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高粘度薯类原料高效乙醇转化技术体系
发表日期: 2016-03-18 文章来源:
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 针对薯类乙醇发酵效率低、能耗大、废水废渣量大的共性瓶颈问题——高粘度、大体积的传质传热与产物对菌种的反馈抑制,通过对高压非牛顿流体条件下的高效发酵菌种的选育,获得了具有高产物反馈抑制耐性的菌株;采用糖苷键单克隆抗体芯片技术,阐明薯类原料降粘机制并开发出具有自主知识产权的降粘酶系和相应的降粘预处理工艺;通过系统集成,建立了薯类乙醇高效发酵技术体系并成功应用于生产,实现了薯类乙醇高粘度发酵、快速发酵、高浓度发酵三大技术突破。 

 1)在国内外率先研究了薯类原料粘度产生机制 

 针对粘度产生机制不清楚(没有靶点)、不能获得目标样品 (即与粘度相关的多糖)、随机黑箱筛选效果差的研究现状,利用哥本哈根大学针对多糖的复杂结构开发的具有世界领先优势的单克隆抗体芯片分析技术平台,采用粘度变化+糖芯片为核心的精确定向降粘酶筛选技术,阐明了粘度产生机制,阐明了薯类原料粘度共性。 

 2 成功开发了具有自主知识产权的薯类原料降粘技术,实现了高粘度原料乙醇发酵 

 针对粘度产生的机制,在辨析原料组织结构、研究多种水解酶作用特点及协调作用规律、集成复配酶及自产酶作用特点的基础上,采用现代酶工程技术,根据糖苷键结构理性筛选复合酶系,实现了由随机筛选到理性筛选的跨越,开发了高效水解复合酶配伍及应用技术,将薯类原料粘度由﹥40000mPa.S降到﹤1000mPa.S,解决了薯类原料粘度高、不利传质的关键技术难题。 

 3)首次选育到具有高产物反馈抑制耐性的高效菌株 

 针对薯类乙醇发酵醪高压非牛顿流体环境,在国际上率先开发了以逐级筛选+CO2高压筛选平台为核心的乙醇发酵菌株的系统定向选育技术,从500株出发菌中筛选获得了1株性能优越的菌种,可耐受40高温,0.2 MPa高压,生产18% (v/v)的乙醇,具有耐高浓度乙醇、耐高温、耐产物反馈、耐高粘度、耐大体系压力五大抗性,综合指标先进,具有产业化应用价值,解决了妨碍乙醇发酵大型化的关键难题。 

 4)研究了高效菌株的压力应答机制 

 探究了上述高产物反馈抑制耐性菌株在压力条件下的生理特性、酶表达谱、基因表达谱,对进一步改造乙醇发酵工业菌种,开拓薯类原料的工业化、高值化利用有重要支撑作用。 

 5)首次实现了薯类鲜原料高浓度乙醇发酵,改变了现有技术乙醇浓度低的现状 

 以含水量﹥70%、淀粉含量仅16-25%的鲜薯为原料,在万吨级乙醇生产线上,乙醇浓度由现有技术的5-6%(v/v)提高到10-12%(v/v),发酵效率由88%提高至90%,达到了木薯干发酵产乙醇的水平,蒸馏能耗降低40%以上,具有显著的节能效果。 

 6)首次实现了薯类鲜原料快速乙醇发酵,改变了现有技术发酵周期长的现状 

 该成果应用于万吨级乙醇生产线上,发酵时间由60h缩短为30h,将单位设备乙醇生产力提高了3倍。 


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