低pH耐受性生物脱毒真菌的分离及其在纤维素乙醇发酵上的应用

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木质纤维素生物质是地球上用于生产生物燃料和生物基化学品的储量最为丰富的原料。预处理是克服后续酶水解和发酵过程中存在的物理和化学顽固性的前提。而另一方面,预处理过程会产生一系列抑制物,影响细胞生长、糖化和发酵。应采取解毒步骤从预处理木质纤维素原料中去除有毒抑制剂。因此必须通过脱毒来去除预处理过程中从木质纤维素中产生的抑制物。生物脱毒是一种通过微生物去除木质纤维素原料中抑制物的方法。目前已分离出多种能够用于生物脱毒的细菌和真菌,如树脂枝孢霉ZN1。但是,这些生物脱毒菌株通常需要一个中性的pH环境进行细胞生长和抑制剂降解。在酸预处理中,生物质的pH值往往较低,对生物脱毒造成很大限制。而通过氢氧化钙或氢氧化钠来中和pH时会形成高浓度或不溶性的钙化合物。本论文专注于研究开发一种改良的并且能够有效降低成本的从木质纤维素生物质中去除抑制物的方法。第一部分分离了几种耐低pH的生物脱毒真菌,并选择真菌Byssochlamys spectabilis FN89对低pH稀硫酸预处理玉米秸秆进行生物脱毒。B.spectabilis原称为Paecilomyces variotii,是一种常见的环境霉菌,属于子囊菌门。B.spectabilis FN89能在96小时内有效去除包括糠醛、HMF、乙酸和酚类在内的所有主要抑制物,且在低pH条件下无糖损失。利用该脱毒玉米秸秆进行发酵能够产生55 g/L的纤维素乙醇,得率达到61%。本研究为经济性纤维素乙醇生产提供了一种更加简单经济的固态酸预处理木质纤维素生物质生物脱毒技术。论文第二部分对利用碳酸钙粉末作为酸性中和剂的干法生物脱毒技术进行了研究,从而避免在中和酸预处理过后的麦秆原料中使用Ca(OH)2。干法生物脱毒技术能够在温和稳定的pH下进行脱毒从而减少了酚类物质的形成。我们对比了干法和湿法生物脱毒的脱毒效率,结果表明干法生物脱毒和湿法脱毒表现出相同的脱毒效率,产生了72 g/L或这9.1%(v/v)的乙醇,十分接近于玉米乙醇的生产结果。
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