多种通气策略下的高浓度乙醇生产-生物通.PDF

中国生物工程杂志　ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３，３３（６）：８６９２ 多种通气策略下的高浓度乙醇生产 孜力汗　刘晨光　王　娜　袁文杰　白凤武 （大连理工大学 生命科学与技术学院　大连　１１６０２３） 摘要　氧气在环境胁迫强的高浓度乙醇发酵中具有重要作用。考察了自絮凝酿酒酵母在多种通 气策略下的乙醇发酵及絮凝状况。使用氧化还原电位（ＯＲＰ）检测发酵液中氧浓度并划分了厌 氧、微氧和好氧状态。厌氧条件下的终点乙醇浓度最低（１１９±１．５ｇ／Ｌ）；微氧条件下使用ＯＲＰ精 密控制氧气供给取得较高的乙醇浓度（１３１±１．８和 １２５±１．７ｇ／Ｌ）；在通气量０．２ｖｖｍ的好氧条 件下，生物量、甘油量和乙醇损失皆最大，与最优收率相比较乙醇收率降低了１２．２％。高通气量 增强了细胞的絮凝能力，增大了絮凝体粒径。绘制雷达图进行综合评价，恒定通气０．０５ｖｖｍ的过 程在乙醇生产和絮凝各方面表现均突出。 关键词　通气策略　高浓度乙醇发酵　自絮凝细胞　氧化还原电位 中图分类号　Ｑ８１９ 　　使用酿酒酵母的乙醇发酵已经成为世界上规模最 行［６７］。但对于发酵而言，过量的氧气并不适合产品的 大的生物质能源生产过程。燃料乙醇在交通运输业的 积累，且氧分子在参与代谢的过程中会产生具有强氧 应用有效地降低了各国对石油的依赖，也为可持续发 ［８］ 化能力的氧自由基，破坏细胞结构，促使细胞衰亡 。 ［１］ 展提供了良好的示范作用 。但是，由于乙醇发酵的 因此，需要实时检测发酵过程中的氧含量。但传统的 主要原料为粮食类的淀粉质原料，造成了与人争粮，与 溶氧电极由于检测范围窄的缺点往往不能胜任，测量 ［２］ 粮争地的不利后果，引发了众多争议 。目前，解决燃 溶液中的氧化还原电位（ＯＲＰ）成为一种较好的替代方 料乙醇弊病的方式为使用廉价的木质纤维素原料，或 ［９］ ［１０］ 式 。在溶液中Ｏ／ＨＯ的标准电极电势最高 ，能 ２ ２ ［３］ 者开发高效率低能耗的乙醇发酵工艺 。 在电极上优先发生电子转移，因此氧化还原电极对氧 　　高浓度（ＶＨＧ）乙醇发酵技术使用浓度大于２５％ 气敏感。在高浓度乙醇发酵条件下使用ＯＲＰ进行溶氧 的底物，能提高乙醇生产强度，降低物流能耗、蒸馏能 控制，能够取得最佳的发酵效果［１１１３］。 耗和废水处理能耗，是极具应用前景的乙醇发酵工 　　从代谢通路上看，乙醇的生产过程无须氧气参与， ［４］ 艺 。自絮凝酵母不仅可以在发酵后期自发形成毫米 并且是一个氧化还原平衡的过程。但是细胞作为整体 级颗粒自行沉降，节省菌体分离过程能耗，还可以通过 需要氧气维持较好的生长代谢状态，而且保护性物质 形成颗粒提高自身的乙醇耐受性，有利于进行高浓度 的产生（如甘油）也会造成氧化还原电位的不平衡。因 ［５］ 乙醇发酵 。 此，考察发酵过程的溶氧，对氧化还原电位进行检测及 　　在高浓度乙醇发酵条件下，酵母细胞受到众多环