黃達(dá)明，王美娟，管國(guó)強(qiáng)，崔鳳杰*，霍書豪，趙鵬翔，張軍宏，卜令習(xí)，趙正凱

1(江蘇大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江，212013) 2(國(guó)網(wǎng)節(jié)能服務(wù)有限公司北京生物質(zhì)能源技術(shù)中心，北京，100053)

運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌和休哈塔假絲酵母混合發(fā)酵秸稈產(chǎn)乙醇

黃達(dá)明1，王美娟1，管國(guó)強(qiáng)1，崔鳳杰1*，霍書豪1，趙鵬翔2，張軍宏2，卜令習(xí)2，趙正凱2

1(江蘇大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江，212013) 2(國(guó)網(wǎng)節(jié)能服務(wù)有限公司北京生物質(zhì)能源技術(shù)中心，北京，100053)

首先考察了運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌(Zymomonasmobilis，Z.mobilis)和休哈塔假絲酵母(Candidashehatae，C.shehatae)分別利用葡萄糖或木糖為唯一底物時(shí)的乙醇發(fā)酵特性；其次，研究了單菌及雙菌發(fā)酵混合糖(葡萄糖和木糖比例為 3∶1)的產(chǎn)乙醇性能；在此基礎(chǔ)上，考察了單菌和雙菌培養(yǎng)應(yīng)用于玉米秸稈發(fā)酵產(chǎn)乙醇的可行性。結(jié)果表明，Z.mobilis和C.shehatae的接種方式顯著影響混合糖發(fā)酵產(chǎn)乙醇的效率，當(dāng)分步接種發(fā)酵48 h后，乙醇產(chǎn)量達(dá)到最高，為25.77 g/L。當(dāng)以60 g/L NaOH預(yù)處理的玉米秸稈為底物時(shí)，分步接種可高效利用秸稈酶解產(chǎn)物(葡萄糖和木糖)實(shí)現(xiàn)乙醇產(chǎn)量的最大值(22.34 g/L)，提示Z.mobilis和C.shehatae分步接種發(fā)酵可最大化地發(fā)酵秸稈中的葡萄糖和木糖生產(chǎn)乙醇，有利于乙醇的高產(chǎn)率生產(chǎn)，可為實(shí)現(xiàn)纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇的工業(yè)化提供參考。

混合糖；運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌；休哈塔假絲酵母；乙醇；玉米秸稈

以木質(zhì)纖維素為原料生產(chǎn)燃料乙醇是當(dāng)前能源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[1]。木質(zhì)纖維素原料包括農(nóng)作物秸稈、林業(yè)加工廢料、甘蔗及城市垃圾中所含的廢棄生物質(zhì)等[2]。木質(zhì)纖維原料中纖維素和半纖維素分別約占干重的35%～45%和20%～40%。研究表明，充分利用木質(zhì)纖維原料中的木糖發(fā)酵生成乙醇，能使木質(zhì)纖維原料的乙醇產(chǎn)量增加25%。因此，木糖的乙醇發(fā)酵一直被人們視為木質(zhì)纖維原料生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)乙醇是否經(jīng)濟(jì)可行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[3-4]。

運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌(Zymomonasmobilis)在酒精發(fā)酵中具有優(yōu)良的工業(yè)應(yīng)用潛力。與傳統(tǒng)酵母相比，具有發(fā)酵速度快、底物利用率高、生物量得率低、乙醇產(chǎn)率高等特點(diǎn)，并能耐受高濃度乙醇和底物[5]。該菌可以利用葡萄糖和果糖等產(chǎn)乙醇，但不能發(fā)酵木糖等五碳糖。自1980年發(fā)現(xiàn)一些微生物可發(fā)酵木糖產(chǎn)乙醇以來，已有200多個(gè)菌株被證實(shí)可利用木糖。其中，約有30余種菌株可發(fā)酵木糖產(chǎn)乙醇，休哈塔假絲酵母(Candidashehatae)、鞣管囊酵母(Pachysolentannophilus)和樹干畢赤酵母(Pichiastipitis)等被認(rèn)為最具工業(yè)應(yīng)用潛力[6]。目前，構(gòu)建能夠同時(shí)發(fā)酵木糖與葡萄糖的基因工程菌也是木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[7-8]。

本文首先分別考察了Z.mobilis或C.shehatae單菌發(fā)酵和雙菌混合發(fā)酵單糖或混合糖(葡萄糖和木糖的比例為3∶1)時(shí)底物的利用效率和乙醇的生產(chǎn)性能。在此基礎(chǔ)上，以NaOH預(yù)處理的玉米秸稈為底物，探索了單菌和雙菌培養(yǎng)應(yīng)用于秸稈發(fā)酵產(chǎn)乙醇的可行性，以期為提供一種能充分利用秸稈水解產(chǎn)物葡萄糖和木糖生產(chǎn)乙醇和有效提高木質(zhì)纖維素的利用效率提供參考。

1 材料與方法

1.1 菌種與培養(yǎng)基

葡萄糖發(fā)酵菌株：運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌(Z.mobilis)，種子培養(yǎng)液(g/L)[9]：葡萄糖100.0，KH2PO42.0，酵母膏10.0，pH 7.0。裝液量100mL/250mL，30 ℃靜置培養(yǎng)12 h。

木糖發(fā)酵菌株：休哈塔假絲酵母(C.shehatae)，種子培養(yǎng)液(g/L)[6]：葡萄糖20.0，胰蛋白胨3.0，酵母膏5.0。裝液量100 mL/250 mL，30 ℃、100 r/min培養(yǎng)12 h。

發(fā)酵培養(yǎng)基(g/L)：葡萄糖25.0～200.0和/或木糖5.0～120.0，酵母膏5.0，(NH4)2SO45.0, KH2PO42.0，MgSO40.5。經(jīng)121 ℃滅菌15 min后接種發(fā)酵。

1.2 原料與主要試劑

玉米秸稈預(yù)處理：玉米秸稈取自河南焦作，經(jīng)60 ℃烘干至恒重(水分含量小于5%)。將玉米秸稈剪至4～5 cm，用SF130 型錘片式粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，經(jīng)5.00 mm篩孔過篩。將粉碎玉米秸稈按1∶10(g∶mL)加入1 mol/L的NaOH溶液中，經(jīng)室溫(25℃左右)下預(yù)處理24 h后，水洗至中性，烘干(水分含量小于2%)備用。

纖維素酶Spezyme CP：由Genencor International提供，其最適纖維素酶活溫度為50～55 ℃。經(jīng)測(cè)定，纖維素酶活為489 U/mL，木聚糖酶活為807 U/mL。

1.3 單菌發(fā)酵不同濃度的葡萄糖或木糖

配制葡萄糖濃度分別為25、50、100、150、200 g/L或者木糖濃度分別為5、15、30、60、120 g/L發(fā)酵培養(yǎng)基，經(jīng)121 ℃滅菌15 min后按10%(v/v)接種量接種，30 ℃培養(yǎng)48 h。每隔12 h取樣。

1.4 混合糖發(fā)酵產(chǎn)乙醇

參考玉米秸稈中葡萄糖和木糖比例(約為3∶1)，配置混合糖發(fā)酵培養(yǎng)基(g/L)：葡萄糖45.0，木糖15.0，酵母膏5.0，(NH4)2SO45.0, KH2PO42.0，MgSO40.5。經(jīng)121 ℃滅菌15 min后接種發(fā)酵。

采用3種接種模式發(fā)酵混合糖產(chǎn)乙醇：1)單菌發(fā)酵混合糖：在混合糖發(fā)酵培養(yǎng)基中只接入C.shehatae，30 ℃、100 r/min的條件下培養(yǎng)48 h；或只接入Z.mobilis，30 ℃靜置培養(yǎng)48 h；2)雙菌同步接種發(fā)酵混合糖：將休哈塔假絲酵母和運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌同時(shí)接入混合糖發(fā)酵培養(yǎng)基后30 ℃靜置培養(yǎng)48 h；3)雙菌分步接種發(fā)酵混合糖：先接入Z.mobilis，30 ℃靜置培養(yǎng)24 h后再接入Z.mobilis，繼而在30 ℃、100 r/min的條件下培養(yǎng)24 h。各實(shí)驗(yàn)組每隔12 h取樣，分別測(cè)定殘留葡萄糖/木糖濃度和乙醇產(chǎn)量等。

1.5 20L發(fā)酵罐同步糖化發(fā)酵秸稈產(chǎn)乙醇

秸稈發(fā)酵培養(yǎng)基(g/L)：NaOH預(yù)處理的秸稈60.0，添加酵母粉5.0，(NH4)2SO45.0, KH2PO43.0，MgSO40.5，121 ℃滅菌20 min后，添加纖維素酶Spezyme CP，添加量為50 FPU/g秸稈；發(fā)酵體積為60%，即12 L，接種量為5%(v/v)，發(fā)酵溫度30 ℃，發(fā)酵pH 6.5。按照1.4中接種模式發(fā)酵48 h，其中，采用間歇式攪拌和攪拌轉(zhuǎn)速50 r/min條件分別培養(yǎng)Z.mobilis和C.shehatae時(shí)，攪拌轉(zhuǎn)速和溫度分別為50 r/min和30 ℃；當(dāng)同時(shí)或分步接種運(yùn)Z.mobilis和C.shehatae時(shí)發(fā)酵時(shí)，其種子液體積比設(shè)為1∶1。定期取樣檢測(cè)發(fā)酵液中殘留葡萄糖/木糖濃度和乙醇產(chǎn)量等。

1.6 分析方法

乙醇含量測(cè)定采用氣相色譜外標(biāo)法[10-11]：HP-5890；氫火焰檢測(cè)器，氮?dú)庾鬏d氣。色譜條件：FID檢測(cè)器；進(jìn)樣口溫度210 ℃；檢測(cè)器溫度 250℃；柱溫初始溫度40 ℃；載氣為氮?dú)?，流速? mL/min，空氣：流速400 mL/min；H2：流速47 mL/min；分流比40∶1。

采用SBA-40C型生物傳感分析儀測(cè)定發(fā)酵液中葡萄糖含量；采用分析試劑盒(D-Xylose Assay Kit)測(cè)定發(fā)酵液中木糖含量[12]。

1.7 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用SPSS10.0軟件進(jìn)行處理。圖和表中結(jié)果為3個(gè)重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。采用one way ANOVA進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方差分析，P<0.05 表明差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 單菌發(fā)酵不同濃度單糖產(chǎn)乙醇

2.1.1Z.mobilis/C.shehatae的葡萄糖發(fā)酵特性

前期研究表明，Z.mobilis可高效快速地發(fā)酵底物葡萄糖生產(chǎn)乙醇，并具有高濃度的底物葡萄糖和乙醇的耐受性[5]。由圖1(a)可以看出，運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌在不同糖濃度下，發(fā)酵液中乙醇終濃度隨著糖含量的增加而增加。當(dāng)糖濃度為200 g/L的時(shí)候，發(fā)酵進(jìn)行到36 h時(shí)，達(dá)到最大值91.3 g/L。由圖1(b)可以看出，當(dāng)葡萄糖濃度在50 g/L時(shí)，休哈塔假絲酵發(fā)酵產(chǎn)的乙醇量最大達(dá)到21.06 g/L。

圖1 葡萄糖為碳源時(shí)運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌和休哈塔假絲酵母的乙醇發(fā)酵特性Fig.1 Ethanol fermentation performance from glucose by Z. mobilis and C. shehatae

2.1.2C.shehatae的木糖發(fā)酵性能

休哈塔假絲酵母C.shehatae被認(rèn)為是能直接利用木糖進(jìn)行乙醇發(fā)酵并被認(rèn)為最具有工業(yè)價(jià)值的菌種之一[13]。由表1可以看出，C.shehatae產(chǎn)乙醇量隨木糖濃度和發(fā)酵時(shí)間的增加而增加。但過高木糖濃度(>60 g/L)似乎對(duì)底物消耗、菌體生長(zhǎng)和乙醇產(chǎn)量均有副作用。特別是在木糖濃度為120 g/L時(shí)，發(fā)酵48 h后，殘?zhí)菨舛葹?5.20 g/L，而乙醇產(chǎn)量?jī)H為9.9 g/L，顯著低于木糖濃度60 g/L時(shí)的產(chǎn)量(15.35g/L)。葛菁萍等研究發(fā)現(xiàn)，休哈塔假絲酵母CandidashehataeHDYXHT-01在優(yōu)化條件下，可以發(fā)酵木糖(80 g/L)生產(chǎn)26.18 g/L的乙醇[14]。

表1 休哈塔假絲酵母發(fā)酵木糖產(chǎn)乙醇

Table 1 Ethanol production from xylose byC.shehatae

初始木糖濃度/(g·L-1)發(fā)酵時(shí)間/h殘?zhí)橇?(g·L-1)OD600乙醇/(g·L-1)5121.93±0.221.07±0.122.00±0.23240.12±0.021.21±0.082.22±0.15360.10±0.041.33±0.142.19±0.20480.09±0.021.37±0.102.42±0.0915129.57±0.351.04±0.071.81±0.13245.07±0.471.24±0.074.58±0.50361.88±0.051.32±0.116.17±0.73480.29±0.091.40±0.067.07±0.17301220.26±0.871.11±0.103.02±0.322411.90±1.311.43±0.026.46±0.28365.32±0.331.500±0.108.82±0.56482.78±0.081.56±0.1410.14±0.92601241.12±3.151.34±0.083.04±0.122431.54±4.231.43±0.116.86±0.253618.63±0.951.57±0.069.26±0.724818.15±0.891.64±0.0915.34±0.871201288.56±1.360.98±0.142.92±0.092477.34±5.481.23±0.064.84±0.563666.20±4.421.39±0.028.38±0.674865.20±3.821.48±0.149.94±0.89

2.2 單菌或雙菌發(fā)酵混合糖產(chǎn)乙醇

2.2.1 單菌發(fā)酵混合糖產(chǎn)乙醇

參考NaOH預(yù)處理秸稈水解液中葡萄糖和木糖的比例(約為3∶1)，設(shè)定葡萄糖和木糖濃度分別為45 g/L和15 g/L，用于考察單菌或雙菌發(fā)酵混合碳源產(chǎn)乙醇的情況。

由圖2(a)可知，運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌只能利用葡萄糖發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。發(fā)酵24 h后，殘留葡萄糖含量為1.75 g/L，乙醇產(chǎn)量迅速增加至19.57 g/L。發(fā)酵液中木糖含量基本保持不變。48 h后，葡萄糖被全部消耗，乙醇產(chǎn)量為20.92 g/L。而休哈塔假絲酵母在發(fā)酵初期優(yōu)先利用葡萄糖供菌體生長(zhǎng)和乙醇生產(chǎn)(圖2(b))。發(fā)酵24 h后葡萄糖的質(zhì)量濃度降低至1.70 g/L，此時(shí)開始利用木糖，表明葡萄糖對(duì)木糖的利用有競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用；發(fā)酵終點(diǎn)時(shí)，乙醇產(chǎn)量達(dá)到19.98 g/L。

2.2.2 雙菌發(fā)酵混合糖產(chǎn)乙醇

由圖3(a)可知，Z.mobilis、C.shehatae同步接種發(fā)酵12 h時(shí)，葡萄糖已被快速消耗至8.85 g/L，在此期間，葡萄糖抑制了雙菌利用木糖，木糖的濃度仍維持在15.0 g/L左右。待葡萄糖基本上全部被消耗后(發(fā)酵24 h后)，木糖濃度逐漸被利用降低至最低。當(dāng)發(fā)酵48 h時(shí)，乙醇產(chǎn)量為23.02 g/L，高于單菌發(fā)酵產(chǎn)的乙醇量(約20 g/L)。分步接種時(shí)，即，先接入Z.mobilis，24 h后再接入C.shehatae，其發(fā)酵過程如圖3(b)所示。由于運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌不利用木糖，在24 h內(nèi)，木糖含量保持恒定。當(dāng)接入C.shehatae后，木糖逐漸開始減少。發(fā)酵至終點(diǎn)(48 h)后，乙醇產(chǎn)量為4組混合糖發(fā)酵實(shí)驗(yàn)中的最大值，達(dá)到25.77 g/L。我們前期研究發(fā)現(xiàn)，Z.mobilis利用葡萄糖合成乙醇的轉(zhuǎn)化率顯著高于C.shehatae[15]。因此，在前24 h同步接種發(fā)酵階段，C.shehatae與Z.mobilis競(jìng)爭(zhēng)利用葡萄糖合成乙醇，而分步接種Z.mobilis發(fā)酵階段無C.shehatae生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)，從而導(dǎo)致分步接種發(fā)酵乙醇產(chǎn)量顯著高于同步接種。

圖2 以混合糖為底物時(shí)運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌及休哈塔假絲酵母的乙醇發(fā)酵性能Fig.2 Ethanol fermentation performance from mixed sugars by Z. mobilis and C. shehatae

圖3 接種方式對(duì)混合菌發(fā)酵混合糖生產(chǎn)乙醇的影響Fig.3 Effect of one-step and two-step inoculation on ethanol fermentation performance from mixed sugars by Z. mobilis and C. shehatae

2.3 雙菌混合同步/分步接種發(fā)酵玉米秸稈生產(chǎn)乙醇

配制含有NaOH預(yù)處理的玉米秸稈濃度為60 g/L的發(fā)酵培養(yǎng)基。單菌或雙菌接種Z.mobilis和C.shehatae，并添加市售的Spezyme CP纖維素酶，考察其在20 L發(fā)酵罐規(guī)模下同步糖化發(fā)酵秸稈產(chǎn)乙醇的情況。

2.3.1 單菌發(fā)酵NaOH預(yù)處理秸稈產(chǎn)乙醇

接種Z.mobilis同步糖化發(fā)酵秸稈產(chǎn)乙醇過程如圖4(a)所示。發(fā)酵期間，葡萄糖濃度始終保持較低水平，表明Z.mobilis可快速利用酶解秸稈產(chǎn)生的葡萄糖，用于菌體生長(zhǎng)或乙醇生產(chǎn)。由于該菌不能利用木糖，發(fā)酵醪中木糖濃度持續(xù)累積至8.86 g/L。當(dāng)發(fā)酵48 h時(shí)，乙醇產(chǎn)量為16.90 g/L。而由圖4(b)可知，接種C.shehatae的48 h發(fā)酵過程中，葡萄糖和木糖均保持較低水平，表明該菌利用了秸稈酶解產(chǎn)的葡萄糖和木糖用于生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成，其在發(fā)酵終點(diǎn)時(shí)，乙醇產(chǎn)量達(dá)到12.38 g/L。

圖4 以玉米秸稈為底物時(shí)運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌及休哈塔假絲酵母的乙醇發(fā)酵性能Fig.4 Ethanol fermentation performance from NaOH-treated corn stover by Z. mobilis and C. shehatae

2.3.2 雙菌混合同步/分步接種發(fā)酵NaOH預(yù)處理秸稈產(chǎn)乙醇

由圖5(a)可知，Z.mobilis和C.shehatae同步接種發(fā)酵時(shí)，葡萄糖和木糖均被較快利用，在發(fā)酵醪中維持較低的濃度；當(dāng)發(fā)酵48 h時(shí)，乙醇含量達(dá)到19.72 g/L。由圖5(b)可知，先接種Z.mobilis培養(yǎng)24 h，葡萄糖持續(xù)被利用，而木糖累積至4.63 g/L。后經(jīng)接種C.shehatae后，葡萄糖和木糖均以較快速度被利用；當(dāng)發(fā)酵終點(diǎn)時(shí)，乙醇產(chǎn)量達(dá)到22.34 g/L。

圖5 接種方式對(duì)混合菌同步/分步接種發(fā)酵秸稈生產(chǎn)乙醇的影響Fig.5 Effect of one-step and two-step inoculation on ethanol fermentation performance from NaOH-treated corn stover by Z. mobilis and C. shehatae

3 討論

為了充分利用木質(zhì)纖維素中的葡萄糖和木糖，已有部分研究探索了單菌或雙菌發(fā)酵葡萄糖/木糖混合糖生產(chǎn)乙醇的最適條件。如宋向陽(yáng)等發(fā)現(xiàn)，樹干畢赤酵母在發(fā)酵80.9 g/L的混合糖(葡萄糖與木糖比率為2∶1)時(shí)，優(yōu)先利用葡萄糖，待葡萄糖幾乎被消耗完后, 對(duì)木糖的利用開始占主導(dǎo)地位, 發(fā)酵終點(diǎn)時(shí)乙醇濃度達(dá)到33.2 g/L[16]。而葡萄糖發(fā)酵菌種(如運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌Z.mobilis，釀酒酵母S.cerevisiae和克魯維酵母K.marxianus等)和木糖發(fā)酵菌種(粗糙脈孢菌N.crassa，畢赤酵母P.pastoris，嗜鞣管囊酵母P.tannophilus和休哈塔假絲酵母C.shehatae等)的生長(zhǎng)和發(fā)酵特性差異明顯，在雙菌混合發(fā)酵產(chǎn)乙醇的過程中，需充分協(xié)調(diào)二者對(duì)碳氮源等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。李晴等通過對(duì)比休哈塔假絲酵母單菌發(fā)酵、休哈塔假絲酵母和釀酒酵母兩步發(fā)酵和休哈塔假絲酵母和釀酒酵母同步發(fā)酵等模式下對(duì)混合糖(葡萄糖和木糖) 的利用情況，發(fā)現(xiàn)2 種酵母同步發(fā)酵能夠有效解除葡萄糖的抑制，加快木糖利用速率，在最適條件下，乙醇產(chǎn)量達(dá)到21.71 g/L[1]。為了實(shí)際應(yīng)用秸稈類木質(zhì)纖維素生產(chǎn)高附加值產(chǎn)物，張健等開發(fā)了休哈塔假絲酵母與釀酒酵母分步接種、3 階段同步糖化共發(fā)酵(SSCF)的乙醇生產(chǎn)工藝，直接以丁酮溶液爆破的稻米秸稈為底物，經(jīng)無添加營(yíng)養(yǎng)物發(fā)酵約6.5 d后，乙醇收得率可達(dá)26.9g/100g(干秸稈)，具有較好的參考價(jià)值[12]。

基于以上研究現(xiàn)狀，本論文系統(tǒng)地研究Z.mobilis和C.shehatae單菌或雙菌發(fā)酵混合糖產(chǎn)乙醇的性能，發(fā)現(xiàn)Z.mobilis可以高效轉(zhuǎn)化200 g/L的葡萄糖為91.3 g/L的乙醇；而C.shehatae可充分利用低濃度葡萄糖和木糖混合糖。二者的接種方式顯著影響混合糖發(fā)酵產(chǎn)乙醇的效率，其中，分步接種發(fā)酵48 h(先接入Z.mobilis發(fā)酵24 h后，再接入C.shehatae發(fā)酵24 h)后，乙醇產(chǎn)量最高于達(dá)到25.77 g/L。在此基礎(chǔ)上，對(duì)比分析了單菌或混合菌在20 L發(fā)酵罐規(guī)模下利用60 g/L的NaOH預(yù)處理玉米秸稈產(chǎn)乙醇的性能，證實(shí)相同培養(yǎng)條件下，Z.mobilis和C.shehatae分步接種可高效利用秸稈酶解產(chǎn)物(葡萄糖和木糖)，發(fā)酵48 h后乙醇產(chǎn)量達(dá)到最大，達(dá)到22.34 g/L，基本實(shí)現(xiàn)了最大化地把秸稈中的葡萄糖和木糖轉(zhuǎn)化為乙醇。為提升和優(yōu)化該工藝的生產(chǎn)性能，后續(xù)將進(jìn)一步研究混菌分步接種發(fā)酵工藝，如優(yōu)化接種時(shí)間，分階段控制培養(yǎng)溫度和pH等，以期為增加秸稈中混合糖的轉(zhuǎn)化效率和乙醇的產(chǎn)量提供技術(shù)參考。

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Ethanol production from corn stover using mixed cultures ofZymomonasmobilisandCandidashehatae

HUANG Da-ming1, WANG Mei-juan1, GUAN Guo-qiang1,CUI Feng-jie1*,HUO Shu-hao1, ZHAO Peng-xiang2, ZHANG Jun-hong2, BO Ling-xi2, ZHAO Zheng-kai2

1(School of Food and Biological Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang,212013, China) 2( Beijing Biomass Energy Technology Center, State Grid Energy Conservation Service Ltd, Beijing,100053, China)

The fermentation ofZymomonasmobilisandCandidashehataeusing different concentrations of glucose and xylose were firstly investigated. Then ethanol production performance from glucose, xylose, mixed sugars (glucose and xylose) and NaOH-treated corn stover by single strain and mixed cultures ofZ.mobilisandC.shehataewere further studied. Results showed that stepwise inoculation ofZ.mobilisandC.shehataesignificantly affected the ethanol production from mixed sugars. The highest ethanol concentration of 25.77g/L was achieved whenZ.mobiliswas inoculated firstly and followed byC.shehataeafter 24 h fermentation (two-step inoculation). During simultaneous saccharification and fermentation by the mixed cultures in a 20L fermentor, the highest ethanol concentration of 22.34 g/L was obtained from 60g/L of NaOH-treated corn stover using two-step inoculation of mixed culture with low sugar accumulation. Our results suggested that the two-step inoculation ofZ.mobilisandC.shehataecould maximize fermentation of glucose and xylose in biomass to produce ethanol and offered a reference for using lignocelluloses as raw materials to produce fuel ethanol.

mixed sugar;Zymomonasmobilis;Candidashehatae; ethanol; corn straw

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201701006

教授(崔鳳杰教授為通訊作者,E-mail:fengjiecui@163.com)。

國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目資助(合同號(hào)：SGECS56-2014); International Foundation for Science ( F/4930-2F)

2016-06-02，改回日期：2016-07-01