Ethanol production from candidate energy crops: Water hyacinth (Eichhornia crassipes) and water lettuce (Pistia stratiotes L.)
- 作者
- D. Mishima, M. Kuniki, K. Sei, S. Soda, M. Ike, M. Fujita
- 单位
- Osaka City Institute of Public Health and Environmental Sciences; Division of Sustainable Energy and Environmental Engineering, Graduate School of Engineering, Osaka University; Kochi National College of Technology
- 杂志
- Bioresource Technology（2007）
- DOI
- 10.1016/j.biortech.2007.04.056
- 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
评估水葫芦和水莴苣作为乙醇生产原料的潜力，比较同时糖化发酵(SSF)与分步糖化发酵(SHF)以及不同微生物（酿酒酵母和重组大肠杆菌）的产乙醇性能。
研究策略
采用碱性/氧化预处理，使用商业纤维素酶进行糖化，结合SHF和SSF两种发酵模式，利用传统酿酒酵母NBRC 2346和重组大肠杆菌KO11进行乙醇发酵，并分析糖组成、乙醇浓度及转化效率。
研究路线图
核心内容
本研究评估了水葫芦和水莴苣作为纤维素乙醇生产原料的可行性，比较了同时糖化发酵（SSF）与分步糖化发酵（SHF）两种工艺，并考察了酿酒酵母NBRC 2346和重组大肠杆菌KO11的发酵性能。实验采用碱性/氧化预处理结合商业纤维素酶糖化，对两种水生植物进行乙醇发酵。结果显示，SSF模式下，酿酒酵母从水葫芦和水莴苣分别获得14.4 g/L和14.9 g/L乙醇，转化效率达109.1%和108.2%；重组大肠杆菌KO11则分别产生16.9 g/L和16.2 g/L乙醇，转化效率为126.1%和115.1%，均优于SHF模式。SSF的乙醇产率（水葫芦0.14–0.17 g/g干重，水莴苣0.15–0.16 g/g干重）与农业废弃物相当。该研究首次将SSF应用于这两种水生植物，并利用携带运动发酵单胞菌pdc和adhB基因的KO11实现戊糖和己糖共发酵，提高了产物浓度与转化效率，表明水葫芦和水莴苣具备实际乙醇生产潜力。
创新点
首次将同时糖化发酵(SSF)应用于水葫芦和水莴苣的乙醇生产；使用重组大肠杆菌KO11（含有运动发酵单胞菌的pdc和adhB基因）实现戊糖和己糖共发酵，提高了乙醇产量和转化效率。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae NBRC 2346 | 乙醇发酵（糖酵解） | — | — | 催化 | 传统产乙醇酵母，用于SHF和SSF发酵 |
| Escherichia coli KO11 | 乙醇发酵（包括戊糖和己糖利用） | pdc, adhB | 丙酮酸脱羧酶（PDC），乙醇脱氢酶II（ADH II） | 催化 | 重组菌株，整合了Zymomonas mobilis的pdc和adhB基因，能共发酵己糖和戊糖 |
关键发现
- SSF模式下，S. cerevisiae NBRC 2346从水葫芦和水莴苣分别产生14.4 g/L和14.9 g/L乙醇，转化效率分别为109.1%和108.2%
- E. coli KO11分别产生16.9 g/L和16.2 g/L乙醇，转化效率分别为126.1%和115.1%。SHF模式下，S. cerevisiae分别产生10.1和11.3 g/L，E. coli KO11分别产生10.3和12.7 g/L。SSF的乙醇产率（水葫芦0.14-0.17 g/g干重，水莴苣0.15-0.16 g/g干重）与农业废弃物相当。水莴苣的淀粉含量（6.4%）略高于水葫芦（4.1%），而纤维素和半纤维素含量略低。
研究结论
水葫芦和水莴苣可作为有前景的乙醇生产原料；SSF比SHF更高效且周期更短；重组E. coli KO11比传统S. cerevisiae产生稍高的乙醇浓度；两种水生植物的乙醇产率与农业废弃物相当，表明其具有实际应用潜力。