生物柴油耦聯(lián)丙酮丁醇發(fā)酵的初步研究

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1、萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)·30生物加工過程第5卷第1期表1各發(fā)酵產(chǎn)物在靜置與攪拌條件下的油水兩相中的液液平衡系數(shù)Table1Theliquid—liquidequilibriumcoemcientsofthepmd-uctsinextractants／aqueousphaseunderstaticandstirredcondi“ons萃取劑(淼)(芻)(鑫)(芻)(矗)注：靜指37℃靜置24h；振指劇烈磁力攪拌10min2。3生物柴油種類和用量對靜態(tài)萃取發(fā)酵的溶劑濃度和發(fā)酵強度的影響評價利用生物柴油進行丁醇萃取發(fā)酵的主要性能指標有兩個：(1)提高丁醇發(fā)酵強度；(2)在生物柴油中的丁醇

2、萃取濃度高。如圖3所示，當利用肯德基生物柴油為萃取劑、油水體積比為o．2：1時，油相中丁醇質(zhì)量濃度達到5．61g·L～，丁醇的總生產(chǎn)強度達到最大值o．204g-(L·h)～，比無萃取劑時發(fā)酵的生產(chǎn)強度提高了6％。油水體積比為0．4：1時，丁醇生產(chǎn)強度也有所提高。表2以丁醇發(fā)酵強度和萃取相中丁醇濃度為綜合評價指標，總結(jié)歸納了以4種不同的生物柴油為萃取劑進行萃取發(fā)酵40h時的最適油水體積比、各發(fā)酵產(chǎn)物在油水兩相中的濃度以及丁醇及總?cè)軇┑纳a(chǎn)強度。從表中可知，以棕櫚生物柴油為萃取劑、油相中丁醇等溶劑的濃度較低，而乙酸和丁酸的濃度卻較高。棕櫚生物柴油的加入增加了發(fā)酵延遲時間。40h時仍處于發(fā)酵前期，

3、此時丁醇等溶劑還沒有開始大量生成，而水相中的丁酸濃度卻較高。單從油相中的丁醇質(zhì)量濃度來看，以地溝生物柴油為萃取劑、體積比為0．4：1時為最佳，質(zhì)量濃度可達6．40g·L’。，但丁醇總生產(chǎn)強度僅為0．201，稍低于以肯德基生物柴油為萃取劑時的值。而從提高丁醇總生產(chǎn)強度的角度來看，使用肯德基生物柴油、油水體積比為0．4：1時，生產(chǎn)強度較大、比對照提高6．25％，且油相中的丁醇質(zhì)量濃度也較高。從圖3中也可以看出，加大油水體積比雖然可以有效地降低水相中的丁醇質(zhì)量濃度、解除最終產(chǎn)物抑制，但是丁醇的總生產(chǎn)強度以油水體積比0．4：1為臨界點、開始急劇下降，這說明該生物柴油對丙丁梭菌具有毒性。由于發(fā)酵中產(chǎn)氣

4、的作用，肉眼可以觀察到發(fā)酵至某一時刻、菌體會連同一定量的玉米醪被帶到有毒性的油相中，最后上浮到油相的上層表面。如果油相的深度大(油相量大)，則菌體通過油相的時間長、甚至有一部分菌體可能還會停留在油相中，導致細胞活性受損。如果油相的深度小(油相量小)，則菌體通過油相的時間短、菌體外加一定量的玉米醪可較迅速地上浮到油相的上層表面，并在上層表面形成新的“水相發(fā)酵體系”，致使丁醇從上下兩個方向同時向油相擴散。這樣，丁醇發(fā)酵強度有可能進一步提高。因此，我們可以考慮淺層發(fā)酵，設計出淺層靜止發(fā)酵裝置，減小油層的高度、加大油液兩相界面、擴大傳質(zhì)面積，來提高發(fā)酵強度，降低菌體活性受損所帶來的負面影響。，■●3

5、X鏈k一油水體積比—·～丁醇生產(chǎn)強度；—扯-水相中丁醇質(zhì)量濃度；一油相中丁醇質(zhì)量濃度fo●邑●8越穗．}L劃謐卜圖3以肯德基生物柴油為萃取劑、不同油水體積比下的油水兩相中的丁醇質(zhì)量濃度和總生產(chǎn)強度Fig．3Thebutanolconcentrationinextractants／aqueousphasesandtheproductivityusingthebiodieselorig-inatedf如mKpCastheextractant．Diffbrentvolumeratiosofthee)【tractantandaqueousphasewasused另外，還可以考慮采用發(fā)酵與萃取分開進行

6、的反復間歇發(fā)酵方式。即在丁醇質(zhì)量濃度達到抑制水平后，將大部分發(fā)酵液取出，而殘留發(fā)酵液作為下一批次發(fā)酵的種菌。利用生物柴油和劇烈攪拌的方式高效萃取出發(fā)酵液中的丁醇，降低萃余液中的丁醇質(zhì)量濃度，然后再將萃余液回用于下一輪的發(fā)酵。為了驗證萃余液能否回用于下一輪發(fā)酵，我們做了實驗，結(jié)果如表3所示，以地溝生物柴油為萃取劑(油水體積比為o．4：1)進行萃取發(fā)酵30h后，水相中丁醇質(zhì)量濃度為3．8g·L～，去除生物柴油和萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)·32生物加工過程第5卷第1期為O．4：1時，丁醇總生產(chǎn)強度為0．201g·(L·h)～，比對照提高了4．69％，且此條件下的油相丁醇濃度也最高。④以棕櫚生物柴油為萃取劑，

7、發(fā)酵24h后添加生物柴油，丁醇總生產(chǎn)強度為0．213g·(L·h)～，比對照提高了10．9％，油中丁醇濃度最高，達到6．44g·L～，是此論文中最高值，說明可通過改變生物柴油的添加時問來提高溶劑的產(chǎn)量。本文是以生物柴油作為丙酮丁醇發(fā)酵的萃取劑、耦聯(lián)發(fā)酵生產(chǎn)含丁醇的改良型優(yōu)質(zhì)生物柴油的系統(tǒng)性研究的第一步。整個實驗還僅限于在小規(guī)模實驗瓶中進行，丁醇總生產(chǎn)強度雖有所提高，但整體結(jié)果并不盡如人意，但發(fā)酵強度不高，油相