发酵工艺案例4丁醇的发酵

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微生物发酵生产丁醇

► ► 韩国为应对高油价，韩国产业资源部2007年表示，计划大力研发生化丁醇(Bio-butanol，直接替代汽油的生物燃料)、生物合成石油等下一代新能源技术和天然气固化储存和运输技术。第一阶段从 2007年至2010年3年内，计划投入200亿韩元开发上述技术，其中政府投资113亿韩元，由韩国化学研究院、CS精油、SK建设、三星综合技术院 (SAlT)和汉城大学(Hansung University)等29个企业和研究机构共同参与。一阶段研发结束时，将开发出生产能力3万L/a生化丁醇、35桶生物合成柴油和20t固化天然气的成套设备。中国国内的科研院所以及一些发酵企业也都开始着手丁醇的研究开发，开始这方面研究的科研院所有中国科学院上海植物生理生态研究所、上海工业微生物研究所、清华大学核能与新能源技术研究院等，其中中国科学院上海植物生理生态研究所 “七五”期间承担过高丁醇比丙酮丁醇菌的选育，并成功选育出了7：2：1丙酮丁醇菌种。相关的企业有河南天冠集团的子公司上海天之冠可再生能源有限公司、华北制药公司、河北冀州溶剂厂等，其中上海天之冠可再生能源有限公司和中国科学院上海植物生理生态研究所关于发酵法生产丙酮丁醇的项目已经申请了国家“973”、国家 "863"计划以及中国科学院计划，项目的重点是构造高产、高底物选择性的丙酮丁醇菌种和开发新的发酵工艺，包括纤维质原料发酵生产丙酮丁醇、溶剂抽提耦联发酵技术以及研究先进的发酵过程装备等
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秸秆发酵生产丁醇的方法
2015210574 陈思思
丁醇优势
丁醇与乙醇相比具有以下优势： ①能量含量高，与乙醇相比可多走30%的路程；②丁醇的挥发性是乙醇的1/6倍，汽油的1/13.5，与汽油混合对水的宽容度大，对潮湿和低水蒸气压力有更好的适应能力；③丁醇可在现有燃料供应和分销系统中使用，而乙醇则需要通过铁路、船舶或货车运输； ④与其他生物燃料相比，腐蚀性较小，比乙醇、汽油安全；⑤与现有的生物燃料相比，生物丁醇与汽油的混合比更高，无需对车辆进行改造，而且混合燃料的经济性更高；⑥与乙醇相比，能提高车辆的燃油效率和行驶里程； ⑦发酵法生产的生物燃料丁醇会减少温室气体的排放。与乙醇一样，燃烧时不产生SOx或NOx，这些对环境有利；

丁醇的发酵精品PPT课件

他则用于生产异丁酯，并可以替代正丁醇用于
家具、汽车喷漆以及塑料涂膜等领域。其性能
发酵液中产物的分离提取方法
沉淀法：有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法、盐析法、聚电解质沉淀法、非离子型聚合物沉淀法等。
吸附法：物理吸附，化学吸附。膜分离法：膜分离技术主要可以分为反渗透法
（RO）、超滤法（UF）、微滤法（MF）、渗透汽化法（PV）、纳米滤法（NF）、渗析（DL）和电渗析法（ED）等。萃取法：溶剂萃取，双水相萃取
丁醇发酵经历二个阶段：
产酸和产醇阶段。在产酸阶段，细胞处于指数生长期，产生大量的乙酸和丁酸，导致pH下降。当pH<5，丁酸浓度大于2g/l,，激发梭菌从产酸过程转入产醇过程。此时，细胞处于稳定期，将乙酸和丁酸转化为丁醇和乙醇。
发酵时采用两段法发酵工艺通过投加丁酸和葡萄糖为碳源，在适当的条件下，可发酵丁酸产生丁醇。这样不仅减少了其它副产物的产生如乙醇、丙酮等，又提高了底物的利用率，也为丁醇回收的后续处理提供方便。
为了解决以上所涉及的问题，现代工艺提出渗透汽化-发酵耦合工艺的研究。所用到的构造分离一发酵耦合生物反应器的膜有：
HTPB-PU：疏水性端羟基聚丁二聚氨酯
PDMS／PVDF复合膜：中空纤维复合膜。
将PDMS(tetraethyl orthosilicate)／PVDF膜组件分别与丙酮．丁醇间歇发酵和流加发酵耦合，通过考察膜分离消除丙酮．丁醇发酵产物抑制作用、膜分离对于丙酮丁醇发酵的糖利用率、溶剂产率和溶剂产量等方面的影响。最终得到以下结论：建立了渗透汽化．间歇发酵分离耦合反应体系，
发酵丁醇的分离
利用棕榈油甲酯作为原位萃取剂能提高丁醇的生产强度。利用生物柴油的多样性使得开展以各种不同的生物柴油为萃取剂的丙酮丁醇发酵成为可能，此法也可提高丁醇的发酵强度。是目前较为常用的效率较高毒副作用较小的方法。

直接利用玉米浸泡水发酵生产丁醇

发酵科技通讯
第 38 卷
直接利用玉米浸泡水发酵生产丁醇
王术贵熊万刚（黑龙江龙凤玉米开发有限公司青冈 151600）
摘要：本文对以玉米浸泡水为基础营养的简化培养基组份进行了优化，直接用于丁醇发酵生产。结果表明，由 5．5％淀粉、8．5％玉米浸泡水和 0．2％KH2PO4 组成的发酵培养基获得了 19．3g/L 的总溶剂产量，其中丁醇占比达到 64.1％，结果好于完全培养基丁醇占比。为玉米浸泡水的利用开辟了新的途径。
物素源，发酵完全能正常进行，其 100％淀粉到总溶剂的转化率可达到 35%~38％，A：B：E 比例可达到 26．9：64．1：9．0，优于用玉米作原料时的生产水平 (A：B：E=30．9：57.9：11．2，2008 年 9 月 10 月生产平均值)。 2.2 玉米浸泡水 Bē 在 3．0～3．5 范围内，用量 7．5% ～8．5％范围内，对发酵结果影响不大，利于发酵生产稳定进行。 2．3 按平均配料比 8％计算，生产 1t 总溶剂消耗 4t 玉米浸泡水，l 万 t 产量将消耗 4 万 t 玉米浸泡水，这 4 万 t 玉米浸泡水如浓缩成玉米浆需耗蒸汽约 12000t，可节约成本 130 余万元。 2．4 玉米加工环节产生的浸泡水在淀粉生产过程加入玉米纤维中大约只能消化 75％，其余部分要么浓缩成玉米浆出售，有谷氨酸、赖氨酸、丁醇等延伸产品的企业自用一部分；要么排入污水处理系统，增大了环保设施的负荷压力。 2．5 发酵产品直接利用玉米浸泡水配料替代玉米浆，为玉米浸泡水的资源化利用开辟了一条新路，对淀粉生产和发酵产品联产的玉米深加工企业推行清洁生产有促进作用。
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丙酮丁醇梭菌发酵产丁醇实验设计1

试验内容
一、玉米秸秆水解实验设计二、丙酮丁醇梭菌发酵产丁醇培养基及发酵条件优化
三、以玉米秸秆水解液为底物发酵产丁醇的研究
一、玉米秸秆水解实验设计
实验研究玉米秸秆经不同试剂预处理后对其酶水解的影响,以及pH值、时间、酶用量、底物浓度等因素对酶水解率的影响, 从而得出最佳酶解条件。并利用最佳条件下的水解液进行丁醇发酵,从而达到农业秸秆的资源化利用。
二、丙酮丁醇梭菌发酵产丁醇培养基及发酵条件优化（一）实验设计： 1.培养基及培养方法 (1)培养基
A 种子培养基: 5%玉米醪，pH自然; B 原始发酵培养基: 葡萄糖 50 g／L KH2PO4 0.5／L 醋酸胺 3 g/ L MgSO· 7H2O 0.2g/L K2HPO4 0.5 g/ L 邻氨基苯甲酸 0.01 g/ L pH 自然 C 单因素实验发酵培养基(g/ L ):以原始培养基为基础组分，分别改变初始糖浓度、初始pH值、碳氮比、发酵温度、转速、邻氨基苯甲酸浓度;
糖浓度:40 、 60 、 80 、 100 、 120 g/L pH值: 4 、 5 、 6 、 7 、 8 碳氮比: 37、42、47、52、57 邻氨基苯甲酸浓度:0.0005、0.001、 0.0015、0.002、 0.0025和 0.003g/L 发酵温度:32 、 34 、 36 、 38 、 40℃ 转速: 150、160、170、180、200r/min D 正交设计实验发酵培养基(g/ L ): 培养基选取葡萄糖为碳源，醋酸按为无机氮源，并添加适量邻氨基苯甲酸。由于培养基的碳氮比C/N、初始pH、发酵温度以及生长因子对微生物的丙酮、丁醇合成影响很大，故对发酵培养基的C/N ，初始pH，邻氨基苯甲酸浓度，发酵温度进行均匀设计实验，以达到优化发酵培养基和发酵条件的目的。按照实验设计按下表配制;

生物丁醇制取技术

生物丁醇制取技术董平;邵伟;赵仲阳;李建忠;何玉莲【摘要】随着生物化工技术的不断发展,新生代生物能源—生物丁醇已进入人们的视野.综述了以淀粉类、糖类、纤维素类和生物合成气为原料生物发酵法,以及热化学法制取生物丁醇的技术路线及研究进展;分析了生物丁醇生产存在的问题,并提出了发展建议;展望了生物丁醇的发展前景.【期刊名称】《精细石油化工进展》【年(卷),期】2016(017)001【总页数】5页(P45-49)【关键词】生物丁醇;生物质;新生代生物能源;发酵【作者】董平;邵伟;赵仲阳;李建忠;何玉莲【作者单位】中国石油石油化工研究院大庆化工研究中心,黑龙江大庆163714;中国石油石油化工研究院大庆化工研究中心,黑龙江大庆163714;中国石油石油化工研究院大庆化工研究中心,黑龙江大庆163714;中国石油石油化工研究院大庆化工研究中心,黑龙江大庆163714;中国石油石油化工研究院大庆化工研究中心,黑龙江大庆163714【正文语种】中文丁醇(C4H10O)有4种异构体，分别是正丁醇、异丁醇、仲丁醇和叔丁醇。

通常所说的丁醇是指正丁醇，既是重要的大宗化工原料，又是继燃料乙醇之后极具发展前景的新型液体生物燃料(也被称为“燃料丁醇”)。

与乙醇相比，生物丁醇在燃料性能和经济性方面具有明显的优势。

丁醇具有更高的疏水性和较低的挥发性，可与汽油以任意比例混合，并具有与汽油相当的热值[1]。

因此，近年来生物丁醇的研究开发日益受到许多国家的重视[2-4 ]。

生物丁醇的制取技术与生物乙醇一样，均是发酵法。

在20世纪初，曾是仅次于乙醇发酵的第二大发酵产业。

但随着20世纪50年代石油工业的兴起，化学法合成丁醇技术登上了“历史舞台”，并迅速发展，在其冲击下，丁醇发酵逐渐衰落；到20世纪80年代，发酵法已无法与化学合成法竞争，因此很少采用该方法生产丁醇产品。

近年来，由于石油价格的上涨，加之石油资源的日益紧缺，发酵法生产丁醇的技术重新显示出其优势。

生物丁醇生产中的发酵耦合技术

新型发酵分离耦合技术
2011，IF3.700
真空技术并不属于生物丁醇生产中的常用分离手段，虽然它已经广泛应用于乙醇的发酵分离耦合过程中。很多学者认为真空技术仅适用于比水易挥发产品的分离，而丁醇沸点比水高（118°C），因此这项技术无法运用到丁醇生产中。然而Nasib Qureshi团队最近发现在发酵过程中，丁醇与水能形成不均匀共沸的混合物，在丁醇浓度低于77g/L时，混合物在高真空度下的沸点要比丁醇或水的沸点低。在这种情况下，蒸汽中丁醇的含量要比液体中丁醇含量高，从回收蒸汽中得到的丁醇浓度要高于发酵液中的丁醇浓度，这样就实现了发酵过程中丁醇的分离。
IF3.280 引用次数97 次
该团队进一步研究发现，上述反应装置虽然能实现单一批次的高产丁醇发酵，但当葡萄糖浓度大于162g/L的时候，由于发酵液中残留的底物浓度高，在发酵40h左右时，出现停滞期。增加了补料装置，流加葡萄糖发酵。在 201h发酵时间，1L的发酵体积下，C. beijerinckii BA101菌株总共利用了500g 的葡萄糖生产出232.8gABE（77.7g丙酮， 141.7g丁醇，3.4g乙醇）。平均ABE得率和生产率为0.47g/g和1.16g/lh。
丁醇发酵耦合技术的工业化展望
对比以上发酵分离耦合技术可知气提法无论从设备、操作以及稳定性方面都有着其他方法所不可比拟的优势。将发酵生产中的固定化细胞以及流加补料培养方法与分离过程中的气提手段结合起来，能够实现生物丁醇的大规模连续式发酵。同时在以上装置的基础上可以再将纤维素原料预处理、酶解装置结合进来，从而形成一个一体化的糖化、发酵和回收的工艺过程，最终实现利用纤维素资源制备生物丁醇的产业化生产。
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2.硅藻土、活性炭、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，其中硅质岩最为常用

发酵工艺流程图

发酵工艺流程图打开备料泵，进料基质→开备料阀→备料10０T，关备料阀→开搅拌器,设转速为２0０ｒ/mｉn→开排气阀,设参数→开通风阀,设参数→加菌种→开补糖阀→开硫铵阀→开前体罐的进料泵,设频率（0～１0０k/z)→开前体阀→开消泡补罐的进料泵，设频率→加消泡剂。

在发酵流程图里打开备料泵,在发酵罐操作里打开备料阀,备料开搅拌器,过程跟上述流程图一样,需要注意的是:1.发酵过程中时时补糖,保持残糖浓度为5kg/m3.2.发酵过程中时时补硫铵,保持硫铵浓度为０.25ｋg/ｍ33.开冷却水，维持发酵温度在25℃4.控制PH在6.8左右，不可高于7。

3或低于６。

05.控制通风阀及排气阀开度，保持发酵罐压力为0.0７Ｍpａ6.前体浓度不应超过１kg/m3,但也不能太低7.保证发酵罐中的溶氧浓度不低于百分之308.泡沫高度不应超过35cｍ9.不要满罐,超负荷生产发酵后期处理与提纯预处理：开发酵液开关,加发酵液→开预处理罐搅拌器→加黄血盐，去除铁离子至浓度为0→加磷酸盐,去除镁离子至浓度为0→加絮凝剂,去除蛋白质至浓度为0→打开转筒真空过滤器及其后阀门→待发酵液经过过滤排主混合罐B10１后,关阀门，关泵，关真空过滤器。

一次BA提取:开罐B101搅拌器→开阀,加BA（硝酸丁脂),质量为发宵夜的三分之一，关阀→开阀,加稀硫酸调PＨ至2.8—3。

０，关阀→开阀，加破乳剂1０0kg，关阀→打开阀泵，向分离机注液→开分离机→开阀,开萃取回收阀,萃取→关阀,关泵→关Ｂ101搅拌器→关分离机一次反提取:开罐B10２搅拌器→开阀，加碳酸氢钙溶液,质量为青霉素溶液的２5倍,并调PH至6.8-7。

２,关阀→开阀,开泵，向分离机注液→开分离机，开阀,开萃取相回X阀→关阀,关泵→关B１02搅拌器→关分离机,及阀脱色:打开活性炭进料阀,进料2５ｋg→关闭进料阀→开脱色罐搅拌器,设定时间１0mｉn→开泵,开阀,将青霉素溶液经过过滤器到结晶罐→关泵,关阀→关脱色罐搅拌器结晶：开结晶罐搅拌器→开阀，加硝酸钠一乙醇溶液,至青霉素浓度为0,关阀→开冷却水阀，控制结晶温度为５℃→开泵,开阀将晶浆排至真空过滤机进行抽滤→待真空抽滤机中呈液住到达百分之5０左右，开真空阀，并开阀回改母液→结晶罐排空，关阀,关泵→关结晶罐搅拌器→关冷却水阀→关真空阀→关母液阀→点X出晶体的入洗涤罐→开阀，加5００kg丁醇,关阀→开洗涤罐搅拌器，并设时间8ｍin→关洗涤罐搅拌器，保持10mｉn→开阀,排度液,关阀→点Ｘ出晶体的至真气干燥机→开干燥机,并设时间20mｉn→关干燥机实验心得李刚刚最帅,李刚刚太帅了,所以我要更好好地爱他!最后得到青霉素的产量为258。

发酵法制备生物丁醇的研究进展

发酵法制备生物丁醇的研究进展唐家发;陈俊杰;庄文豪;王丽倩;李淑君;王慧【摘要】工业上生产丁醇的制备方法可以分为三种：生物发酵法、羰基合成法、醇醛缩合法，其中后两种都属于化学合成法。

利用不可再生的石油资源，存在很大的局限性，而通过生物发酵法生产丁醇的原材料十分广泛。

本文综述了发酵法产生物丁醇在国内外的历史发展过程、产生丁醇的菌种及其机制、发酵法和生物丁醇的优点，并对发酵法和丁醇生产中存在的问题及其解决方法进行了探讨，最后对其发展前景进行了展望。

%The preparation method of the industrial production of butanol can be divided into biological fermentation, carbonyl synthesis and aldol condensation method.The carbonyl synthesis and aldol condensation method belong to chemical synthesis e of non-renewable resources of oil is a big limitation, and raw materials of biological fermentation production of butanol are very extensive.The development process of butanol production by fermentation at home and abroad, butanol production and its mechanism of strain, fermentation and biobutanol, the advantages of and problems existing in the fermentation and butanol production and their solutions were discussed, its development foreground was prospected finally.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2015(000)023【总页数】3页(P15-17)【关键词】生物丁醇;发酵法;机制;优点【作者】唐家发;陈俊杰;庄文豪;王丽倩;李淑君;王慧【作者单位】东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 150040;东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 150040;东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 150040;东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 150040;东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 150040;东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 150040【正文语种】中文【中图分类】TQ214目前，中国是一个能源生产和消费大国，仅次于美国，位居世界第二。

发酵法制备丙醇、丁醇的工艺及菌种

发酵法制备丙醇、丁醇的工艺及菌种发酵法制备丙醇、丁醇的工艺及菌种摘要：当今世界对石油、天然气和煤炭等不可再生能源的需求在日益增加。

石油危机引起了世界各国对未来能源短缺问题的普遍关注。

为了缓解石油危机，人们将目光逐渐转向了生物丁醇。

丙酮丁醇发酵主要产生丙酮、丁醇、乙醇、乙酸和丁酸等有机溶剂，其主要产物—丁醇，是重要的精细化工原料，也是新型的可再生能源，有着十分广泛的用途。

生物丁醇具有高能量、可混合性、低挥发性、污染少等优点，可以取代乙醇作为一种可再生的燃料添加剂，使生物丁醇展示了良好的发展前景。

针对丙酮丁醇发酵工艺中存在的问题，人们提出生产菌种的改良和发酵工艺的改进等高产策略。

关键词：丙酮丁醇发酵、菌种、生物丁醇、生产工艺一、引言当今世界对石油、天然气和煤炭等不可再生能源的需求在日益增加。

70年代的石油危机起了世界各国对未来能源短缺问题的普遍关注。

按照现在的开采速度，目前世界已探明的石油贮量至多可供使用40-50年。

而在中国，如果按照目前的开采速度则已探明的石油贮量至多可用30年[1]。

为了缓解石油危机，人们将目光逐渐转向了生物丁醇。

目前全世界范围内的丁醇绝大部分都通过石油工业合成，伴随着石油能源的枯竭，丁醇作为良好的有机溶剂和新一代的液体能源越来越受到发达国家的重视[2]。

杜邦和BP都是研发生物丁醇的积极倡导者[3]。

丁醇在自然界中由微生物发酵产生，能够融入自然界的整体代谢循环。

丁醇既是重要的化工原料又是良好的有机溶剂，同时也是有效的汽油增烷剂和增氧剂，丁醇作为燃料具有其它燃料无可比拟的优点。

首先，丁醇燃油的一个很明显的优势就是：丁醇的能量密度要比乙醇高30％，生物丁醇较低的饱和蒸汽压，并允许汽油混合物含水，这有助于它在现有汽油供应和分配渠道中利用。

甚至无需对车辆进行改造，就可以使用几乎100％浓度的丁醇。

它有可能以更大的比例调入汽油而无需改造汽车，它比汽油/乙醇调和物具有更好的燃料经济。

丁醇与其他生物燃料相比，腐蚀性较小，混合燃料中可混入20％的丁醇。

微生物ppt

改良：将化工分离技术与发酵过程耦合的新工艺, 将ABE 从发酵液中快速而连续移出, 减少发酵产物的抑制作用, 从而提高整个发酵过程的经济性.
目前用于 ABE 发酵耦合的分离技术包括：
• 吸附( Adsorption) • 液液萃取( Liquid-liquid extract ion) • 气提( Gas st ripping ) • 膜蒸馏( Membrane dist illat ion) • 渗透汽化( Pervapo ration, PV)
案例及案例分析
• 埃克森美孚公司(Exxon Mobil)决定进入先进生物燃料领域，与Synthetic Genomics生物技术公司联合研发藻类原料生物燃料。
• 美国政府和军方正与企业合作，研究藻类燃料生产技术，希望这种可再生燃料帮助部队减少依赖进口能源。海军眼下与美国可再生能源技术公司Ｓolazyme合作，研究将藻类转化为油料技术。
其生化丁醇在某些性能上已经达到无铅汽油的参数标准。
• 杜邦公司加快与ＢＰ公司合作，两家公司将使用杜邦公司的科学和技术及其销售经验，将生物丁醇推向市场。
发展酵工业因其成本高,不敌于石油化工产品而衰落,这也是当今限制其大规模发展的瓶颈所在,据业内专家分析,如果原油价格保持在40 美元/ 桶以上,2011 年以后,生物丁醇的市场机会将会超过10 亿美元。
• 关键问题之一是开发和制备高性能( 高的渗透通量和选择性)的渗透汽化膜.
• 渗透汽化膜可以分为疏水膜和亲水膜, 分别对应着渗透汽化技术在燃料丁醇制备过程中的两个关键部分的应用:
• 1) 渗透汽化疏水膜与ABE 发酵过程耦合, 原位移出发酵产物ABE, 降低产物抑制作用, 提高发酵产率;
• 手丁醇的研究开发,其中上海天之冠可再生能源有限公司和中国科学院上海植物生理生态研究所关于发酵法生产丙酮丁醇的项目已经申请了国家 “973”、国家“863”计划以及中国科学院计划, 项目的重点是构造高产、高底物选择性的丙酮丁醇菌种和开发新的发酵工艺,包括纤维质原料发酵生产丙酮丁醇、溶剂抽提耦联发酵技术以及研究先进的发酵过程装备等。

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