南工大发酵新技术为燃料乙醇工业化生产提供样板

交汇点讯 目前，我国燃料乙醇生产主要依赖于微生物发酵，然而传统燃料乙醇企业发酵过程中因细胞耐受性差、生命周期短、难以连续化进行而导致产品浓度低、产品收率低、生产效率低等一系列问题。南京工业大学国家生化工程技术研究中心应汉杰教授主持完成的“基于酵母细胞集群效应的燃料乙醇生产新技术及工业化示范”项目通过成果鉴定，为燃料乙醇产业化发展提供了样板，带来了福音。

“燃料乙醇是新燃料替代品，是可再生能源，经变性后与汽油按一定比例混合可制车用乙醇汽油。按目前我国乙醇供应能力，产能缺口1200万吨/年，市场呼唤燃料乙醇大规模生产。”提及所主持的科研项目背景，应汉杰教授介绍道，“作为科研工作者一直力图以先进生物制造替代传统化学制造，以契合国家能源战略。” 

课题组陈勇博士介绍说，课题组主要在三个方面取得了突破：设计了一种具有良好生物相容性的高吸附性固定化载体；发现了能加强生物膜形成提高耐受性的信号分子NO（一氧化氮）；研制了一种新型多层循环式工业化规模的生物反应器。

针对传统发酵工艺的弊端，应汉杰教授团队开展了工业环境下介质诱导微生物细胞EPS（细胞自分泌的胞外多聚物）合成过程的机制解析与EPS催化体系构建的研究。通过酵母EPS合成与调控机理研究和介质改性研究成功的建立了基于介质的细胞集群效应的催化体系（Medium-based Cell Cluster Effect, MCCE）。同时，基于几何学和流体力学等原理，创造性的实现了高效吸附、高效传质及高效发酵的新型循环式固定化生物反应器，为燃料乙醇发酵提供了一种新发酵工艺。 

采用此工艺，小试间歇式发酵和连续式发酵的生产产率分别为11.75 g/L/h和14.71 g/L/h，是目前文献报道的最高水平。据陈勇博士介绍，研究团队在2017年和2018年分别在广西中粮生物质能源有限公司进行了30吨中试和320吨工业化示范试验。试验表明，发酵周期48小时左右，发酵运行稳定性较好。相比传统生产方式，玉米和木薯淀粉利用率可提高5个百分点以上，陈化水稻淀粉利用率提高达近4个百分点。

以陈化水稻为原料，大生产发酵对外观糖转化率81.28%，固定化发酵对外观糖转化率85.20%，陈化水稻价格按1100元/吨计，1吨酒精固定化发酵可节约192 kg的水稻，折算成本为211.2元/吨酒精；降低了生产加工成本(酒母扩陪等)约9.74元/吨酒精；降低了设备投资费用，如减少了酒母罐和发酵罐数量，由此产生的额外收益约2.54元/吨酒精；同时由发酵产率（以320吨罐年产量3100吨酒精计，比大生产多产了714.12吨），创造的收益约 428472元。故通过固定化酵母技术进行燃料乙醇发酵1吨乙醇综合收益为310.1元。以木薯或者玉米为原料，以同样方式计算，粮耗等生产成本可节约356.08元/吨酒精。320吨发酵罐年多产831.58吨，即166316元。年产3497吨酒精的总收益为111.56万元，即固定化发酵生产1吨酒精总收益为318.97元。

该项研究成果，目前申请专利达9项，其中授权3项（含PCT 1项），已成功建成了首条基于微生物集群效应发的酵技术年产近4000吨乙醇工业化示范生产线，实现了燃料乙醇的高效生产，产生了明显的经济和社会效益。 

通迅员 杨芳

交汇点记者 蔡姝雯

编辑: 蔡姝雯