生物柴油耦联丙酮丁醇发酵的初步研究

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1、万方数据万方数据万方数据万方数据·30生物加工过程第5卷第1期表1各发酵产物在静置与搅拌条件下的油水两相中的液液平衡系数Table1Theliquid—liquidequilibriumcoemcientsofthepmd-uctsinextractants／aqueousphaseunderstaticandstirredcondi“ons萃取剂(淼)(刍)(鑫)(刍)(矗)注：静指37℃静置24h；振指剧烈磁力搅拌10min2。3生物柴油种类和用量对静态萃取发酵的溶剂浓度和发酵强度的影响评价利用生物柴油进行丁醇萃取发酵的主要性能指标有两个：(1)提高丁醇发酵强度；(2)在生物柴油中的丁醇

2、萃取浓度高。如图3所示，当利用肯德基生物柴油为萃取剂、油水体积比为o．2：1时，油相中丁醇质量浓度达到5．61g·L～，丁醇的总生产强度达到最大值o．204g-(L·h)～，比无萃取剂时发酵的生产强度提高了6％。油水体积比为0．4：1时，丁醇生产强度也有所提高。表2以丁醇发酵强度和萃取相中丁醇浓度为综合评价指标，总结归纳了以4种不同的生物柴油为萃取剂进行萃取发酵40h时的最适油水体积比、各发酵产物在油水两相中的浓度以及丁醇及总溶剂的生产强度。从表中可知，以棕榈生物柴油为萃取剂、油相中丁醇等溶剂的浓度较低，而乙酸和丁酸的浓度却较高。棕榈生物柴油的加入增加了发酵延迟时间。40h时仍处于发酵前期，

3、此时丁醇等溶剂还没有开始大量生成，而水相中的丁酸浓度却较高。单从油相中的丁醇质量浓度来看，以地沟生物柴油为萃取剂、体积比为0．4：1时为最佳，质量浓度可达6．40g·L’。，但丁醇总生产强度仅为0．201，稍低于以肯德基生物柴油为萃取剂时的值。而从提高丁醇总生产强度的角度来看，使用肯德基生物柴油、油水体积比为0．4：1时，生产强度较大、比对照提高6．25％，且油相中的丁醇质量浓度也较高。从图3中也可以看出，加大油水体积比虽然可以有效地降低水相中的丁醇质量浓度、解除最终产物抑制，但是丁醇的总生产强度以油水体积比0．4：1为临界点、开始急剧下降，这说明该生物柴油对丙丁梭菌具有毒性。由于发酵中产气

4、的作用，肉眼可以观察到发酵至某一时刻、菌体会连同一定量的玉米醪被带到有毒性的油相中，最后上浮到油相的上层表面。如果油相的深度大(油相量大)，则菌体通过油相的时间长、甚至有一部分菌体可能还会停留在油相中，导致细胞活性受损。如果油相的深度小(油相量小)，则菌体通过油相的时间短、菌体外加一定量的玉米醪可较迅速地上浮到油相的上层表面，并在上层表面形成新的“水相发酵体系”，致使丁醇从上下两个方向同时向油相扩散。这样，丁醇发酵强度有可能进一步提高。因此，我们可以考虑浅层发酵，设计出浅层静止发酵装置，减小油层的高度、加大油液两相界面、扩大传质面积，来提高发酵强度，降低菌体活性受损所带来的负面影响。，■●3

5、X链k一油水体积比—·～丁醇生产强度；—扯-水相中丁醇质量浓度；一油相中丁醇质量浓度fo●邑●8越穗．}L划谧卜图3以肯德基生物柴油为萃取剂、不同油水体积比下的油水两相中的丁醇质量浓度和总生产强度Fig．3Thebutanolconcentrationinextractants／aqueousphasesandtheproductivityusingthebiodieselorig-inatedf如mKpCastheextractant．Diffbrentvolumeratiosofthee)【tractantandaqueousphasewasused另外，还可以考虑采用发酵与萃取分开进行

6、的反复间歇发酵方式。即在丁醇质量浓度达到抑制水平后，将大部分发酵液取出，而残留发酵液作为下一批次发酵的种菌。利用生物柴油和剧烈搅拌的方式高效萃取出发酵液中的丁醇，降低萃余液中的丁醇质量浓度，然后再将萃余液回用于下一轮的发酵。为了验证萃余液能否回用于下一轮发酵，我们做了实验，结果如表3所示，以地沟生物柴油为萃取剂(油水体积比为o．4：1)进行萃取发酵30h后，水相中丁醇质量浓度为3．8g·L～，去除生物柴油和万方数据万方数据·32生物加工过程第5卷第1期为O．4：1时，丁醇总生产强度为0．201g·(L·h)～，比对照提高了4．69％，且此条件下的油相丁醇浓度也最高。④以棕榈生物柴油为萃取剂，

7、发酵24h后添加生物柴油，丁醇总生产强度为0．213g·(L·h)～，比对照提高了10．9％，油中丁醇浓度最高，达到6．44g·L～，是此论文中最高值，说明可通过改变生物柴油的添加时问来提高溶剂的产量。本文是以生物柴油作为丙酮丁醇发酵的萃取剂、耦联发酵生产含丁醇的改良型优质生物柴油的系统性研究的第一步。整个实验还仅限于在小规模实验瓶中进行，丁醇总生产强度虽有所提高，但整体结果并不尽如人意，但发酵强度不高，油相