低碳合成气生物转化及产乙醇发酵工艺探索

作     者：方崇 刘云云 徐惠娟 周雨 邱雨心 巨苗苗 

作者机构：汕头大学海洋生物研究所 陕西科技大学机电工程学院 中国科学院广州能源研究所中国科学院可再生能源重点实验室 

出 版 物：《化工进展》 (Chemical Industry and Engineering Progress)

年 卷 期：2023年

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 081703[工学-生物化工] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0836[工学-生物工程] 082203[工学-发酵工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 

基　　金：国家重点研发计划(2019YFB1503904) 陕西省自然科学基础研究计划面上项目(2021JM-382) 

主　　题：合成气 燃料乙醇 气体发酵 乙酸 C. autoethanogenum 

摘      要：在碳中和大目标下，生物质气化合成气(主要成分为CO、CO2和H2)的资源化利用受到广泛关注，将合成气转化为燃料乙醇具有碳减排和能源生产的双重功效。针对化学催化转化过程存在合成气不能被完全利用的问题，采用生物法对其尾气(低碳合成气)进行进一步利用， 以提高合成气的利用率。本文从气体底物、发酵工艺等方面对乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)发酵产乙醇过程进行了研究。结果表明：在合成气发酵中，菌株会优先利用CO，之后再利用CO2和H2，CO和H2消耗的比值为0.99±0.12，产物中乙醇/乙酸摩尔比为0.78±0.10；以100% CO为底物时，CO消耗与CO2生成的比值为1.72±0.21，乙醇/乙酸摩尔比为1.00±0.11。木糖-合成气共发酵时菌株对木糖的利用比较缓慢，与合成气发酵相比，菌体浓度较高，但乙醇浓度较低。培养基中添加乙酸钠，浓度为4g/L时对菌株活性没有影响，高浓度(≥12g/L)则对菌株生长产生明显的抑制作用。3L搅拌罐式反应器的发酵实验显示，当发酵过程出现“酸崩溃时，菌株的产乙醇代谢受到抑制，导致乙醇产量低；在菌株对数生长后期降低发酵温度可有效避免“酸崩溃，发酵得到的最高乙醇浓度为3.46g/L，最高乙醇/乙酸摩尔比达到2.01，最大乙醇产率达到0.35g/(L·d)。上述研究结果可为C. autoethanogenum发酵产乙醇过程工艺优化提供参考。