免费文献传递   相关文献

Production of butanol from bagasse and molasses by mixed fermentation

甘蔗渣和糖蜜混合发酵制备燃料丁醇



全 文 :!10
"!

#
2012
$

%
2
 
{
 
È
 

 
É
 
Ê
ChineseJournalofBioprocessEngineering
Vol.10No.4
Jul.2012
doi:10.3969/j.issn.1672-3678.2012.04.003
OPQI
:2011-05-03
KRS!

Ę̈ûš­uv7®ÐÑ
(973
ÐÑ

ҞÓÔ
(2011CB707405);
½U.±ÊĘ̈û¾¿Zš£ÒžÓÔ

±ú×

/‹
Ê

ҞÓÔ
;¯
Îe°GÚӚ£ÒžÓÔ
(201004001);
ËÌümò±š£/$š£ÒžÓÔ
(21106067)
TU.V

±²³
(1989—),
ü

±úY´Ø

ÿšuv2

uv=â

2{.

µ
 


éêØ
),
‘¾
,Email:jiangmin@njut.edu.cn
ÝÞߑàáâe©Øãwäå
^_`
1,

 
a
1,2,
b
 
c
1,
def
1,
g
 
h

(1.
iEJ5X7 \];jkJK78 lmn7JK3opqrst

iE
210009;
2.
uWvwx5ABC

uW
510316)
7
 
h

abcde®
ClostridiumbeijerinckiIB4
ðfgªh

ijkð

l

ªm¶·mnQ²³[¬¯¸_

oEpq¸_«rѼs:tuÔkvwé²³BCxnyz

ö÷øù

$
5L
²³%æ

º1{Pð|}k¯
:tu,~kï
10g/L,16h
åm1:tkv
30g/L,
s
35℃、100r/min
²³
50h,
yzÔ€=Ã(_`
111
Ô
153g/L,
yz‚ƒG_
725%。
ijk

yz
;Clostridiumbeijerincki;
mnQ

²³

wé²³
lmnop
:TQ921    
6qrst
:A    
6u;p
:1672-3678(2012)04-0012-04
Productionofbutanolfrombagasseandmolassesbymixedfermentation
DUTengfei1,GUOTing1,2,TANGYan1,HEAiyong1,JIANGMin1
(1.StateKeyLaboratoryofMaterialsOrientedChemicalEngineering,ColegeofBiotechnologyand
PharmaceuticalEngineering,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,China;
2.GuangzhouSugarcaneIndustryResearchInstitute,Guangzhou510316,China)
Abstract:AtolerancemutantstrainClostridiumbeijerinckiIB4wasselected.Fedbatchfermentations
werecariedoutinP2fermentationmediumwithglucose,andtheoptimalfedbatchfermentationstrategy
wasappliedtobutanolmixedfermentationfrombagasseandmolasses.ClostridiumbeijerinckiIB4was
culturedina5Lfermentorat35℃,100r/minfor50h.Theinitial10g/Lreducingsugarofacidhy
drolysateofbagassewasadded,and30g/Lofmolasseswasfedintofermentationmediumafter16h.Bu
tanolandtotalsolventsconcentrationsaccumulatedinthebrothwere111and153g/L,respectively.
Butanolproportionwasupto725%.
Keywords:butanol;Clostridiumbeijerincki;fedbatch;fermentation;mixedfermentation
  
VWóôõ¨|6zÓ³¦M.2U

ù!
"*ÇB·U
、¸
Æ(Î
[1-2]。
VWqóôõJ
A¹96¾·2{TU

AzHiº”i

»¼G

±½¾9ç

¿«G™(¯½-B2{»W6


*nF1!"69H
[3-6]。
2{VWôÀCÉ|¡ VW78RS

“ ô
Óù¡678Î

o2B—šÁ†–B»W7
8
。20
’#

ëB2B*”(2*

VW78
€\]kÃ
[7]。
 zT}iVW786%ÄÅ
ÆG

²ÇoÇçÈ6ÁÂ2UMͯÉÊ{(“
 Ë{RSTUVWm* r$ñuv6yû
‘ô
[8]。
JKLMNOóKNΐ6Ìõü|6#
B{
[9]。
JKLp°iÇB×ǂ

͉ÏÿùÎ
ÏkÉÊ
[10],
JKLl¬Nb^zl¢

¢

­
|oÐ2{(#B{

NO*ÿÛÑ
,^
z£¤m
.

ÒxÄo

Ӂ(Rµ2{2Z6*ÿ


BMç²ÇU6Ôà78
[11-12]。
cd<”¾¿Zm.ÕÖ;mnñ16


×45ØîÙ4
IB4
 æ745

mÇVW78v
Ç6Q*;<š
P2,
?ofg.Uÿ’78ÉÊ-
.

‹+o*ÇBJKLMNOPQ78RSTU
VW

1 
vw%xZ
1.1 
bc
ClostridiumbeijerinckiIB4,
ëcdê"¾¿Z
mnä[

1.2 
{|K
1)
õ.;<š
(g/L) 
8FÚ
3,
¹º5,
#
³GÛÚ
10,
»lÜ
2,NaCl,MgSO43,KH2PO41,
K2HPO41,FeSO4·7H2O01;pH60。§;<š
4Èݹ
20。
2)
78;<š
P2(g/L) C
9

§¨N

­N

KN

KLl¬NbMNO
),K2HPO4 05,
KH2PO405,CH3COONH422,MgSO4·7H2O02,
MnSO4·H2O001,NaCl001,FeSO4·7H2O001,¨
ÆÞ
1。
3)
JKLl¬Nb6RS
[13] 
JKL"
H2SO4
«¬6›Úà9:=

|iÿ& 
2%,
ø*s”
125℃,
›ÚàŠ,
150min,m(
JKL
)∶V(2%
›
l
)=1∶5(g/mL)
ßyɆ
,80℃
«xÇ
Ca(OH)2
M
pH
l
6.0,
Ɇñ16á KLl¬Nb

Ê
¼¢.Q{
(TPC)21g/L。
ÊN|i8”
359g/L,
ÊN6ü|*ÿ §¨N

­NMà¿áN
,m(
§¨
N
)∶m(
­N
)∶m(
à¿áN
)=1∶6∶1。
1.3 
{|fg
1)
z.;<9:
 
+
15mL
õ.J¸>Sõ
B
50mL
â2u6õ.;<š

Òb
30mL,
35℃
ãL;<
12h。
2)
õ.;<9:
 
+z.õ.bÕ
5%
6Éä
vS1
100
M
500mL
â2u6õ.;<š

Òb
ÿ$ 
50
M
300mL,35℃
ãL;<
12h。
3)
ãLu789:
 
+;<
12h
®6õ.b
Õ
10%
6ÉäSõ1
100mL
â2u678;<š


Òbi
50mL,35℃
ãL;<
72h。
4)
78_789:
 
+;<
12h
®6õ.b
Õ
10%
6ÉäSõ
5L
78_
(KF 5Lfermentor;
KoBioTech.Co.Ltd)


78;<š
3L,`
aåv
w
100r/min,
Sõ®C
N210min,35℃ãL;§¨NôY)

–Š~#•–4º”
(OD600)®Á
Îä·

78OÕ®

•–N#6»l

VlMÊ
³¦8”

1.4 
n„xZ
1)
4º”6•–
 
æ‚ÿ  ”Ð
(Spec
trumlab752S)
B
600nm
ڕ–ì Þ
OD600
[1]。
2)
§¨N8”6•–
 
)Ç2{ùòÿ˜{
(SBA240C,
ý«×ò±2{uvê

•–

3)
Êq2N8”6•–
 

3,5
˜¥š«I
l
(DNS)
ÉÄ,
[14]。
o2N)ÇiTb8Äç,
[15]
(HPLC)。
Äçÿ˜è
:BioRedAminexHPX 87H
·
m.`éÄçè

+•ó
:ShosexRI101
·ºHê 
+•ó

j$8
:5mmol/LH2SO4³b;f#6:20
μL;j$8jw:06mL/min;ès:55℃。
4)
ʼ
(TPC)
6•–=,
 
)Ç#éÿ  ”
{fg•–

•–Šg¼.Q{<ëì ©ª
•

½¼.Q{<£í ©ª•

!RëìÂM£
í6©ªÿÏ

•–=,ó~
25mL
w•#-B
(30±2)℃
=
,¸
wÈ0
05mL
£í ­|oN¦
[
5mLNa2CO3 ÔÃlœN¦,î-30min®,•
–³b"
700nm
Ú6젔Þ

ïð젔Þ[
ëìÂM£í6©ªÿÏñw•#g¼.Q{
M½¼.Q{68”

±²« ?¡
)。
5)
»l

VlMʳ¦8”6•–
 

FULI
9710
g8Äç{•–»l

VlMʳ¦8”
,FID
+•ó

Äçè

ÃïðÂ>è

§–8
:SE 30,
—
Ç
:30m×032mm×1μm,¢·:é,—ihÇs
”
290℃。
è¶s”
90℃,
+•ós”
180℃,
f
#ós”
180℃,
¦g 
N2,jw30mL/min,<•
VW Ã©{

f#i
04μL。
2 
…†%‡)
2.1 C
æ»e…†dÄW
"0È
30g/L
6Fã

9

§¨N

­N

K
N

PQN

JKLl¬Nb

NO

6
P2
78;<
š
,35℃
;<
72h,
Ž
C.beijerinckiIB4
?Fã

96²Ç&

78O“ôP

êº

ëP

#,
:C.beijerinckiIB4
H+²Ç§¨
31 
!

# ±²³(

JKLMNOPQ78RSTUVW
N、
­NMKN(Fã

978BVW
,6
õ

96
v.Uiçñò §¨N

PQN

‹ÚàNO

J
KLl¬NbMKN

­N

P

O“qPQ

30g/L
§¨N 



#<ñ1—i6ʳ¦^
i
(123±031)g/L,
oVW^i 
(893±
015)g/L。
o2

9°§¨N8É

²ÇU_F
i

Þñô}6ó

JKLl¬NbMNO 

9
Š

ʳ¦6Biÿ$ 
(950±029)
M
(1030±
027)g/L,
:QA45?JKLl¬NbMNO
6ô…R{Azƒ×G

ˆ
1 30g/LC
æ»e…†dÄW
Table1 Fermentationresultsusingdiferentcarbonsourceassubstratewith30g/L

9
ρ(B{)/(g·L-1)
»W |¡ VW ʳ¦
w(
VW
)/%
v.U
/%
§¨N
0.34±0.05 3.03±0.11 8.93±0.15 12.30±0.31 72±0.11 410±0.9
­N
0.21±0.02 1.85±0.09 6.45±0.10 8.51±0.21 75±0.05 284±0.7
KN
0.11±0.03 1.89±0.12 7.56±0.19 9.56±0.34 79±0.11 319±0.9
PQN
0.25±0.07 3.10±0.22 7.54±0.17 10.89±0.46 70±0.16 363±0.5
JKLl¬Nb
0.50±0.03 2.20±0.15 6.80±0.11 9.50±0.29 71±0.10 319±0.9
‹ÚàNO
0.20±0.01 2.60±0.11 7.40±0.16 10.30±0.27 71±0.09 343±0.8
 
2.2 
çèàé·êë»ìíîedÄW
`#uvO“ܺ

i8”6

9?
C.beijer
incki
zQÜ6R“Ç
[3]。
cdŽ6"^Fã
§¨N|i8”
(30、35、40
M
45g/L)
6
P2
78;
<š

B
35℃
;<
72h,C.beijerinckiIB4
6VW
78&

O“ôR

êº

ëR

#,

N|i8”"
35g/L
Š

VWMʳ¦6Bi—i

|i8”ÿ$ 
965
M
1393g/L。
N|i8”…É
35g/L
®

VW
Mʳ¦6BicdN|i8”6ÄÈn_°

m
1 
çèàé·êë»
IB4
edÄW
Fig.1 Efectofdiferentglucoseconcentration
onIB4fermentation
2.3 
nÙe‘ïwnÙed…†
¼ŽãLó786O“

"78_fgÿ’
78Š


40g/L
§¨N“ 

9

‚Ð6³r
?¡"Ã6

õ.U=>

ÿ$ 
:(40+0)、(5+
35)、(10+30)
M
(20+20)g/L。
.Uÿ’78O“éP
2。
ëP

#,

ô–
GÈ0
40g/L
§¨Nÿ’78Š
,C.beijerinckiIB4
64
OD600—i#V141±025,ʳ¦MVW
6|i8”ÿ$ 
(149±037)
M
(93±015)
g/L。
Ço2.Uÿ’78Š

ʳ¦MVW6B
i×Éÿ’78zê}f

ƒ4
OD600zê_°。
î)Ç
(10+30)g/L
6.Uÿ’=>78Š

VW
Mʳ¦6|i8”ÿ$V1
(121±011)
M
(168±036)g/L,
Éÿ’78}i6
279%
M
128%。
P

O“q:Q

CÉ.Uÿ’78

78âã
WXdR§¨N6|i8”

#<R
C.beijerincki
IB4
462Z

78Š,bj
40h
UZ1
48h;
®
#0ÈMi|i8”6§¨N

H+ôf4iT
v.2B³¦

2.4 
ÝÞߑàáâe…†
šBP

6

õ.Uÿ’78O“

R–6
JKLMNO.Uÿ’PQ78RSVW6õ
ö


(10+30)g/L
6.U=>

"
5L
78


<ÊN|i8” 
10g/L
6JKLl¬N
b

B
35℃、100r/min,
78;<
16h,
m®.È
|i8” 
30g/L
6NOl78OÕ

O“é
R
2。
41
2
 
{
 
È
 

 
É
 
Ê
  
!
10
"
 
ˆ2 IB4
nّïwnÙe…†
Table2 ResultsofbatchandfedbatchonIB4fermentation
ρ(.N)/
(g·L-1)
ρ(B{)/(g·L-1)
»W |¡ VW ʳ¦ »l Vl
OD600 w(VW)/% íU/%
78
Š,
/h
40 0.3±0.05
5.3±
0.17
9.3±
0.15
14.9±
0.37
0.66±
0.09
0.28±
0.07
14.1±
0.25
62.4±
0.3
37.3±
0.8 40
(5+35) 0.3±0.04
5.0±
0.15
11.1±
0.12
16.4±
0.31
1.29±
0.11
0.62±
0.09
11.6±
0.31
67.7±
0.2
41±
0.9 48
(10+30) 0.4±0.03
4.3±
0.21
12.1±
0.11
16.8±
0.36
1.5±
0.19
1.19±
0.21
10.8±
0.27
71.8±
0.2
42±
0.6 44
(20+20) 0.2±0.04
5.1±
0.16
10.5±
0.15
15.8±
0.35
1.13±
0.16
0.44±
0.17
12.4±
0.19
66.5±
0.3
39.5±
0.9 40
 
m
2 IB4
5ðÝÞߑàáâe
Fig.2 MixedfermentationofIB4with
bagasseandmolasses
  
jR

#<@æ

78Š, 
48h,
8ã9:
=

ÉP

§¨N“ 

9Š78Š,UZ6
4h。
VWMʳ¦Biÿ$ 
111
M
153g/L,
VWÉäV
725%,
VWMʳ¦6BUÿ$ W
L§¨N.N=>=6
902%
M
911%。
„#È
}i6JKLMNO6²ÇU

Í[76JKLM
NOPQ786¾6²Ç÷^

3 
…
 
)
1)C.beijerinckiIB4
#<²Ç§¨N

­N

K
N

KLl¬NbMNO(½õ

9RSVW

2)
.Uÿ’78#<}i
C.beijerinckiIB4
7
8ÉʐVWMʳ¦6v.U

)ǗP.U
=>
(10+30)g/L
Š

VWMʳ¦6|i8”ÿ

121
M
168g/L,
Éÿ’78ÿ$}i6
279%
M
128%。
3)C.beijerinckiIB4
#<²Ç^zR{6K
LMNOPQ78BVW

ÜÈ0q2N|i8”
10g/L
6JKLl¬Nb
,16h
®.È
30g/L
6N
O

VWMʳ¦6|i8”ÿ$ 
111
M
153
g/L,
yŠ6VWÉäiV
725%。
Mª6q

[1] GuoT,TangY,ZhangQJ,etal.Clostridiumbeijerinckimutant
withhighinhibitortoleranceobtainedbylowenergyionimplanta
tion[J].JIndMicrobiolBiotechnol,2012,39(3):401407.
[2] 
øù

úûü

ý£€

(

ÁÂol¬#B{?
Clostridium
acetobutylicumCICC8012
786I)
[J].
*Ç°®R2{±

,2010,16(6):845850.
[3] LeeSY,ParkJH,JangSH,etal.Fermentativebutanolproduc
tionbyClostridia[J].BiotechnolandBioeng,2008,101(2):
209228.
[4] 


x˜ÿ

‹5]

(

¾·2{TU

VW6uvf®
[J].
•ë.
,2008,28(6):2833.
[5] JonesDT,WoodsDR.Acetonebutanolfermentationrevisited
[J].MicrobiolRev,1986,50(4):484524.
[6] ChiaoJuishen,SunZhihao.Historyoftheacetonebutanolethanol
fermentationindustryinChina:developmentofcontinuousproduc
tiontechnology[J].JMolMicrobiolBiotechnol,2007,13:1214.
[7] QureshiN,BlaschekHP.RecentadvancesinABEfermentation:
hyperbutanolproducingClostridiumbeijerinckiBA101[J].JInd
MicrobiolBiotechnol,2001,27(5):287291.
[8] 
!5¾

Ģ"

#$

(

²ÇNO782BVW456ÿ
m¯m[%–
[J].
¡Ôò
,2010,5:3235.
[9] EzejiT,BlaschekHP.Fermentationofdrieddistilers′grainsand
solubles(DDGS)hydrolysatestosolventandvalueaddedprod
uctsbysolventogenicClostridia[J].BioresTechnol,2008,99:
52325242.
[10] 
1&

Šª

ëªc

(
.L
¥kl78ÇNO›Úà=,
uv
[J].
!Ö±±
,2005,16(3):1618.
[11] 
() 

ª*+

€,

(

JKLÁÂo}~[­|o°X
ÁÂo-p€./
[J].
ËͱC
,2011,4:316320.
[12] 
‹02

12

Ÿ«

(

JKNOÔàiB8F678²G
uv
[J].
!Öò±
,2010,17(4):363367.
[13] 
345

µ¶

67

(

Ël«¬¨Æ8RSV˜l
[J].
2
{ÈÉÊ
,2010,8(3):6672.
[14] 
í€9

”•*ÿÿ˜:;
[M].
‡ˆ

Ë…Îæ‰
Š
,1998.
[15] 
I<=

(5

 >h

(

²ÇJKNOãL78BV˜l
[J].
Ë¡×
,2010,218(5):3538.
51 
!

# ±²³(

JKLMNOPQ78RSTUVW