真空膜蒸馏耦合能源植物酶解发酵制乙醇基础研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21276024
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0804.分离工程
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Jerusalem Artichoke (JA), referred to as an energy plant, is appropriate for planting in the desert regions, beaches, and saline and alkaline wastelands. And in our country, major breakthroughs have been made in the selection and breeding of salt-tolerant types of JA and the planting in beaches. This proposal has put forward the ethanol production from JA raw powders by a novel membrane bioreactors (MDBRs) coupling in situ separation of VMD with enzymatic hydrolysis and fermentation processes. The research focuses primarily on the solutions to the key scientific problem, poor conversion efficiency of biomass, which results from the products (saccharides, enthanol) inhibition, and to the technical bottleneck problem, the low productivity and high energy consumption of process. First, the optimal conditions for the production of inulinase from yeast Kluyveromyces kl-lnu strains will be experimentally studied. Then, the production kinetics of ethanol from JA by simultaneous enzymatic hydrolysis and fermentation will be investigated. And predominant strains of Saccharomyces cerevisiae will be selectively cultivated. Furthermore, MDBRs will be employed to produce ethanol. Our proposal will study systematically the mechanisms by which the operating modes, operating conditions, and membrane materials of VMD in situ separation unit promote the biomass conversion rate and the yield of ethanol. Finally, the key processes with efficient and energy saving to produce ethanol and matched conditions will be achieved. And a mathematical model which can describe the dynamic acts of this complex system will be developed. The research results will supply the relevant basic data, experimental technologies, and scientific theory as guideline for pilot process and further investigation, and establish scientific base of converting energy plants into ethanol production with high-efficiency.
糖基能源植物菊芋适于沙漠、滩涂、盐碱荒地种植,且我国在耐盐菊芋品种选育及滩涂种植方面已有重要突破。本项目提出以菊芋粗粉酶解-发酵耦合真空膜蒸馏(VMD)原位分离的新型膜生物反应器(MDBRs)制备乙醇,着重研究解决生物质转化过程产物(糖、醇)抑制导致转化效率低的关键科学问题,以及由此引起设备效率低、能耗高的技术瓶颈问题。首先,实验研究克鲁维酵母kl-lnu高效代谢产菊粉酶最适条件;然后,研究同步酶解-发酵产乙醇动力学,并筛培酿酒酵母优势菌株;进而,以MDBRs制备乙醇,系统研究VMD原位分离乙醇单元的操作模式、操作条件以及不同膜材料等对生物质转化速率和产醇收率的促进机制。最终,获得MDBRs高效节能制备乙醇的关键工艺和匹配条件,并建立起描述这一复杂体系动力学行为的数学模型,以期为中试规模工艺设计和进一步研究提供相关基础数据、实验技术和科学理论指导,奠定能源植物高效转化为乙醇产品的科学基础。

结项摘要

本项目以菊芋粗粉酶解-发酵耦合真空膜蒸馏(VMD)原位分离的新型膜生物反应器(MDBRs)制备乙醇,着重研究解决生物质转化过程产物(糖、醇)抑制导致转化效率低的关键科学问题,以及由此引起设备效率低、能耗高的技术瓶颈问题。本项目获得以下主要研究成果:.基于酿酒酵母抗氧化防御体系,对酿酒酵母内不同抗氧化蛋白进行挖掘,并与调控元件—酿酒酵母自身强组成型启动子FBA1p进行组装,提高了酿酒酵母菌株生物活力。探究了克鲁维酵母的生长及产菊粉酶特性,获得了克鲁维酵母在膜生物反应器中生长产酶的规律。.对菊粉及菊芋水解机理进行理论分析的基础上,基于米氏方程,建立与阿伦尼乌斯方程耦合的水解动力学模型,实验验证了模型可靠性。.研究了在菊芋培养基中克鲁维酵母培养直接水解菊芋的可行性,省去了酵母扩培产酶步骤,即利用菊芋代替传统培养基,供给克鲁维酵母生长代谢所需营养,将克酵母产酶和菊芋水解两个过程耦合,实现了一种不断供给新鲜菊粉酶的水解工艺,还原糖生产时长由72h以上缩短至24h,并优化接种方法获得高于86%的水解率。.系统研究了菊芋分步水解-发酵及同步水解-发酵两种工艺的物质总转化率和产醇速率,证实了由于产物抑制,水解和发酵两个过程耦合并不能缩短反应时间并提高产醇率。.以菊芋为原料,研究了产酶-水解-发酵“三耦合工艺”制乙醇,该工艺中不断有新酶产生,改善了因发酵产物乙醇对菊粉酶抑制作用引起水解速率下降的问题,缩短了乙醇生产周期,产率得到提高。在此基础上,将真空膜蒸馏(VMD)分离过程与产酶-水解-发酵体系耦合,实现了最终产物乙醇的原位分离,体系的乙醇收率高达98.9%,产乙醇周期由传统分步工艺的100小时左右缩短至34小时。.应用之前完成的基金项目(20976024)的研究成果,对PVDF膜表面进行疏水改性,赋予PVDF膜超疏水特性,另方面,采用非溶剂致相分离法,在PTFE微孔基膜表面上构建PVDF微纳米颗粒状结构,提高膜表面的粗糙度,赋予膜超疏水特性。分别制备了两种分离膜,后者在88kPa真空度下,分离因子从基膜的5.6提高到10.1,且性能稳定。.项目所构建的利用菊芋产醇“四耦合工艺”,无生物营养基和化学物质添加,且制备全程无污染,是一种高效清洁制备技术,有应用前景。此外,申请专利5项(授权3项),发表SCI论文5篇、另有5篇整理撰写中,培养研究生8名。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(14)
专利数量(0)
Water regeneration from human urine by vacuum membrane distillation and analysis of membrane fouling characteristics
真空膜蒸馏人尿再生水及膜污染特性分析
  • DOI:
    10.1016/j.seppur.2013.07.021
  • 发表时间:
    2013-10-30
  • 期刊:
    SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Zhao, Zhi-Ping;Xu, Liang;Chen, Kangcheng
  • 通讯作者:
    Chen, Kangcheng
Preparation of a poly(vinyl chloride) ultrafiltration membrane through the combination of thermally induced phase separation and non-solvent-induced phase separation
热致相分离与非溶剂致相分离相结合制备聚氯乙烯超滤膜<br />
  • DOI:
    10.1002/app.42953
  • 发表时间:
    2016-02-05
  • 期刊:
    JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Jin, Tian-Tian;Zhao, Zhi-Ping;Chen, Kang-Cheng
  • 通讯作者:
    Chen, Kang-Cheng
Advances in mechanisms and modifications for rendering yeast thermotolerance
酵母耐热性机制和修饰的进展
  • DOI:
    10.1016/j.jbiosc.2015.11.002
  • 发表时间:
    2016-06-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Gao, Liman;Liu, Yueqin;Liu, Guiyan
  • 通讯作者:
    Liu, Guiyan

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其他文献

MIL-53填充PEBA混合基质膜界面相容性的分子模拟
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    2019
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其他文献

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赵之平的其他基金

选择性渗透VOCs的化工分离新膜材料多层次微结构设计与性能调控制备
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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