、 灭菌和接种的工序, 大 幅度提高设备的利用效率, 同时有利于自动化操作管 理, 是大规模燃料乙醇项目的首要选择.但是高浓度 发酵技术难以在连续发酵工艺中应用, 主要的原因是 高浓度乙醇会对酵母细胞生长造成强烈抑制[

7

1 0 ] , 由于 连续发酵过程对细胞的洗脱作用使得发酵不能长时间 运行, 目前通用的多级罐串联发酵方式可以很大程度 上避免这种问题, 采用乙醇耐受能力较强的酵母菌株 可以实现终点乙醇浓度

1 0 % ~

1 2 %( v / v ) 的连续发酵, 但是离高浓度发酵的要求还有较远. 采用搅拌式罐串联多级填料管的组合式反应系 统, 利用普通工业酿酒酵母进行高浓度乙醇连续发酵 研究, 目的在于考察连续发酵过程中细胞固定化填料 减轻高浓乙醇对酵母细胞洗脱的效果, 并对这套反应 系统的各项发酵指标进行评价.