合成氣發(fā)酵梭菌C.autoethanogenum的生長(cháng)特性與CO發(fā)酵性能

華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第42卷第11期Journal of South China University of TechnologyVol 42 No 112014年11月Natural Science Edition)November 2014文章編號:1000-565X(2014)11-0136-07合成氣發(fā)酵梭菌C. autoethanogenum的生長(cháng)特性與CO發(fā)酵性能徐惠娟梁翠誼!許敬亮!郭穎!張字!莊新姝袁振宏(1中國科學(xué)院廣州能源研究所∥可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗室,廣東廣州510640;2.中國科學(xué)院大學(xué),北京100049)摘要:為探討合成氣發(fā)酵乙醇的新工藝,對梭菌C. autoethanogenum的生長(cháng)特性及CO發(fā)酵性能進(jìn)行了研究.考察了不同碳源對C.α utoethanogenum生長(cháng)的影響,發(fā)現木糖是其生長(cháng)的最佳底物對生長(cháng)培養基進(jìn)行了改良,使C. autoethanogenu的菌體質(zhì)量濃度提高2倍以上,代謝產(chǎn)物以乙酸為主,只產(chǎn)生少量乙醇.利用1L氣體采樣袋研究了C. autoetha-nogent的CO發(fā)酵性能,在1.0g/L酵母膏的發(fā)酵培養基中經(jīng)過(guò)兩次CO發(fā)酵后,乙醇質(zhì)量濃度達3.464g/L,CO乙醇轉化率達51.7%.研究表明:N2環(huán)境、180℃4MPa下,20min高溫液態(tài)水處理蔗渣得到的水解液可用于C.α utoethanogenum的培養,培養液再進(jìn)行CO發(fā)酵,經(jīng)過(guò)一次發(fā)酵后得到的乙醇質(zhì)量濃度為3.13g/L,CO乙醇轉化率為46.9%,與之前兩次發(fā)酵的結果接近,但是發(fā)酵時(shí)間大大縮短.關(guān)鍵詞:合成氣;乙醇;一氧化碳;氣體發(fā)酵中圖分類(lèi)號:Q815doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2014.1.020自1987年發(fā)現第一株可以利用CO或CO2、H2合成氣乙醇發(fā)酵菌株37,此后,研究者們又陸續發(fā)進(jìn)行生長(cháng)并發(fā)酵產(chǎn)乙醇的微生物 Clostridiumψu(yù)ng-現了其他的一些合成氣發(fā)酵菌株,包括 Clostridiumdahlin(C. ljungdahlii)之后,一種新的乙醇生產(chǎn)技 carboxidivorans(C. carboxidivorans)89)、 Clostridium術(shù)—合成氣發(fā)酵應運而生該技術(shù)以煤、生物質(zhì) autoethanogenum(C. autoethanogenum)0、 Clostridia-或有機廢棄物的氣化合成氣(主要成分為CO0、CO2 um ragsdale(C. ragsdale)12及 Alkalibaculum bac和H2)為原料,利用特定的微生物將其發(fā)酵為乙醇.chi(A.bci)(等這些菌株產(chǎn)乙醇的能力各不相由于氣化過(guò)程可以將原料中的所有含碳有機物轉同.據報道,C. ngdahlii在具細胞循環(huán)的連續攪拌化為合成氣,因此包括木質(zhì)素在內的一些難降解物罐式反應器(CSTR)中發(fā)酵,乙醇的質(zhì)量濃度高達質(zhì)都可以被利用;而且合成氣生物轉化具有反應條48g/L;C. carboxidivorans在鼓泡柱式反應器件溫和、專(zhuān)一性強及對合成氣中的某些毒害氣體具(BCR)中發(fā)酵13d后,乙醇質(zhì)量濃度達275g/L耐受性等優(yōu)點(diǎn)12.除氣化合成氣外,一些富CO的同樣在具細胞循環(huán)的CSTR中,A.bch連續發(fā)酵工業(yè)廢氣(如轉爐氣、電石爐氣、黃磷爐氣等)也可30d后的乙醇質(zhì)量濃度達5g/L以上6.相較之下,以被合成氣發(fā)酵徵生物利用及轉化C. autoethanogenum的相關(guān)研究較少,而且在僅有的C. ljungdahli是最早被研究也是研究得最多的些報道中,其合成氣發(fā)酵的乙醇質(zhì)量濃度都在收稿日期:2014-04-3*基金項目:國家“863”高技術(shù)計劃項目(2013AA065803);廣州市科技計劃項目(2014100220);生物反應器工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室開(kāi)放課題(2014OPEN10);中國科學(xué)院廣州能源研究所所長(cháng)創(chuàng )新基金作者簡(jiǎn)介:徐惠娟(1971-),女,副研究員,主要從事燃料乙醇的生物合成研究H中國煤化工CNMHG通信作者:袁振宏(1953-),男,研究員,主要從事生物質(zhì)能源的生化轉化研究L-mau: yuanzhi( ms.ge.ac.cn第11期徐惠娟等:合成氣發(fā)酵梭菌C. autoethanogenum的生長(cháng)特性與CO發(fā)酵性能1370.5gL以下18.合成氣發(fā)酵菌株基本都是嚴格厭氧箱中進(jìn)行厭氧菌,因而通常采用厭氧瓶或血清瓶對它們進(jìn)行1.2分析方法批式發(fā)酵研究,下層液相為培養基和菌體,氣體底發(fā)酵液于4℃、12000r/min下離心10min,取上物充滿(mǎn)上層空間但是對于一個(gè)氣體底物發(fā)酵過(guò)程清.乙醇與乙酸含量采用 agilent7890A型氣相色譜而言,這兩種容器都存在一定缺陷:由于底物處于儀檢測,載氣為Ar,采用DB-FFAP毛細柱(30mx固定體積的上層氣相中隨著(zhù)底物的利用,上層氣0.25m×0.25μm)和FID檢測器,進(jìn)樣口溫度為相的壓力會(huì )逐漸降低,不利于底物的進(jìn)一步利用,250℃,檢測器溫度為300℃色譜柱先在40℃下保而且這種體積固定的玻璃瓶不便于監測、計量氣體持5mn;然后以20℃/min的速度升溫至140℃,保的利用情況有鑒于此,文中擬采用一種新的反應持3min;繼續以40℃/min的速度升溫至250℃,再容器來(lái)研究合成氣發(fā)酵過(guò)程克服厭氧瓶或血清瓶保持3mim.柱流量為1mL/min,載氣流率為的上述缺陷30mL/min,分流比為1:50C. autoethanogenum可以利用木糖,且木糖是其發(fā)酵液中殘糖及水解液的成分采用 Waters2498生長(cháng)的優(yōu)良底物木質(zhì)纖維素原料水解液中的一個(gè)高效液相色譜儀(HPC)檢測, Shodex Sugar SH1O11重要組分即是木糖但這部分木糖較難被發(fā)酵利柱,以0.005m0/L的H5sO4作為流動(dòng)相,流量為用因此,文中擬以 C autoethanogenum為研究對象,o.5mL/mim,柱溫為50℃,Uv-R檢測器,檢測器溫考察其對木質(zhì)纖維素水解液的利用及CO發(fā)酵性度為50℃樣品需預先離心(1200ymim,1omn)并能,探索氣體發(fā)酵制乙醇的新工藝以0.22μm濾膜過(guò)濾1材料與方法氣體組分檢測采用 Agilent7890A型氣相色譜儀, Agilent5A分子篩柱(8f×1/8″×2mm,60-801.1菌株與培養基目)和 Agilent Hayesep Q柱(6ft×1/8”×2mm,80所用菌株C. autoethanogenum DSM10061購自100目),進(jìn)樣器溫度為200℃,分流比為20:1,柱流德國菌種保藏中心.量為3mL/min,TCD檢測器溫度為200℃.柱子先在生長(cháng)培養基在DSM640培養基和 Rajagopa-60℃下保持3min,再以15℃/min的速率升溫到lan培養基的基礎上進(jìn)行了改良,成分(每升)如250℃下:10mL無(wú)機鹽溶液,10mL微量元素溶液,10mL通過(guò)檢測600nm波長(cháng)下菌液的光密度(OD)值維生素溶液,1.0g酵母膏2.0g蛋白胨,0.5g半胱來(lái)測量菌體密度,再根據OD值與干重的計量關(guān)系氨酸鹽酸,50g嗎啉乙磺酸,0.5mL0.1%刃天青,計算得到細胞干重.前期研究已知每一個(gè)OD對5.0g木糖,pH=6.其中,無(wú)機鹽溶液組成如下:應的細胞干重為247mg/LNaC180gL,NH4C100g1,KC10gL,KH2PO41.3碳源對C. autoethanogenum生長(cháng)影響的10g/L,MgSO4·7H2O20g/L,CaCl2·2H24g/L;微檢測量元素溶液組成如下:次氮基三乙酸2g/L,MnCl2分別以葡萄糖和纖維二糖代替生長(cháng)培養基中4H2O1.3g/L,Col2·6H2O0.2g/L,ZnSO4·7H2O的木糖保持質(zhì)量濃度不變(5.0g/L),配制成相應0. 2g/L, FeCl, 6H200.4g/L, CuCI 2H,00 02g/L,的培養基,按10%的接種量接種活化后的C. autoeNiCl 6H,0 0.02 g/L, Na, MoO4 2H20 0. 02 g/L,NaWO42H2O0.025gL;維生素溶液組成如下:生 hanogenum至不同培養基中,于37℃培養箱中靜置物素2mg/L,葉酸2mg/L,維生素B610mg/L,維生培養4d,取樣檢測ODa值及糖含量在100mL厭氧瓶中進(jìn)行反應,培養基為50mL素B15mg/L,核黃素5mg/L,煙酸5mg/L,泛酸鈣5mg/L,維生素B25mg/L,對氨基苯甲酸5mg/L1.4C. autoethanogenum生長(cháng)曲線(xiàn)的測定發(fā)酵培養基不含木糖和蛋白胨,其余組分同生反應在500mL厭氧瓶中進(jìn)行按10%的接種量長(cháng)培養基,pH=6接種活化后的 C autoethanogenum至生長(cháng)培養基中,配制好的培養基于121℃下高壓蒸汽滅菌37℃下靜置培養,定時(shí)取樣檢測ODo值殘糖及產(chǎn)20min后,從滅菌鍋中取出,立即放入厭氧操作箱中物質(zhì)量濃度氣5組成:N8%,H10%,0.5%),待培養基1.5氣袋中國煤化工顯示無(wú)色后加塞密封所有接種及取樣等操作均在反應在CNMHG氣袋大連德138華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第42卷霖氣體包裝有限公司生產(chǎn))中進(jìn)行.氣袋預先以N2充放氣3次,再以CO充放氣3次,然后在壓力為■菌體質(zhì)量濃度0.015MPa、流量為0.8L/min的條件下充氣(CO糖利用率lmin,關(guān)閉旋塞按10%的接種量接種生長(cháng)至對數期的C. autoethanogenum于發(fā)酵培養基中,混勻后用8600注射器抽取樣品,從旋塞上的小孔注入氣袋中,每個(gè)氣袋加入55mL.氣袋置于37℃培養箱中靜置培葡萄糖纖維二糖養,待氣袋完全扁下去后取樣檢測殘留氣體成分、OD值及產(chǎn)物質(zhì)量濃度隨后,按上述條件再次向氣袋碳源充氣(CO),重新灌充CO的氣袋繼續置于培養箱中培圖1C. autoethanogenum對不同碳源的利用養,待氣袋再次完全扁下去后同上進(jìn)行第二次檢測ig. 1 Utilization of different carbon sources by C. autoethano-CO乙醇轉化率根據下式計算CO乙醇轉化率=乙醉實(shí)際得率×100%=22C. autoethanogenum在改良培養基中的生長(cháng)曲線(xiàn)乙醇生成量(mg)/46.07(g/mo)]×6消耗的標準狀態(tài)CO體積(L)×4464(mMD)x100%圖2為C. autoethanogenum在改良培養基中的1.6C. autoethanogenum對蔗渣水解液的利生長(cháng)曲線(xiàn)從圖中可以看出;第1天為生長(cháng)延滯期;用實(shí)驗從第2天開(kāi)始,C. autoethanogenum進(jìn)入對數生長(cháng)甘蔗渣粉碎至40~80目,水洗后于105℃下烘期;第4天后進(jìn)入穩定期菌株生長(cháng)的同時(shí)伴隨著(zhù)干,以1:20的質(zhì)量比與水混合,置于水解反應器中木糖的消耗及乙酸的生成而乙醇只在對數生長(cháng)中進(jìn)行水解,水解液冷卻后于1200%m下離心期才開(kāi)始被檢測到,且量很少(小于Q.25gL),整10min,取上清以水解液離心后的上清代替生長(cháng)培個(gè)生長(cháng)階段變化不大,說(shuō)明乙酸是生長(cháng)偶聯(lián)型產(chǎn)養基中的木糖及水,配制成水解液培養基(pH=6).物而乙醇是非生長(cháng)偶聯(lián)型產(chǎn)物,這與 Klasson等2按10%的接種量接種生長(cháng)至對數期的C. autoetha對C. nydahl的研究結果一致因為乙醇和乙酸nogenum于水解液培養基中,在37℃下靜置培養是由中間代謝物乙酰輔酶A在不同酶的催化下轉4d,取樣檢測ODa值、殘糖及產(chǎn)物質(zhì)量濃度.反應化而成的,生成乙酸能產(chǎn)生一分子ATP(三磷酸腺在100mL厭氧瓶中進(jìn)行,培養基為50mL苷),生成乙醇則不能,因此菌體生長(cháng)階段的主要產(chǎn)物是乙酸此外,在改良培養基中培養4d后,C.al2結果與討論toethanogenum的菌體質(zhì)量濃度可達311mg/L,是之2.1碳源對C. autoethanogenum生長(cháng)的影響前郭穎等2研究結果的3倍多德國菌種保藏中心推薦的C. autoethanogenum25.0500生長(cháng)培養基中既含木糖,又含纖維二糖,而 Abrin面n一木糖等0認為C. autoethanogenum不能利用葡萄糖.文中分別以木糖、葡萄糖和纖維二糖為唯一碳源配制i aof-LM x awo i生長(cháng)培養基,考察C. autoethanogenum對不同碳源的10菌體濃度利用情況,結果如圖1所示.從圖中可以看出:以木糖為碳源時(shí) C autoethanogenum生長(cháng)最好,菌體質(zhì)量時(shí)間/h濃度及糖利用率都遠遠高于其他兩種碳源;C.auoe圖2C. autoethanogenum的生長(cháng)曲線(xiàn)thanogenum在葡萄糖及纖維二糖培養基中都有少Fig 2 Growth curves of C. autoethanogenum量生長(cháng),但是糖利用率都較低(小于10%),其中對纖維二糖的利用最少這說(shuō)明葡萄糖和纖維二糖都23氣袋生長(cháng)一發(fā)酵實(shí)驗結果及分析不適宜作為C. autoethanogenum生長(cháng)培養基的碳源CO發(fā)酵是一個(gè)厭氧氣杰底物發(fā)酵過(guò)程,反應因此后續研究中均以木糖為生長(cháng)培養基中的唯一式如下所示中國煤化工碳源4C0+2CNMHGo第1l期徐惠娟等:合成氣發(fā)酵梭菌C. autoethanogenum的生長(cháng)特性與CO發(fā)酵性能6C0+3H2OCH, CHOH +4c0階段,消耗的CO主要用于菌體生長(cháng),菌體質(zhì)量濃度該過(guò)程對反應裝置的密封性能要求比較高,普得到較大增長(cháng),產(chǎn)物以乙酸為主醇酸摩爾比較低,通的厭氧瓶較難滿(mǎn)足這一點(diǎn)這是因為,注入瓶中CO乙醇轉化率也較低(小于16%);在第2階段,消的CO可能從瓶口泄漏,而且CO被利用后會(huì )使得耗的CO有一部分仍用于菌體生長(cháng),表現為菌體質(zhì)瓶?jì)壬蠈託庀鄩毫档?存在氧氣滲入的可能.文量濃度繼續增加,但是更多的CO用于合成代謝物中采用密封性能良好的氣體采樣袋來(lái)研究C.auoe-乙醇,乙酸質(zhì)量濃度相比第1階段有所降低,乙醇thanogenum的CO發(fā)酵性能,反應前后的氣袋變化質(zhì)量濃度則顯著(zhù)提高;在1.0g/L酵母膏的發(fā)酵培如圖3所示由于氣袋具有彈性體積,隨著(zhù)CO逐步養基中,乙醇質(zhì)量濃度達到3464g/L,CO乙醇轉化被C. autoethanogenum利用,氣袋的體積會(huì )逐漸縮率達51.7%.另外,0.8和1.0g/L酵母膏質(zhì)量濃度小,這既便于觀(guān)察又使得上層氣相的壓力相對穩下得到的最終菌體質(zhì)量濃度基本相同,但是后者的定雖然發(fā)酵過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生一定的CO2,但一方面消乙醇和乙酸質(zhì)量濃度更高,尤其是乙酸.酵母膏作耗的CO摩爾數多于生成的CO2摩爾數,且C.auoe為培養基中的主要氮源供菌體生長(cháng)利用,較高的濃thanogenum可以繼續利用CO2(在一定還原力存在度有利于生長(cháng),而乙酸是生長(cháng)過(guò)程中的主要代謝下),另一方面CO2較易溶于水所以最終氣袋里的物,因此表現為產(chǎn)乙酸較多但第2階段的乙酸質(zhì)氣體基本能耗盡.量濃度均出現不同程度的降低,酵母膏質(zhì)量濃度為0.8g/L時(shí)更為明顯,乙酸質(zhì)量濃度降至0.252gL,使得最終醇酸摩爾比達到15.76,比酵母膏質(zhì)量濃度為1.0g/L時(shí)的結果高很多. Klasson等在研究C. ljungdahlii時(shí)也發(fā)現降低酵母膏濃度可以提高產(chǎn)物中的醇酸摩爾比.由乙醇和乙酸的代謝途徑得(a)反應前(b)反應后知,乙酸在乙醛氧化還原酶的催化下可轉化為乙圖3氣袋變化圖醛,進(jìn)一步可繼續轉化為乙醇,因而可以認為,第2Fig 3 Variation of gas sampling b階段乙醇質(zhì)量濃度的增加伴隨著(zhù)乙酸質(zhì)量濃度的表1為C. autoethanogenum的氣袋生長(cháng)-發(fā)酵降低,說(shuō)明可能有部分乙酸轉化為了乙醇因此在結果.發(fā)酵培養基中的酵母膏質(zhì)量濃度分別為0.8一定范圍內,較高的酵母膏濃度或許是有利的,雖和1.0g/L,整個(gè)生長(cháng)-發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行了兩次CO充然醇酸比有所降低,但可以獲得更高的乙醇濃度,氣操作每一階段耗時(shí)20d左右,最后檢測氣袋中正如表1的結果所示關(guān)于這一點(diǎn),筆者將在后續的余氣只有CO2,沒(méi)有CO.從表1可以看出:在第1研究中展開(kāi)更深入的探討表1C. autoethanogenum的氣袋生長(cháng)-發(fā)酵結果Table 1 Results of growth and fermentation of C autoethanogenum in gas sampling bag酵母膏質(zhì)量濃度菌體質(zhì)量濃度乙醇質(zhì)量濃度乙酸質(zhì)量濃度CO乙醇反應階段/(g·L-1)最終pH值醇酸摩爾比/(mgL-1)/(gL1)/(gL-1)轉化率/%第1次充CO0.8230.750.8第2次充CO650.63.04815.76第1次充CO0.7041.6114.260.57第2次充CO1.2713.5551.724C. autoethanogenum對蔗渣水解液的利用點(diǎn)是水解液中得到的木糖濃度不高,如果用于木糖高溫液態(tài)水法是針對木質(zhì)纖維素類(lèi)生物質(zhì)的一發(fā)酵過(guò)程需要先進(jìn)行濃縮水解過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)種綠色預處理方法,它可將木質(zhì)纖維素中的半纖維物主要包括少量的糠醛、5羥甲基糠醛、葡萄糖醛素水解為木糖及其低聚糖,而且經(jīng)高溫液態(tài)水處理酸、乙醇酸、甲酸等,通常認為糠醛和5羥甲基糠醛后的纖維素原料更易于后續的酶解該方法具有不是發(fā)酵的主要中國煤化工察了這兩種添加化學(xué)試劑、發(fā)酵毒性副產(chǎn)物少等優(yōu)點(diǎn)23,缺物質(zhì)對C.aCNMH響.表2為C140華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第42卷autoethanogenum在不同水解液培養基中的生長(cháng)情已耗盡,取樣分析發(fā)酵液的OD∞產(chǎn)物質(zhì)量濃度況及產(chǎn)物,水解液由不同條件的高溫液態(tài)水處理蔗等,結果如表3所示.從表3可以看出,經(jīng)過(guò)兩天的渣得到從表2可看出:雖然水解液中木糖的質(zhì)量濃培養,水解液培養基中的木糖已經(jīng)用完,菌體質(zhì)量濃度較低,但仍可用于C. autoethanogenum的生長(cháng);不度達142.1mg/L,產(chǎn)物中含少量乙醇培養液接入氣過(guò),隨著(zhù)5-羥甲基糠醛及糠醛質(zhì)量濃度的升高,菌袋后,CO成為唯一的碳源,用于生長(cháng)與代謝,表現為體質(zhì)量濃度降低,說(shuō)明這兩種物質(zhì)對菌株的生長(cháng)有菌體質(zhì)量濃度繼續增加,乙醇質(zhì)量濃度達到定的抑制作用.經(jīng)比較,N2環(huán)境下180℃4MPa3.13g/L由于仍有部分CO用于菌體的生長(cháng),最終處理20mn得到的水解液較適合 C. autoethanoge的CO乙醇轉化率為46.9%與表1的結果相比較,mum的培養,該條件正好也是蔗渣酶解預處理的一利用蔗渣水解液生長(cháng)后再進(jìn)行CO發(fā)酵,得到的乙個(gè)較優(yōu)條件.醇質(zhì)量濃度及轉化率可達到單純CO生長(cháng)-發(fā)酵中以上述條件處理蔗渣,將得到的水解液與其他兩次發(fā)酵的水平,說(shuō)明該工藝是可行的,而且具有如營(yíng)養物質(zhì)混合制備水解液培養基,接種C. autoetha-下優(yōu)點(diǎn):①發(fā)酵時(shí)間大大縮短,由原來(lái)的40d左右nogent,在厭氧瓶中培養2d后直接將培養液轉入減少到16d;②更多的CO被用于乙醇轉化;③將木已灌注CO的1L氣袋進(jìn)行氣袋發(fā)酵實(shí)驗發(fā)酵14d質(zhì)纖維素水解液中木糖的利用與CO發(fā)酵有機結合后氣袋體積大幅度減小,檢測發(fā)現上層氣相中的CO了起來(lái)表2C. autoethanogenum在不同水解液培養基中的生長(cháng)情況及產(chǎn)物Table 2 Growth and products of C autoethanogenum in different hydrolysate media各物質(zhì)質(zhì)量濃度/(gL-1)菌體質(zhì)量濃度水解條件木糖5-羥甲基糠醛糠醛乙醇乙酸/(mg."-)180℃,4MPa,20min,N20.717112.9180T, 1. 5 MPa, 20 min, N,0.7300.0421.62200℃飽和蒸汽壓,20min0.6310.158l.9791.7338.5表3C. autoethanogenum在蔗渣水解液中的生長(cháng)情況及CO發(fā)酵結果Table 3 Growth and CO fermentation results of C autoethanogenum in bagasse hydrolysate medium各物質(zhì)質(zhì)量濃度/(gL)菌體質(zhì)量濃度CO乙醇轉化率樣品木糖羥甲基糠醛乙醇/(mg.L-l)蔗渣水解液1.1520.0180.575培養液(2d)0.1290.974142.1發(fā)酵液(14d)3.13408.446.9中的乙醇質(zhì)量濃度大大提高,在1L氣袋中經(jīng)過(guò)兩3結論次CO發(fā)酵,乙醇質(zhì)量濃度達3.464g/L,CO乙醇轉通過(guò)考察 C. autoethanogenum對木質(zhì)纖維素水化率達51.7%解液的利用以及它的生長(cháng)與CO發(fā)酵性能,得到以(3)N2環(huán)境、180℃4MPa下,20min高溫液態(tài)下結論水處理蔗渣得到的水解液可用于C1)木糖是C. autoethanogenum生長(cháng)的適宜碳nm的培養,再偶聯(lián)CO發(fā)酵該工藝的發(fā)酵結果可源但不適于乙醇合成代謝產(chǎn)物以乙酸為主.C.au-達到單純CO生長(cháng)-發(fā)酵時(shí)兩次發(fā)酵的水平,而且toethanogenum在改良培養基中生長(cháng)良好菌體質(zhì)量發(fā)酵時(shí)間大大縮短CO轉化為乙醇的效率提高濃度較之前的研究結果提高兩倍以上2)由于具有彈性體積及良好的氣密性能,氣參考文獻袋非常適合用于氣體發(fā)酵的研究.C. autoethanoge[1] Vega Jt al. Sulfurnum能夠以100%CO為唯一碳源進(jìn)行生長(cháng)并合成凵中國煤化工 methanogenic乙醇,雖然生長(cháng)速度比以木糖為碳源時(shí)慢,但是產(chǎn)物CNMHGpd Biotechnology第11期徐惠娟等:合成氣發(fā)酵梭菌C. autoethanogenum的生長(cháng)特性與CO發(fā)酵性能141990,24/25(1):329340Bioresource Technology, 2011, 102(10): 5794-5799[2 Ahmed A, Cateni B G, Huhnke R L, et al. Effects of bio- [13] Allen T D, Caldwell M E, Lawson P A, et al. Alkalibacumass generated producer gas constituents on cell growthLum bacchi gen nov, sP nov, a novel CO oxidizing, ethanolproduct distribution and hydrogenase activity of Clostridi-um carboxidinorans P7[J]. Biomass and Bi[J]. International Journal of Systematic and Evolutionary2006,30(7):665-672Microbiology,2010,60(10):2483-2489[3] Tanner R S, Miller L M, Yang D Clostridium Ljungdahli [14] Klasson K T, Ackerson M D, Clausen E C, et al. Biologi-sp nov, an acetogenic species in clostridial rRNA homolo-cal conversion of coal and coal-derived synthesis gasgy group I [J]. International Joumal of Systematic BacJ.Fuel,1993,72(12):l673-1678serology,1993,43(2):232-236[15 Datar R P, Shenkman R M, Cateni B G, et al. Fermenta-[4 Barik S, Prieto S, Harrison S B, et al. Biological produc-tion of biomass-generated producer gas to ethanol [Jtion of alcohols from coal through indirect liquefactionBiotechnology and Bioengineering, 2004, 86(5): 587-594[J]. Applied Biochemistry and Biotechnology, 1988, 18 [16] Liu K, Atiyeh H K, Stevenson B S, et al. Continuous syn-(1):363-378gas fermentation for the production of ethanol, n-propanol[5 Phillips J, Clausen E, Gaddy J Synthesis gas as substratend n-butanol [J].Bicfor the biological production of fuels and chemicals [J]Applied Biochemistry and Biotechnology, 1994, 45/46 [17] Guo Y, Xu J, Zhang Y,et al. Medium optimization for etha-1):145-157lol production with Clostridium autoethanogenum with[6] Klasson K T, Elmore BB, Vega J L, et al. Biological pro-carbon monoxide as sole carbon source [J].Bioresourceduction of liquid and gaseous fuels from synthesis gasTechnology,2010,101(22):8784-8789[J]. Applied Biochemistry and Biotechnology, 1990, 24/ [ 18] Cotter J L, Chinn M S, Grunden A M Influence of process25(1):857-873parameters on growth of Clostridium ljungdahlii and Clos-[7] Younesi H, Najafpour G, Mohamed A R Ethanol and ace-iridium autoethanogenuum on synthesis gas [J]. Enzynate production from synthesis gas via fermentation proceand Microbial Technology, 2009, 44(5 ): 281-288ses using anaerobic bacterium, Clostridium yijungdal[19 Rajagopalan S, Datar R P, Lewis R S Formation of etha[J. Biochemical Engineering Journal, 2005, 27(2): 110nol from carbon monoxide via a new microbial catalyst119[JJ. Biomass and Bioenergy, 2002, 23(6): 487-493[8] Liou J S-C, Balkwill D L, Drake G R, et al. Clostridium [20] Klasson K T, Ackerson M D, Clausen E C, et al. Biocon-carboxidiorans sp nov, a solvent-producing clostridiumof synthesis gas into liquid or gaseous fuels [J]solated from an agricultural settling lagoon, and reclassi-Enzyme Microbial Technology, 1992, 14(8): 602-608fication of the acetogen Clostridium scatologenes strain[21]郭穎許敬亮,徐惠娟,等合成氣和培養基組分對CSLI as Clostridium drake sp nov [J]. International Jour-autoethanogenum發(fā)酵產(chǎn)乙醇的影響研究[J].太陽(yáng)能nal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2005, 55學(xué)報,2011,32(9):1370-1374(5):20852091Guo Ying, Xu Jingliang, Xu Huijuan, et al. Study on[9 Ahmed A, Lewis R S, Fermentation of biomass-generatedcomposition effects of syngas and medium on ethanolsynthesis gas: effects of nitric oxide [J]. Biotechnologyuction wland Bioengineering, 2007, 97(5): 1080-1086.Energiae Solaris Sinica, 2011, 32(9): 1370-1374[10] Abrin J, Naveau h, Nyns E. Clostridium autoethanoge[22]余強莊新姝袁振宏,等高溫液態(tài)水中甜高粱渣半num sp nov, an anaerobic bacterium that produces etha-纖維素水解及其機理[J].化工學(xué)報,2012,63(2)nol from carbon monoxide [J]. Archives of Microbiolo-599-6051994,161(4):345-351[11] Saxena J, Tanner R S. Effect of trace metals on ethanoldrolysis of sweet sorghum bagasse hemicellulose with liproduction from synthesis gas by the ethanologenic aquid hot water and its mechanism [J]. CIESC Joumaltogen, Clostridium ragsdale [J]. Journal of Industrial2012,63(2):599-605Microbiology and Biotechnology, 2011, 38(4): 513-521. [23] Yu Y, Lou X, Wu H. Some recent advances in hydrolysettemperature, pH and buffer presence on ethanol produc.Energy Fution from synthesis gas by"Clostridium ragsdale"[J]2008,2YH中國煤化工CNMHG142華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第42卷Growth characteristics and carbon monoxideFermentation Performance of Clostridium autoethanogenumXu Hui-juan.2 Liang Cui-yi' Xu Jing-Liang Guo Ying Zhang Yu Zhuang Xin-shu' Yuan Zhen-hong(1. Guangzhou Institute of Energy Conversion/Key Laboratory of Renewable Energy, Chinese Academy of SciencesGuangzhou 510640, Guangdong, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)Abstract In order to develop the new technology of ethanol production from synthesis gas fermentaticharacteristics and carbon monoxide(co) fermentation performance of C autoethanogenum were investigated. Theeffects of different carbon sources on the growth of C autoethanogenum were analyzed and the results show that xylose is the optimal substrate. After the growth medium being modified, the cell density of C. autoethanogenum increased by more than 2 times, and the metabolic products were mostly acetic acid with a small amount of ethanolMoreover, the CO fermentation performance of C. autoethanogenum was studied in IL gas sampling bags. After twiceCO fermentation with C autoethanogenum in the fermentation medium containing 1. 0g/L yeast extract, an ethanolconcentration of 3. 464 g/L was achieved, and the yield of ethanol from CO reached 51. 7%. The investigation re-sults also indicate that the hydrolysate of bagasse treated with hot liquid water at 180C in a 4 MPa n2 atmospherefor 20 min can be utilized to culture C autoethanogenum, and the corresponding ethanol concentration and ethanolield from CO can reach 3. 13 g/L and 46.9%, respectively after only once CO fermentation, which are similar tothe results of the twice Co fermentation but with much less culture timeKey words: synthesis gas; ethanol; carbon monoxide; gas fermentation(上接第135頁(yè))Peanut Meal Fermentation by Bacillus subtilis BS H001 andCorresponding Product CharacteristicsLiu Dong-mei Chen Hao Hu Xiao-hui Wu Hui Li liSchool of Light Industry and Food Sciences, South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong, China)Abstract: In order to improve the amino acid balance in peanut meal( PNM)and to reduce peanut protein allerBacillus subtilis Bs Hool is used for peanut meal fermentation and the fermentation conditions are optimizedThen, some characteristics of fermented PNM( FPNM) were analyzed. Orthogonal test results show that(1)theoptimal conditions of peanut meal fermentation by using Bacillus subtilis BS H001 are a water content of peanut mealof 52%, a fermentation time of 44h, a stirring interval time of 8 h, a sterilization time of 45 min and an ammoniunsulfate content of 4. 0%;(2)under such conditions, the total protein content of FPNM reaches 56.20%, which23. 49% higher than that of PNM, and the contents of non-essential amino acids, essential amino acids and totalamino acids in FPNM are respectively 4. 92%, 43. 97% and 16. 49% higher than those of PNM. SDS-PAGE electrophoresis shows that, three kinds of protein macromolecules in optimized groups 9, 13, 15, 16 of FPNM, whichare of the molecule mass6.4ud4 u respectively, earl中國煤化工 results demon-strate that the peanut meal fermented by bacillus subtilis bs Hool canKey words fermentation; BacilluCNMHrthogonal test