高级醇 · 代谢工程文献库

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Simultaneous saccharification and co-fermentation of dry diluted acid pretreated corn stover at high dry matter loading: Overcoming the inhibitors by non-tolerant yeast

作者
Jia-Qing Zhu, Lei Qin, Wen-Chao Li, Jian Zhang, Jie Bao, Yao-Dong Huang, Bing-Zhi Li, Ying-Jin Yuan
单位
Key Laboratory of Systems Bioengineering (Ministry of Education), Tianjin University, Tianjin 300072, PR China; SynBio Research Platform, Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering (Tianjin), School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, PR China; State Key Laboratory of Bioreactor Engineering, East China University of Science and Technology, 130 Meilong Road, Shanghai 200237, PR China
杂志
Bioresource Technology（2015）
DOI
10.1016/j.biortech.2015.08.140
所属领域
发酵工程
关键词
Fed-batch fermentationHigh solid loadingInhibitor toleranceSimultaneous saccharification and co-fermentationXylose utilization
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解决的核心问题

在高干物质（25% w/w）装载下，DDAP预处理玉米秸秆的同步糖化共发酵（SSCF）过程中，预处理产生的抑制剂严重影响木糖发酵酵母的活性，导致发酵停滞，如何在不脱毒条件下克服抑制剂抑制实现高效乙醇生产。

研究策略

通过研究温度对SSCF和抑制剂耐受性的影响，利用稀释水解液分析抑制剂浓度对葡萄糖和木糖利用的抑制作用，开发了补料分批（fed-batch）策略，并结合高酵母接种量，逐步降低发酵液中抑制剂的浓度，同时提高酵母细胞活性，从而实现高固含量下无需脱毒的SSCF。

研究路线图

100%
高固含量SSCF发酵停滞问题
温度与抑制剂影响分析
稀释水解液毒性验证
补料分批SSCF工艺开发
高酵母接种量优化
15%固含乙醇提升10.2%
25%固含初始发酵停滞
乙醇47.2 g/L、产率65.5%
无脱毒高效纤维素乙醇生产方案
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核心内容

本研究针对高干物质（25% w/w）装载下稀酸预处理玉米秸秆同步糖化共发酵（SSCF）中抑制剂严重抑制木糖发酵、导致发酵停滞的问题，开发了无需脱毒的补料分批工艺。通过系统分析温度和抑制剂浓度对糖利用的影响，发现木糖利用对抑制剂比葡萄糖更敏感，在15%干物质装载下34°C较38°C乙醇产率提高10.2%。在25%装载下，采用补料分批策略结合高酵母接种量（7.5 g/L），逐步降低发酵液中抑制剂浓度并增强细胞活性，最终乙醇浓度达47.2 g/L，产率65.5%，较起始阶段停滞状态（乙醇<5 g/L）显著提升。稀释试验证实，抑制剂浓度稀释5倍可使残留木糖从16.4 g/L降至5.2 g/L。结果表明，该策略可有效克服抑制剂抑制，实现高固含量预处理秸秆的高效转化，为经济可行的纤维素乙醇生产提供了新方案。

创新点

['开发了一种无需脱毒处理、适用于高固含量（25% w/w）DDAP预处理玉米秸秆的补料分批SSCF工艺', '利用高酵母接种量（7.5 g/L）显著提高木糖利用和乙醇产率', '系统分析了温度、干物质浓度和稀释水解液对抑制剂毒性和糖利用的影响']

研究对象（3）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
Saccharomyces cerevisiae SyBE005 木糖利用途径 — — 催化 工程木糖利用酵母菌株，用于同步糖化共发酵
— 纤维素水解 — 纤维素酶（Accellerase 1500） 催化 商品化纤维素酶，用于水解纤维素
— 纤维素水解 — β-葡萄糖苷酶（Novozyme 188） 催化 商品化β-葡萄糖苷酶，用于将纤维二糖水解为葡萄糖

关键发现

  1. 在15% (w/w)干物质装载下，34°C较38°C的乙醇产率提高10.2%（乙醇浓度提高4.4 g/L），最终乙醇浓度为29.5 g/L
  2. 而25% (w/w)装载下SSCF几乎在起始阶段即停止（乙醇<5 g/L）。通过补料分批模式在25%装载下将乙醇浓度提升至40.0 g/L
  3. 进一步提高酵母接种量至7.5 g/L后，补料分批SSCF的最终乙醇浓度和产率分别达到47.2 g/L和65.5%。稀释试验表明，木糖利用对抑制剂比葡萄糖更敏感：当抑制剂浓度稀释5倍时，残留木糖从16.4 g/L降至5.2 g/L，乙醇产率较2倍稀释提高8.8%。

研究结论

通过补料分批结合高酵母接种策略，可在无脱毒条件下有效转化高固含量DDAP预处理玉米秸秆，实现47.2 g/L乙醇浓度和65.5%产率，为经济可行的纤维素乙醇生产提供了新方案。