通过菌种驯化及循环发酵高效利用木质纤维素水解液生产燃料乙醇的研究

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木质纤维素是自然界含量丰富的可再生资源,可在水解后被微生物发酵生产燃料乙醇,然而其水解过程中产生的抑制物会阻碍微生物的生长与发酵。至今,木质纤维素到燃料乙醇的转化过程存在成本高效率低这一关键问题,限制了该资源的有效利用。为了实现经济可行的纤维素乙醇生产,获得耐受性强且性状稳定的发酵菌株并设计高效低成本的发酵过程是非常必要的。基于此,本课题首先在本实验室前期工作的基础上,进行了菌种驯化的工作,再接着进行了发酵技术的研究,以获得高效的纤维素乙醇生产技术。在含有多种主要抑制物的合成培养基和未脱毒的木质纤维素水解液中对实验室之前筛选得到的季也蒙毕赤酵母进行驯化,驯化后的菌株可耐受5g l-1糠醛、10g l-15-羟甲基糠醛和20g l-1乙酸,且发酵过程中乙醇得率及产量不会因抑制物的存在而下降。进而该菌株被用于发酵不脱毒的玉米芯残渣水解液生产燃料乙醇。在初始固含量18.7%,无任何外源营养物质添加的水解液发酵过程中,乙醇终产量和乙醇得率可分别达到35.1g l-1和0.45g g-1。通过补料添加浓缩的玉米芯残渣水解液,可以将乙醇产量进一步提高到56.3g l-1。为了实现高效的纤维素乙醇生产,我们将高密度细胞循环发酵与批发酵及补料发酵结合。通过该策略,我们将批发酵和补料发酵的生产周期成功缩短到16小时和48小时。过程中最高乙醇产率分别达到2.33g l-1h-1和1.11g l-1h-1,最高乙醇产量则分别达到37.7g l-1和51.2g l-1。该研究成功提高了木质纤维素水解液发酵的产量和效率,并通过无外源营养物添加的发酵模式有效削减了发酵成本。结果表明,该抑制物耐受菌株结合高效的发酵技术具有实现工业化生物乙醇生产的潜力。
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