丁醇,不仅是一种重要有机化工原料,同时又是具有极大潜力的新型生物燃料。但是,通过传统的丙酮-丁醇-乙醇(ABE)发酵法生产生物丁醇,由于丁醇对发酵菌种存在毒性抑制,菌体的丁醇耐受性低,导致发酵的终产物浓度低以、生产效率低和目标产物比例低等问题。除此之外,原料成本过高也是生物丁醇发展的又一因素。因此可以通固定化技术(FBB)提高菌体的丁醇耐受性增强其生产强度,通过添加外源的电子载体优化丁醇合成的途径,提高丁醇在总溶剂中所占的比例,再寻找一种替代粮食作物原料的非粮食作物类原料,如大型海藻类海带,来降低原料成本。本文通过设计一种严格厌氧发酵体系在线尾气监测系统对发酵生物丁醇的发酵过程进行在线监测分析,为厌氧菌的代谢分析提供详细的气体分析数据,同时通过添加中性红和固定化技术,获得高浓度的丁醇。以海带为原料,通过预处理和酶解糖化预处理方法,探究海带中还原糖和甘露醇的含量,对其能源化进行可行性研究。设计的严格厌氧发酵尾气在线监测系统是在有氧发酵的尾气在线分析系统的基础改进而得。有氧发酵的尾气在线分析系统相当于内嵌式(in situ)气体检测系统,由尾气分析仪内部的泵提供循环动力,将发酵罐、尾气分析仪和进出气管组成一个循环回路。同时发酵产生的尾气通过自然排出发酵罐后由气体流量计测定。设计的严格厌氧发酵尾气在线监测系统,是在有氧发酵的尾气在线分析系统的基础上,在发酵罐和尾气分析仪的气体循环回路中间加入两个锥形瓶,使气体循环发生在锥形瓶内,避免由于气体循环导致的尾气检测系统进氧气干扰厌氧发酵过程。最终设计的厌氧发酵体系在线系统的进氧量仅为5.9 mL,仅占气体总体积0.35%,有氧或微氧发酵尾气在线分析系统的进氧量123.7 mL,占气体总体积的20%。采用有氧发酵发酵尾气在线分析系统进行监测的发酵实验,总产气量为21.0 L,H2为7.4 L,CO2为12.5 L,采用严格厌氧发酵体系在线系统监测到的发酵总产气量为34.9 L,H2为13.9 L,CO2为19.3 L,使用严格厌氧发酵体系在线系统监测到的发酵总产气量、C02产气量和H2产气量分别提高了66.2%、87.8%、54.4%。因此,设计的严格厌氧发酵尾气在线监测系统可以应用于厌氧发酵过程。通过添加中性红电子载体、使用固定化技术,考察了电子载体对于丙酮丁醇梭菌代谢流的影响和固定化技术对于菌体生产丁醇的生产强度的影响。游离发酵的丁醇产量和ABE产量分别为13.7g/L和和2113 g/L。在发酵开始时加入中性红,丁醇的产量和ABE的产量分别提高到15.1 g/L和22.2 g/L,发酵进行10 h,即大约发酵进入产溶剂期加入中性红,丁醇产量和ABE差量分别提高到16.3g/L和24.2 g/L。0 h加入中性红较游离对照的丁醇产量提高了9.5%,10h加入中性红较游离发酵对照加入中性红的丁醇产量提高19.0%,并且丁醇丙酮比相对于对照组的2.45提高了0.36。游离发酵的发酵周期为44 h,固定化发酵周期明显缩短了,丁醇的生产强度显著提高。固定化发酵周期为32 h,丁醇最高产量为15.4g/L,生产强度0.64g/(L·h-1),分别比对照组提高了12.4%和106%,CO2和H2最高产气速率分别提高了60%和9%,产气量分别提高了20.7%和41.3%。加入中性红的固定化发酵,丁醇和ABE的最高产量为16.8 g/L和26.8g/L,丁醇产量和ABE产量分别提高了22.6%和25.8%。用酸水解和酶水解的方法水解海带,我们可以建立海带生产甘露醇和还原糖的最佳条件。最佳的酸解条件为底物浓度为8%、酸解时间为90 min、酸解温度为120℃、酸浓度为0.5M。对酸解后的水解液进行酶解,甘露醇和还原糖的含量都有所提高。以海带水解液为底物发酵产丁醇,总糖23g/L,丁醇产量为1.2 g/L,得率为0.05 g/g