以油醇為高效萃取劑的丁醇萃取發(fā)酵和回收萃余液中溶劑產(chǎn)物的研究.pdf

1、丁醇發(fā)酵的主要產(chǎn)物是丁醇和丙酮，高丁醇/低丙酮的發(fā)酵特征往往是人們所追求的目標(biāo)。發(fā)酵最終的丁醇—丙酮產(chǎn)物比率取決于胞內(nèi)還原力的強(qiáng)弱。還原力NADH充足則丁醇/丙酮比例高。在傳統(tǒng)分批發(fā)酵中，通過向培養(yǎng)基中添加0.1％(w/v)，的中性紅或10g/L山梨醇或8mg/L煙酸來增加發(fā)酵系統(tǒng)的還原力。結(jié)果表明，培養(yǎng)基中加入0.1％(w/v)的中性紅，每升發(fā)酵液的產(chǎn)氣量與傳統(tǒng)丁醇發(fā)酵相比，低5L左右；丁醇濃度增大了18.4％；丙酮濃度降低了21.3

2、％。 丁醇發(fā)酵的溶劑產(chǎn)物、特別是主產(chǎn)物丁醇，是典型的最終代謝抑制產(chǎn)物。利用油醇作為丁醇萃取劑進(jìn)行萃取發(fā)酵可以解除丁醇的抑制和阻礙作用，從而極大地提高丁醇發(fā)酵生產(chǎn)強(qiáng)度。中性紅可以部分代替鐵氧還蛋白進(jìn)行電子、質(zhì)子的傳遞，強(qiáng)迫還原態(tài)的電子載體通過還原NAD來補(bǔ)充NADH，從而增加還原力。在15％的玉米醪培養(yǎng)基中添加0.1％(w/v)中性紅，同時(shí)與油醇萃取發(fā)酵相耦聯(lián)，可以進(jìn)一步增強(qiáng)發(fā)酵性能。發(fā)酵結(jié)束后，油相中的丁醇濃度比傳統(tǒng)萃取發(fā)酵提高

3、了45.2％，溶劑總生產(chǎn)強(qiáng)度提高了24.5％。 利用生物柴油作為丁醇萃取劑開展丁醇萃取發(fā)酵，發(fā)酵結(jié)束后得到的萃取有丁醇的生物柴油可以當(dāng)成“高品質(zhì)”生物柴油直接使用，從而省去了溶劑產(chǎn)品回收耗能過程。但是，上述萃取發(fā)酵也產(chǎn)生了大量的萃余液，回用部分萃余液于下一輪次的發(fā)酵用水拌料，可以起到節(jié)水的目的。但是，對(duì)萃余液的處理還存在兩個(gè)大問題：一是萃余液中的殘留丁醇濃度過高，使用萃余液進(jìn)行拌料的輪次發(fā)酵無法正常進(jìn)行：二是不能回用的萃余液中還

4、含有一定的溶劑產(chǎn)物。如果利用丁醇的高效萃取劑—油醇對(duì)萃余液中的丁醇進(jìn)行萃取、回收，增加油醇中的丁醇含量，產(chǎn)品蒸餾精制的成本將大大降低。但是，萃取劑油醇是價(jià)格昂貴產(chǎn)品，雖然它可以被循環(huán)使用，但其使用量(成本)依舊是一個(gè)大問題。為此，我們開展了利用油醇對(duì)萃余液進(jìn)行多次萃取、多級(jí)數(shù)萃取組合系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬研究，對(duì)萃取工藝系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。在萃余液初始丁醇濃度為10g/L時(shí)萃取條件為：各級(jí)的C1，C2，C3的值分別為0.2，0.2，0.4，這時(shí)油