利用改良的VMFB生物反应器，实现基于红薯的高性能共固定微生物培养以生产乙醇

《Journal of Bioscience and Bioengineering》：High-performance co-immobilized microbial culture for sweet potato-based ethanol production using modified VMFB bioreactor

甜薯淀粉在垂直质量流生物反应器中通过三株微生物共固定化发酵生产乙醇。研究显示分批发酵在12% (w/v)浓度时乙醇浓度达45.11 g/L，转化率66.26%；重复批次发酵至12%浓度、5个循环时总乙醇浓度达241.54 g/L；补料分批发酵在24%总添加量时乙醇浓度102.6 g/L，转化率55.96%。实验采用未糊化淀粉评估工业化潜力，发现补料分批工艺具有更高乙醇产率和转化率。

　　

刘宇国|张宏亮

台湾桃园县龟山长庚大学化学与材料工程系

本研究的目的是通过共固定Aspergillus awamori、Rhizopus japonicus和Zymomonas mobilis，探讨在垂直质量流生物反应器（VMFB）中从甘薯淀粉长期稳定生产乙醇的最佳培养策略。在探索最佳初始底物浓度时，当进料浓度为12%（w/v）时，第54小时达到了45.11 g/L的最大乙醇浓度，转化率为66.26%，与理论值相当。在重复批次工艺（多个循环）中，当甘薯淀粉浓度为6%（w/v，3个循环）和12%（w/v，5个循环）时，分别实现了稳定的乙醇生产，总乙醇浓度分别为71.03 g/L（3个循环，72小时）和241.54 g/L（5个循环，348小时）。在分批进料发酵过程中，总添加了24%（w/v）的甘薯淀粉（分四次添加），114小时后的最大乙醇浓度和产率为102.6 g/L和0.43。为了评估未来的工业化潜力，使用干燥的原始淀粉代替糊化淀粉作为底物。结果表明，分批进料发酵过程的乙醇产率和淀粉转化率更高，144小时时的值分别为0.32%和55.96%。

部分内容摘录

微生物与培养基

Rhizopus japonicus BCRC 33070、Aspergillus awamori BCRC 31509和Zymomonas mobilis BCRC 10809购自台湾的生物资源收集与研究中心（BCRC）。R. japonicus和A. awamori在pH 6.8、30°C的土豆葡萄糖琼脂（PDA）上培养5天后，储存于4°C。Z. mobilis在同一pH和温度下，在含有酵母提取物、还原糖和琼脂的培养基上培养2天。预培养基和发酵基质的成分不同。

使用mVMFB单级系统从甘薯淀粉中批量生产乙醇

为了改善上层糖化区的有氧条件，从而提高淀粉转化效率，开发了一种改进的垂直质量流生物反应器（mVMFB），并将其应用于单级同步共发酵过程。其性能与我们之前研究中使用的VMFB系统进行了比较（11）。按照图1B所示的程序，使用三种微生物菌株进行了批次乙醇发酵。

CRediT作者贡献声明

刘宇国：撰写 – 原始稿撰写、数据可视化、验证、监督、资源管理、项目规划、方法论设计、实验设计、资金筹集、数据分析、概念构思。张宏亮：撰写 – 文稿审阅与编辑、软件应用。

致谢

本工作得到了国家科学技术委员会的资助（项目编号：NSTC111-2221-E-182 -047和NSTC 112-2221-E-182 -018 -MY2），以及台湾长庚大学的资助（项目编号：CGU-URRPD2N0041）。