新型复合载体固定化酵母生产燃料乙醇的研究.pdf

新型复合载体固定化酵母生产燃料乙醇的研究 1 2 1 1 耿长江 ，郑春明 ，章福祥 ，关乃佳 (1．南开大学化学学院，天津300071，中国；2．南开大学云南研究院，昆明650091，中国) 我国现已成为世界上仅次于美国的第二大石油净进口国， 2010年进口量将占 我国石油总消耗量的 50%。石油危机已成为影响我国经济持续高速发展的重要因 素，开发生物质能源是我国能源战略的重要组成部分。燃料乙醇以液体形式存在， 能量密度高，便于运输与使用是目前最有潜力的生物质替代能源。 燃料乙醇是指以淀粉质、糖质为原料经发酵、制得乙醇，脱水后，未加变性 剂的，可作为燃料用的无水乙醇。我国正在推广使用乙醇汽油（在不添加含氧化 合物的液体烃类中加入一定量的变性燃料乙醇后用作点燃式内燃机的燃料，加入 量为10%(v/v),称为E10）并取得了可喜的成果[1] 。 固定化细胞连续发酵生产乙醇，发酵速度快，不易染菌，设备利用率较高， 是目前研究的热点。近年来，国内外对固定化酵母的研究工作主要集中在固定化 酵母载体、影响固定化的各种因素、固定化技术的开发上面[2-4] 。 本文介绍了采用吸附-包埋耦合固定法，在聚氨酯等高分子聚合物材料中添加 氧化铝、介孔分子筛MCM-41等无机物质，制备出新型有机－无机复合膜状载体。 该载体生物负载量大、弹性好,经反复使用无毒并能保持较高的发酵水平,应用于 连续流动酒精发酵工艺中，可缩短发酵周期至6～8小时，是一种很有潜力的燃料 乙醇工业生产用高效固定化细胞生物催化剂。 1 材料和方法 1.1 材料 酿酒酵母（Saccharomyces Cerevisiae）、聚氨酯等高分子聚合物（天津市 博迪化工有限公司）、氧化铝（天津化工设计院）、MCM-41（南开大学新能源与 催化材料研究所）、糖蜜（云南建水糖业有限责任公司）其余试剂均为国产生化 分析纯试剂。 1.2 方法 1.2.1菌悬液的制备：用一定浓度的糖蜜培养活化酵母48h，离心分离后加入无 9 -1 菌水制得10 cell.mL 菌悬液备用。 1.2.2有机-无机复合膜状载体的制备：将聚氨酯等高分子聚合物按照合适的浓 度混合后加入和适量的氧化铝和MCM-41，30%（v/v）的菌悬液混合均匀，用制膜 机制得有机-无机复合膜状固定化细胞载体，膜厚度3mm，在CaCl 溶液中固化6h。 2 1.2.3细胞数、糖浓度、酒精含量的测定：固化酵母细胞用血球计数板计数； 总糖、残糖含量用斐林试剂溶液滴定法；酒精含量用酒精比重计法。 2 结果与讨论 2.1不同形状复合载体对发酵效果的影响 在目前工业应用的催化剂大多为粒状，本试验比较了球状（φ3mm）和膜状两 种复合载体固定化细胞进行间歇式发酵：将上述两种不同形状的载体各 100mL， 固定膜状载体间隙 5mm，放入 1L 的柱状发酵罐中，加入 800mL150g/L 糖蜜培养 基中，调节 pH4.5 ，在 30℃下通气发酵，结果如表 1。 表1 不同形状复合材料固定化细胞发酵结果比较 Tab.1 The Influence of Carrier Shape to Ethanol Fermentation 发酵周 残余总糖 酒精度 发酵速度 总糖利用 糖醇转化率 载体乙醇产率 PE/S/ 材料形状 期 T/h S/g.L-1 P/% （vol ）V/g.L-1.h-1 率 Us/% Ψ % L.Et-0H.M-3.h-1 E/S