丁醇的发酵

以PDMS(tetraethyl orthosilicate)／PVDF为基质的 膜组件与丁醇间歇发酵耦合，与间歇发酵相比，耦合 分离反应体系的总溶剂产率从O．199 r1 h．1提高到 0．44 g lJ h．1，在分离发酵耦合期间(53—65 h)， 葡萄糖的利用率由0．49 g l。1 h．1提高到0．75 g 14 h-1，葡萄糖消耗速率提高了45．9％。
为了解决以上所涉及的问题，现代工艺提出渗透汽化-
发酵耦合工艺的研究。所用到的构造分离一发酵耦合 生物反应器的膜有： HTPB-PU：疏水性端羟基聚丁二聚氨酯 PDMS／PVDF复合膜：中空纤维复合膜。
将PDMS(tetraethyl orthosilicate)／PVDF膜组
件分别与丙酮．丁醇间歇发酵和流加发酵耦合， 通过考察膜分离消除丙酮．丁醇发酵产物抑制作 用、膜分离对于丙酮丁醇发酵的糖利用率、溶剂 产率和溶剂产量等方面的影响。最终得到以下结 论：建立了渗透汽化．间歇发酵分离耦合反应体 系，
发酵丁醇的分离
发酵丁醇的分离
由上面实验得出结论
在丁醇发酵萃取工艺中可选择油醇和C-20萜烯醇， 其综合性能最强。
且重复性能高，发酵产量较传统工艺高出两倍。
丙酮-丁醇发酵耦合技术的比较
吸附法成本较高、操作复杂、选择性差且易受发
酵液污染，能耗较高,选择性较差。而渗透汽化选 择性能好、易操作、能耗低，但其可选择的膜种 类较少，通量低，相比于气提和液液萃取易受发 酵液颗粒的污染和堵塞。
产溶剂期
产溶剂期
丙酮丁醇梭菌生长处于稳定期，发酵液的还原倾 向增强，乙酸、丁酸等被还原成丙酮、丁醇等新的产 物，PH上升，进入产溶剂期。 主产物：丙酮、丁醇
产酸期代谢
乙酰-CoA在硫激酶，3-羟基丁酰-CoA脱氢酶、巴豆酶
和丁酰-CoA脱氢酶4种酶的催化下生成丁酰-CoA，然后 经磷酸丁酰转移酶(PTB)催化丁酰-CoA生成丁酰磷酸盐， 最后丁酰磷酸盐经丁酸激酶去磷酸化，生成丁酸。五 碳糖也可以被丙酮丁醇梭菌利用，通过磷酸戊糖途径 (HMP)，转化为6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛，进入EMP 途径。
发酵液中产物的分离提取方 法
沉淀法：有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法、盐析法、
聚电解质沉淀法、非离子型聚合物沉淀法等。
吸附法：物理吸附，化学吸附。
膜分离法：膜分离技术主要可以分为反渗透法
（RO）、超滤法（UF）、微滤法（MF）、渗透汽化 法（PV）、纳米滤法（NF）、渗析（DL）和电渗析 法（ED）等。
发酵丁醇存在问题

生物发酵的抑制作用，与乙醇相比，丁醇的
产率要低得多，这意味着需用较大量的蒸发、加热、 冷却等设施，能源和投资费用。以及在丁酸生物发 酵过程中常产生对原料预处理后产生许多对丁醇发 酵微生物有毒性作用抑制物的问题。
问题的解决

采用活性炭吸附、碱石灰调节、离子交换树 脂吸附、负压蒸发等手段，实现抑制物的分离。 往往将几种脱除方法联合使用，缺点是增加了生 物丁醇的生产成本。
丁醇发酵经历二个阶段：
产酸和产醇阶段。在产酸阶段，细胞处于指数 生长期，产生大量的乙酸和丁酸，导致pH下降。当 pH<5，丁酸浓度大于2g/l,，激发梭菌从产酸过程 转入产醇过程。此时，细胞处于稳定期，将乙酸和 丁酸转化为丁醇和乙醇。
发酵时采用两段法发酵工艺通过投加丁酸和葡萄糖为
碳源，在适当的条件下，可发酵丁酸产生丁醇。这样 不仅减少了其它副产物的产生如乙醇、丙酮等，又提 高了底物的利用率，也为丁醇回收的后续处理提供方 便。
产溶剂期代谢
在乙酸的转化过程中，乙酸首先转变为乙酰-CoA，接
着2分子的乙酰-CoA在乙酰乙酰-CoA的催化下，合成乙 酰乙酰-CoA，最后乙酰乙酰-CoA在乙酰乙酰脱羧酶的 作用下水解为乙酰乙酸。丁醇的合成则是丁酸在乙酰 乙酰-CoA转化成丁酰-CoA，接着在丁酰-CoA作用下转 化成丁醛，最后在丁醇脱氢酶的催化下生成丁醇。
发酵丁醇的意义
意义：
丁醇的碳和氢含量更高，因此它的脂 溶性较好，可以更好的混合于汽油以及碳 氢化合物。同时，丁醇具有很高的能量密 度。由于蒸汽压力低，腐蚀性小，能够在 炼油厂进行混合，并通管道输送，因此， 丁醇作为生物燃料使非常的便利。

此外，丁醇的挥发性与汽油和乙醇相比 很低，安全性较高。研究表明，在内燃机中 燃烧时，丁醇只产生Leabharlann Baidu氧化碳和水，因而丁 醇作为燃料使用更加清洁环保。

此方法目前仍然停留在实验室阶段，有许多问 题仍然有待于解决，其中问题最为突出的部分是 膜通透性的限制，其成本，分离效能的高效性等 方面。
此外还有一些高效的分离方法如排斥萃取分 离正丁醇-丙酮-水体系,NaAc 、MgC12、Na2CO3等 盐类可在常温下打破正丁醇一丙酮一水体系的液一 液平衡，明显改 变其互溶度．复合萃取剂可大幅 度地增大正丁醇和丙酮在两相的分配系数和选择性 系数，可达到分离提浓各组分的目的。

利用菌种筛选的方法，培育高效的抑制物耐性菌 株。诱变育种是以人工诱变基因突变为基础的，是有 效的菌种改良方法。国内对丙酮丁醇梭菌的菌株改良， 主要还是用传统的诱变方法。目前，丙酮−丁醇发酵主 要的菌种选育手段是诱变育种。目前菌种的筛选主要 集中在耐丁醇梭菌的选育上。

谢谢
丁醇发酵
菌种：丙酮丁醇梭菌
条件：厌氧条件
原料：淀粉或糖
产物：正丁醇
丙醇丁醇梭菌
基本特点： 一种革兰氏染色阳性、细胞呈梭状、细胞大小
（0.6~0.9）μm×（2.4~4.7） μm，常含细菌淀粉 粒，以周生鞭毛运动。 表面菌落圆形、突起，直径3~5mm,边缘不规则， 色灰白，半透明，表面有光泽。
严格厌氧，能分解蛋白质和糖类；生物素和对氨基
苯甲酸做生长因子。
产生大量的丙酮、丁醇和乙醇等溶剂，是重
要的工业发酵菌种。 广泛分布于土壤和谷物等种子表面。
代谢机理
产酸期
发酵起始阶段，PH6.0~7.0，合成代谢分解代谢 的进行产生大量丁酸和乙酸，伴随PH降低到5.0产生气 体二氧化碳，氢气。发酵液酸度急剧上升。 主产物：乙酸、丁酸。
萃取法：溶剂萃取，双水相萃取
发酵丁醇的分离
利用棕榈油甲酯作为原位萃取剂能提高丁醇的
生产强度。利用生物柴油的多样性使得开展以各 种不同的生物柴油为萃取剂的丙酮丁醇发酵成为 可能，此法也可提高丁醇的发酵强度。是目前较 为常用的效率较高毒副作用较小的方法。
发酵丁醇的分离
发酵萃取技术
日本学者田谷正仁提出了发酵萃取技术，这是 一个将发酵与分离相结合的新工艺，其优势是解除了 丁醇对微生物的毒性，及时将产出的微生物从发酵液 中分离出去，同时使发酵过程由间歇操作改为连续操 作，提高产率。同时萃取想可经过精馏或反萃取使溶 剂再生而循环使用，降低了工业化的成本。
发酵丁醇的新发现
异丁醇
异丁醇在我国是少有的几类稀缺产 品之一，其用途十分广泛。异丁醇是合成 增塑剂、防老剂、人工麝香、果子精油和 药物的重要原料，也是生产涂料、清漆的 重要配料，随着下游市场的不断拓展，市 场用途日益广泛。

目前，我国丁醇主要用于生产增塑剂邻苯二 甲酸二异丁酯，占总消费量的 50% ～ 60% ，其他则 用于生产异丁酯，并可以替代正丁醇用于家具、 汽车喷漆以及塑料涂膜等领域。其性能更加优越。