第33卷第23期农业工程学报V ol.33 No.23
246    2017年12月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering          Dec. 2017
CO一步法C. autoethanogenum发酵产乙醇的工艺研究
徐惠娟1,2，梁翠谊1，许敬亮1,2※，何敏超1，袁振宏1,2，陈小燕1，张宇1（1. 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，广州 510640；
2. 广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室，广州 510640）
摘要：合成气/CO发酵制备燃料乙醇是一项具有吸引力的新技术，为促进C. autoethanogenum在该技术中的应用，对
C. autoethanogenum的乙醇发酵工艺及过程参数进行了研究。结果表明，C. autoethanogenum代谢木糖的产物以乙酸为主，
只产生少量乙醇；与无机氮源相比较，C. autoethanogenum在含有机氮源的培养基中生长迅速，菌体浓度高。在3 L发酵罐中进行C. autoethanogenum的批式发酵试验，采用木糖生长-CO发酵两步法，乙醇主要在CO发酵阶段产生，最高乙醇质量浓度为1.71 g/L；发酵罐经改进之后，采用CO一步法发酵，虽然得到
的菌体浓度降低了，但是发酵时间延长，最高乙醇质量浓度达到7.36 g/L，而乙酸质量浓度在整个发酵过程中均低于1.1 g/L。此外，研究发现发酵液的pH值和氧化还原电位ORP与乙酸/乙醇产物分布密切相关，尤其是pH值。上述研究结果可为C. autoethanogenum发酵CO生产乙醇的中试放大提供参考。
关键词：乙醇；发酵；一氧化碳；合成气发酵；乙酸；C. autoethanogenum
doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.23.032
中图分类号：Q815          文献标志码：A          文章编号：1002-6819(2017)-23-0246-06
徐惠娟，梁翠谊，许敬亮，何敏超，袁振宏，陈小燕，张宇. CO一步法C. autoethanogenum发酵产乙醇的工艺研究[J].
农业工程学报，2017，33(23)：246－251.    doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.23.032   
Xu Huijuan, Liang Cuiyi, Xu Jingliang, He Minchao, Yuan Zhenhong, Chen Xiaoyan, Zhang Yu. Study on one-step ethanol production from CO by C. autoethanogenum[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(23): 246－251. (in Chinese with English abstract)    doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.23.032   
0  引  言
随着世界人口增长与现代工业的发展，人类对能源的需求日益增加。开发新能源，实现低碳减排，是世界各国共同关注的热点问题。乙醇具有含氧，无水，高辛烷值等特点，既可直接作为液体燃料，又能作为添加剂与汽油混合使用[1]。乙醇可以代替传统的汽油添加剂甲基叔丁基醚（MTBE），从而避免因使用MTBE对地下水造成的污染[2]。汽油中乙醇的添加量不超过15%时，对车辆的行驶性没有明显影响，但汽车尾气中碳氢化合物、NOx 和CO的含量明显降低。燃料乙醇作为一种清洁、可再生的能源，可减少国家对化石能源的依赖，维持社会与经济的可持续发展。
第一代燃料乙醇技术是以糖质或淀粉质作物为原料生产乙醇，其工艺已经非常成熟，但是存在着“与民争粮，与农争地”的问题。第二代燃料乙醇技术是以农林废弃物等木质纤维素为原料，经过预处理、酶解等步骤将原料分解为可发酵性糖，再进行乙醇发酵[3]，该技术存
收稿日期：2017-07-31    修订日期：2017-11-09
基金项目：国家高技术研究发展计划（2015AA020202）；广州市科技计划项目（2014J4100220）
作者简介：徐惠娟，女，博士，副研究员，主要从事燃料乙醇生物合成研究。Email：xuhj@ms.giec.ac
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※通信作者：许敬亮，男，博士，研究员，主要从事生物质能生化转化研究。Email：xjl@ms.giec.ac 在着纤维素酶成本高、木质素不能利用等缺陷，因而距离产业化仍有一段距离。合成气发酵是20世纪90年代发展起来的一项新技术，它以生物质、有机废物等的气化合成气为原料，利用特定的厌氧微生物进行发酵，产物包括乙酸、乙醇、2,3-丁二醇，丁酸和丁醇等[4-5]。合成气的主要成分为CO、H2和CO2，能够利用它的微生物被称为产乙酸菌，其中Clostridium ljungdahlii[6]，Butyriba-terium methylotrophicum[7]，Clostridium carboxidivorans[8]，Clostridium autoethanogenum[9]，Clostridium ragsdalei[10]以及Clostridium coskatii[4]等菌株已用于合成气发酵产乙醇/丁醇的研究。气化过程可以将原料中的全部组分定向转化为合成气，因而木质素等一些难降解物质也能得到利用，而且合成气发酵具有反应条件温和、产物简单易于分离纯化等特点，因此它在生物质与有机废物的利用方面极具应用前景[11-12]。
C. autoethanogenum是从兔粪中分离得到的一株严格厌氧菌，可以利用CO作为唯一的碳源和能源，也能利用H2/CO2及一些简单的碳水化合物，它的代谢产物主要是乙酸和乙醇。本实验室利用封闭的培养系统（气袋）研究了C. autoethanogenum的合成气代谢，发现C. autoe-thanogenum在发酵CO产乙醇方面具有较大潜力[13]。为了进一步开发C. autoethanogenum的乙醇发酵工艺，本文对C. autoethanogenum乙醇发酵的过程参数展开研究，探索其发酵规律及影响因素。

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