高底物浓度木质纤维素快速酶解发酵(RaBIT)技术的基础研究
批准号:
21606132
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
金明杰
依托单位:
学科分类:
生物质转化与轻工制造
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨成丽、张全、曹长海、邓爱鹏、王鹏娟、郜娇娇、康肸
中文摘要
木质纤维素生物炼制生产燃料乙醇在保障能源安全、保护环境和促进社会的可持续发展等方面具有非常重要的意义。然而,炼制过程中的高酶用量和低生产强度造成了生产成本过高、限制了纤维素乙醇的大规模工业化。本项目针对这两个关键问题,基于整体工艺的创新设计,前期发明了快速酶解发酵(RaBIT)技术;通过模型研究纯化的各种核心纤维素酶在不同类型纤维素和预处理后木质素上的吸附特性,设计提升RaBIT工艺利用酶解后残留的木质纤维素吸附回收酶、优化补加酶配方,实现酶用量的大幅度减少;研究高底物浓度工艺快速酶解(23 h)寡糖积累以及之后快速发酵(23 h)寡糖高效降解的机理,通过寡糖协调快速酶解发酵的关系,实现RaBIT工艺中酶解与发酵的高效整合,大幅度提升生产强度。本项目的研究将推进木质纤维素生物炼制技术的发展,同时对揭示木质纤维素高底物浓度酶解机理具有重要意义。
英文摘要
Biorefinery of lignocellulosic biomass for fuel ethanol production is of great importance for energy security, environmental protection and social sustainability. However, high enzyme loading and low productivity lead to high cost of lignocellulosic ethanol production, which becomes the key barrier for large-scale commercialization. To address the two key issues of high enzyme loading and low productivity, a rapid enzymatic hydrolysis and fermentation technology (RaBIT: Rapid Bioconversion with Integrated recycle Technology) was invented based on novel process design. This project will study the adsorption properties of purified key cellulases on different cellulose allomorphs and pretreated lignin, establish adsorption models, based on gained adsorption knowledge design the step of enzyme recycling via unhydrolyzed lignocellulosic biomass in RaBIT process to increase enzyme recovery, optimize the supplementary enzyme cocktail, and realize a significant reduction of enzyme loading. This project will also study the mechanisms of oligomeric sugar accumulation during rapid hydrolysis (23 h) at a high solids loading and efficient oligomeric sugar degradation during rapid fermentation (23 h), coordinate rapid hydrolysis and rapid fermentation through oligomeric sugar, realize efficient integration of hydrolysis and fermentation in RaBIT process and substantial enhancement of ethanol productivity. This project will advance lignocellulosic biorefinery technologies and meanwhile lay the foundation for understanding the mechanism of lignocellulosic biomass enzymatic hydrolysis at a high solids loading.
本项目以木质纤维素生物炼制生产燃料乙醇为研究对象,针对其中酶用量大和生产强度低的问题,基于整体工艺的创新设计,从快速酶解发酵和酶吸附回收利用的角度开展研究。通过实验研究结合模型解析了混合纤维素酶和核心纤维素酶在不同类型纤维素和不同预处理后木质素上的吸附特性;研究了高底物浓度酶解过程中糖释放规律以及糖在发酵过程中的转化特性;进一步开发了基于酶解特性和酶在未水解木质纤维素上吸附特性的快速酶解酶回收工艺、基于发酵特性的快速葡萄糖和木糖共发酵及细胞回收工艺,实现了酶用量降低30%-50%、乙醇生产强度提升2-3倍。
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Boosting Ethanol Productivity of Zymomonas mobilis 8b in Enzymatic Hydrolysate of Dilute Acid and Ammonia Pretreated Corn Stover Through Medium Optimization, High Cell Density Fermentation and Cell Recycling.
通过培养基优化、高细胞密度发酵和细胞回收,提高稀酸和氨预处理玉米秸秆酶解产物中运动发酵单胞菌 8b 的乙醇生产率。
DOI:
10.3389/fmicb.2019.02316
发表时间:
2019
期刊:
Frontiers in Microbiology
影响因子:
5.2
作者:
[Li Ying, Zhai Rui, Jiang Xiaoxiao, Chen Xiangxue, Yuan Xinchuan, Liu Zhihua, Jin Mingjie]
通讯作者:
Jin Mingjie
Synthesis of a polydopamaine nanoparticle/bacterial cellulose composite for use as a biocompatible matrix for laccase immobilization
聚多巴胺纳米颗粒/细菌纤维素复合材料的合成,用作漆酶固定的生物相容性基质
DOI:
10.1007/s10570-019-02588-6
发表时间:
2019-10
期刊:
Cellulose
影响因子:
5.7
作者:
[Zhai Rui, Chen Xiangxue, Jin Mingjie, Hu Jinguang]
通讯作者:
Hu Jinguang
In situ pretreatment during distillation improves corn fiber conversion and ethanol yield in the dry mill process
蒸馏过程中的原位预处理可提高干磨过程中的玉米纤维转化率和乙醇产量
DOI:
10.1039/c8gc03447h
发表时间:
2019-03-07
期刊:
GREEN CHEMISTRY
影响因子:
9.8
作者:
[Li, Xiujuan, Xu, Zhaoxian, Jin, Mingjie]
通讯作者:
Jin, Mingjie
DOI:
--
发表时间:
2018
期刊:
生物产业技术
影响因子:
--
作者:
[余建明, 施凯强, 王盛炜, 许召贤, 翟睿, 闻志强, 金明杰]
通讯作者:
金明杰
Integrated bioethanol production from mixtures of corn and corn stover
利用玉米和玉米秸秆混合物综合生产生物乙醇
DOI:
10.1016/j.biortech.2018.02.125
发表时间:
2018-06-01
期刊:
BIORESOURCE TECHNOLOGY
影响因子:
11.4
作者:
[Chen, Sitong, Xu, Zhaoxian, Jin, Mingjie]
通讯作者:
Jin, Mingjie
共 10 条
III型纤维素高固含量酶解的独特性及其机理研究
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批准号:22078160
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2020
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负责人:金明杰
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依托单位:
国内基金
海外基金