分析生物發(fā)酵產(chǎn)丁醇研究進(jìn)展

劉熠坤

【摘 要】隨著我國生物化工技術(shù)的不斷發(fā)展，生物丁醇的研究技術(shù)也逐漸的發(fā)展起來，成為世界各國研究的熱點(diǎn)，其主要將可再生原料進(jìn)行生物發(fā)酵來生成丁醇，相比其他的生產(chǎn)丁醇的方法，發(fā)酵方法能夠有效的降低生產(chǎn)的成本，丁醇制取技術(shù)的不斷發(fā)展，促進(jìn)了丁醇生產(chǎn)工藝的進(jìn)步。

【關(guān)鍵詞】生物發(fā)酵；產(chǎn)丁醇；研究進(jìn)展

丁醇最為重要的化工原料在工業(yè)領(lǐng)域得到了有效的應(yīng)用，并且隨著丁醇制取技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用的范圍會越來越廣泛。丁醇作為可再生能源是丙酮丁醇發(fā)酵的重要產(chǎn)物，在使用的過程中具有良好的燃料性能，因此而受到了廣泛的關(guān)注。經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致的環(huán)境問題日趨嚴(yán)重和能源出現(xiàn)嚴(yán)重的危機(jī)，使生物發(fā)酵產(chǎn)丁醇具有廣闊的發(fā)展前景。

一、淀粉類以及糖類原料發(fā)酵制取丁醇研究進(jìn)展

在工業(yè)上生產(chǎn)的生物丁醇主要是以淀粉和糖類作為原料并利用傳統(tǒng)發(fā)酵的方法來制取丁醇。在發(fā)酵的過程中，細(xì)胞的濃度和高濃度底物以及產(chǎn)物抑制等因素的影響會使生產(chǎn)率和細(xì)胞質(zhì)量受到一定的影響，一般情況下的濃度都較低。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中為了能夠有效的促進(jìn)細(xì)胞的生長使生產(chǎn)的效率得到提高，相關(guān)的專家研制出了新的發(fā)酵工藝和技術(shù)，主要有主料分批發(fā)酵和兩段法發(fā)酵以及細(xì)胞循環(huán)技術(shù)和細(xì)胞固定化技術(shù)。近些年來，在制取丁醇的過程中充分考慮到糧食的安全和生產(chǎn)原料的成本，選用了淀粉和芭蕉芋淀粉以及菊苣和大麗花等作為發(fā)酵原料來制取丁醇，這些非糧食作物在制取丁醇的過程中成本較低，是當(dāng)前相關(guān)研究的主要熱點(diǎn)問題。在發(fā)酵木薯生產(chǎn)丁醇的過程中適量的加入酵母粉能夠有效的促進(jìn)細(xì)胞的代謝，使細(xì)胞由產(chǎn)酸期向產(chǎn)溶期轉(zhuǎn)化的速度加快，有效的縮短了發(fā)酵過程中的遲滯期，有效的提高了丁醇的產(chǎn)量，而且在發(fā)酵的過程中丁醇的產(chǎn)率和轉(zhuǎn)化率都得到了很大程度上的提高。另外，在利用西米淀粉作為發(fā)酵底物進(jìn)行丁醇發(fā)酵的過程中，獲得丁醇的總量和總?cè)軇┝渴?.85g/L以及16.70g /L，但是產(chǎn)率是相對較低的；通過利用酶解液為發(fā)酵主要原料，發(fā)酵產(chǎn)丁醇的產(chǎn)量是9.79g/L；首次使用新鮮的芭蕉芋作為發(fā)酵底物，通過運(yùn)用中心組合實(shí)驗(yàn)的方式將發(fā)酵的條件進(jìn)行優(yōu)化后，發(fā)酵丁醇的產(chǎn)量可以達(dá)到12.75g/L；利用菊芋汁水解液最為原來來制取丁醇的研究中，在發(fā)酵的過程中發(fā)酵培養(yǎng)基不需要加入氮源和生長因子，在良好的發(fā)酵條件下，丁醇的產(chǎn)量一般可以達(dá)到11.20g/L。

二、纖維類原料發(fā)酵制取丁醇研究進(jìn)展

木質(zhì)纖維類的主要原料有玉米秸稈和玉米芯以及稻草秸稈等一些糧食作為的秸稈和林業(yè)的廢棄物等。近些年來隨著我國能源危機(jī)不斷的加劇，木質(zhì)纖維類原料顯示出了其獨(dú)有的價(jià)值，能夠有效的解決我國資源緊張的狀況，并且得到了國內(nèi)和國外在生物發(fā)酵產(chǎn)丁醇領(lǐng)域的極大關(guān)注。利用大麥秸稈和玉米秸稈以及柳枝稷的水解溶液作為發(fā)酵產(chǎn)丁醇的底料，通過發(fā)酵后得到的結(jié)果可以看出小麥秸稈在發(fā)酵的過程中不需要進(jìn)行任何的脫毒處理就可以直接利用，發(fā)酵工序結(jié)束之后所得到溶劑產(chǎn)量可以達(dá)到25.0g /L左右，而對于大麥秸稈和玉米秸稈以及柳枝稷水解液則無法得到一樣的發(fā)酵效果，因此無法進(jìn)行有效的利用。

相關(guān)專家想用較濃的正磷酸和氫氧化鈉對稻桿進(jìn)行有效的處理，相對于沒有經(jīng)過處理的原料進(jìn)行發(fā)酵，一千克稻桿總的溶劑產(chǎn)量由原來的10克提高到了62克；把玉米芯水解液作為發(fā)酵底物，在研究的過程中可以看出乙酸銨和木糖的成分發(fā)酵的過程中起著一定的調(diào)控作用，使丁醇制劑的產(chǎn)量可以達(dá)到20.60g/L.我國利用木質(zhì)纖維作為發(fā)酵的原料來制取丁醇的研究已經(jīng)取得了較好的研究效果，通過對玉米秸稈最為原料把膜生物反應(yīng)器和發(fā)酵系統(tǒng)相耦合來進(jìn)行丙酮丁醇連續(xù)發(fā)酵，丁醇在發(fā)酵過程中的產(chǎn)率可以達(dá)到0.31g/（L·h）；玉米秸稈水液為底料，通過發(fā)酵產(chǎn)丁醇的總量為6.58g/L；利用高濃度木薯渣水解液發(fā)酵產(chǎn)生丁醇的過程中，利用纖維床生物反應(yīng)器偶連器提技術(shù)對發(fā)酵的原料進(jìn)行分批補(bǔ)料進(jìn)行發(fā)酵，丁醇的總產(chǎn)量和溶劑的產(chǎn)量可以達(dá)到76.3L和108.6L；以玉米纖維素水解的產(chǎn)物作為底料，不需要進(jìn)行任何的脫毒處理，發(fā)酵產(chǎn)丁醇的溶劑產(chǎn)量和丁醇的產(chǎn)量分別是12.8g/L和9.2g/L。

三、結(jié)束語

丁醇作為一種新型的綠色生物燃料，會以其獨(dú)有的特點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用和認(rèn)可，通過生物發(fā)酵產(chǎn)丁醇的工藝不需要太多復(fù)雜的過程，因此生物丁醇具有非常大的市場潛力，能夠有效的緩解我國能源緊張的現(xiàn)狀。

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