Efficient Acetone- Butanol- Ethanol production by Clostridium beijerinckii from sugar beet pulp
- 作者
- Carolina Bellido, Celia Infante, Mónica Coca, Gerardo González-Benito, María Teresa García-Cubero
- 单位
- Department of Chemical Engineering and Environmental Technology, University of Valladolid, Dr. Mergelina s/n, 47011 Valladolid, Spain
- 杂志
- Bioresource Technology（2015）
- DOI
- 10.1016/j.biortech.2015.04.082
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
利用甜菜粕作为低成本原料，通过Clostridium beijerinckii高效生产丙酮-丁醇-乙醇(ABE)溶剂，解决生物丁醇生产成本高、原料竞争问题。
研究策略
比较稀硫酸预处理、pH4自水解和自水解三种预处理方式，结合商品酶（纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、果胶酶）酶解，采用C.beijerinckii DSM 6422进行厌氧ABE发酵，评估不同固体负荷下糖释放与溶剂产量。
核心内容
本研究以甜菜粕为低成本原料，利用Clostridium beijerinckii DSM 6422厌氧发酵生产丙酮-丁醇-乙醇（ABE）溶剂，以替代粮食基底物、降低生物丁醇成本。作者系统比较了稀硫酸预处理、pH4自水解和自水解三种方式，结合商品纤维素酶、β-葡萄糖苷酶及果胶酶进行酶解，并在不同固体负荷下评估糖释放与发酵性能。结果显示，pH4自水解（120°C，6%固体，5分钟）为最优方案，总糖释放率达66.2%-70.6%，且无需水洗、化学品用量低。在7.5%固体负荷酶解时，ABE产率达0.4 g/g，获得143.2 g ABE/kg甜菜粕（含62.3 g丙酮和80.9 g丁醇）；10%固体负荷下丁醇浓度最高达7.8 g/L（丙酮5.8 g/L），ABE产率0.36 g/g。发酵中葡萄糖、果糖、阿拉伯糖消耗率分别为93.1%、100%和62.5%，但菌株不能利用半乳糖醛酸。该工艺实现了甜菜粕向生物丁醇的高效转化，为工业应用提供了可行且经济的预处理与发酵路线。
创新点
['首次将C.beijerinckii用于甜菜粕水解液的ABE发酵', '确定了pH4自水解为最佳预处理，能获得高固体回收率和总糖收率', '发现C.beijerinckii不能利用半乳糖醛酸但能高效利用阿拉伯糖等C5糖']
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Clostridium beijerinckii DSM 6422 | ABE发酵途径（丙酮-丁醇-乙醇） | — | — | 催化 | 利用六碳糖和五碳糖生产丙酮和丁醇 |
| — | 纤维素降解 | — | 纤维素酶（Celluclast 1.5L） | 催化 | 水解纤维素 |
| — | 纤维素降解 | — | β-葡萄糖苷酶（Novozym 188） | 催化 | 将纤维二糖水解为葡萄糖 |
| — | 果胶降解 | — | 果胶酶（Pectinex Ultra SPL） | 催化 | 水解果胶释放半乳糖醛酸 |
关键发现
- 总糖释放率在pH4自水解预处理下达66.2%-70.6%
- 最高ABE产率0.4 g/g（5.1 g/L丙酮和6.6 g/L丁醇），在7.5%固体负荷酶解时获得143.2 g ABE/kg甜菜粕（62.3 g丙酮和80.9 g丁醇）
- 10%固体负荷时丙酮和丁醇浓度最高分别达5.8 g/L和7.8 g/L，ABE产率0.36 g/g
- 葡萄糖、果糖、阿拉伯糖消耗率分别为93.1%、100%、62.5%。
研究结论
pH4自水解（120°C，6%固体，5分钟）是甜菜粕ABE发酵的最佳预处理，可提高酶解糖产量和发酵溶剂产量，获得143.2 g ABE/kg甜菜粕，且无需水洗、化学品用量低，是高效转化甜菜粕为生物丁醇的可行工艺。