Butanol production from thin stillage using Clostridium pasteurianum
- 作者
- Jae-Hyung Ahn, Byoung-In Sang, Youngsoon Um
- 单位
- Clean Energy Center, Korea Institute of Science and Technology
- 杂志
- Bioresource Technology（2011）
- DOI
- 10.1016/j.biortech.2011.01.046
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
解决乙醇生产过程中产生的大量稀酒糟（thin stillage）的资源化利用问题，实现低成本丁醇生产
研究策略
以Clostridium pasteurianum DSM 525为生产菌株，直接利用thin stillage中的甘油作为主要碳源进行丁醇发酵，并研究其中乳酸和乙酸等有机酸对发酵的影响
核心内容
该研究以Clostridium pasteurianum DSM 525为生产菌株，直接利用乙醇生产过程产生的稀酒糟作为培养基进行丁醇发酵，旨在实现副产物的资源化增值。研究中发现，稀酒糟中约含20 g/L甘油，无需额外补充营养即可支持发酵。在初始pH 5.0-7.0条件下，丁醇产量达到6.2-7.2 g/L，收率为0.32-0.44 g/g甘油，高于文献报道的0.14-0.31 g/g。关键创新在于揭示了乳酸的作用：稀酒糟中天然存在的乳酸（4-5.7 g/L）可作为缓冲剂将pH稳定在5.7-6.1，同时作为共底物被利用。在MP2培养基中添加16 g/L乳酸时，丁醇产量从6.5 g/L提升至8.7 g/L，收率从0.27提高至0.36；而添加10 g/L乙酸虽使产量从7.5 g/L降至6.5 g/L，但典型浓度下不显著抑制发酵。研究证实稀酒糟可直接作为低成本丁醇发酵培养基，乳酸与乙酸的典型浓度不会阻碍生产，且乳酸能提升产量与收率，为乙醇工业副产物的经济利用提供了可行路径。
创新点
首次证明thin stillage可直接作为丁醇发酵的培养基，无需额外添加营养物质；发现乳酸可作为缓冲剂和共底物，提高丁醇产量和底物收率
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Clostridium pasteurianum DSM 525 | 丁醇合成途径（甘油发酵途径） | — | — | 催化 | 以甘油为主要碳源生产丁醇，同时共利用乳酸；在pH 5.0-7.0下丁醇产量6.2-7.2 g/L |
| Saccharomyces cerevisiae KCTC 7296 | 乙醇发酵途径 | — | — | 催化 | 用于实验室制备thin stillage，模拟乙醇发酵副产物 |
关键发现
- 在初始pH 5.0-7.0条件下，C. pasteurianum DSM 525利用thin stillage（含约20 g/L甘油）产生丁醇6.2-7.2 g/L，丁醇收率为0.32-0.44 g/g甘油，高于文献报道的0.14-0.31 g/g甘油
- 乳酸作为缓冲剂使培养基pH稳定在5.7-6.1
- MP2培养基中添加16 g/L乳酸时丁醇产量从6.5 g/L（无乳酸）提高至8.7 g/L，收率从0.27提高至0.36
- 添加10 g/L乙酸时丁醇产量从7.5 g/L降至6.5 g/L，乙酸不被消耗
- thin stillage中甘油浓度可高达19 g/L，乳酸浓度4-5.7 g/L
研究结论
利用thin stillage作为含营养和pH缓冲能力的培养基进行丁醇发酵是可行的，乳酸和乙酸在典型浓度下不会显著抑制丁醇生产，且乳酸可被利用并提高丁醇产量和收率，为乙醇副产物的增值利用提供了经济可行的途径