Hiệu suất của quá trình lên men theo mẻ và liên tục môn Công nghệ sinh học | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Downloaded by Huynh Van (huynhvan123@gmail.com) lOMoAR cPSD| 59184203 Machine Translated by Google 4242
S.-Y. Li và cộng sự. / Công nghệ tài nguyên sinh học 102 (2011) 4241–4250
không thể chuyển từ quá trình sinh axit sang quá trình sinh dung môi do sản xuất ra lượng axit dư thừa (Maddox
2.3. Lên men A–B–E theo mẻ liên tục với quá trình bốc hơi butanol tại chỗ và cộng sự, 2000).
Lên men theo mẻ là chế độ hoạt động thường được sử dụng nhất trong các ngành công nghiệp như dược
Quá trình lên men theo mẻ với quá trình bốc hơi butanol tại chỗ được thực hiện như sau: Bắt đầu với thể
phẩm hoặc sản xuất bia do hiệu quả cao và khả năng kiểm soát tốt (Ghose và Tyagi, 1979; Cardona và Sán-chez,
tích ban đầu là 330 mL, quá trình lên men A–B–E được phép
2007). Lên men theo mẻ được cho ăn là một lựa chọn khác và thường được xem xét khi có thể xảy ra hiện
chạy ở chế độ mẻ trong 21 giờ.
tượng ức chế chất nền hoặc ức chế chất chuyển hóa (Modak và cộng sự, 1986; Luli và Strohl, 1990). Thông
Môi trường tươi sau đó được đưa vào máy lên men ở mức nạp thể tích tốc độ 66 mL/h. Môi trường chứa
thường, lên men theo mẻ được cho ăn được bắt đầu với nồng độ chất nền thấp. Khi nuôi cấy lên men tiêu thụ
chính xác lượng chất dinh dưỡng như CRM, ngoại trừ nồng độ glucose là 85 g/L. Việc cung cấp môi trường
chất nền, sau đó thêm chất nền để duy trì quá trình lên men trong khi không vượt quá mức chất nền có hại.
đã dừng lại sau 12 giờ và quá trình lên men tiếp tục ở chế độ mẻ.
Ngoài ra, hiệu ứng pha loãng trong quá trình thêm dung dịch chất nền cũng có thể giải quyết vấn đề độc tính
của chất chuyển hóa, chẳng hạn như vấn đề axetat trong quá trình lên men E. coli (Luli và Strohl, 1990). Ức chế
Quá trình thẩm thấu butanol tại chỗ được thực hiện như sau: khi quá trình lên men fed-batch bắt đầu,
chất nền không phải là mối quan tâm chính trong quá trình lên men A–B–E khi glucose được sử dụng làm nguồn
dung dịch nuôi cấy lên men được tuần hoàn lại qua màng thẩm thấu hơi, được bao bọc trong giá đỡ màng, với
cacbon; tuy nhiên, hiệu ứng pha loãng có thể làm giảm vấn đề độc tính của butanol và do đó cải thiện năng suất
tốc độ 150 mL/phút. Đồng thời, một máy bơm chân không được bật để tạo điều kiện chân không (áp suất tổng
dung môi. Hoạt động liên tục là lựa chọn thứ ba và có một số ưu điểm so với hoạt động theo mẻ và theo mẻ,
nhỏ hơn 1 mm Hg) ở phía hạ lưu của màng thẩm thấu hơi để bắt đầu quá trình thẩm thấu butanol tại chỗ.
bao gồm giảm thiểu thời gian chết của thiết bị và mất thời gian do giai đoạn trễ của nuôi cấy vi khuẩn.
Màng thẩm thấu hơi tổng hợp được sử dụng là polydimethylsilox-ane (PDMS, Sylgard 184) được hỗ trợ bằng hai
lớp tấm polyethylene xốp và một tấm kim loại đồng thau đục lỗ. Quá trình chế tạo màng và các chi tiết của
màng tổng hợp PDMS/giá đỡ kép được mô tả ở nơi khác (Li et al., 2010). Màng composite PDMS/hỗ trợ kép
được khử trùng trước bằng cách tuần hoàn 30% dung dịch ethanol trong 12 giờ sau đó rửa bằng 500 mL nước
DI đã khử trùng trước khi bắt đầu thí nghiệm thấm hơi. Mô hình dung dịch-khuếch tán, một phương trình dựa
Hiệu suất của quá trình lên men A–B–E phụ thuộc vào chủng vi khuẩn clostridium, thành phần môi trường, kỹ
trên định luật Fick đầu tiên, được sử dụng để mô tả quá trình thấm hơi (Wijmans và Baker, 1995):
thuật lên men và điều kiện lên men (Monot et al., 1984; Bahl et al., 1982a,b; Geng và Park, 1993; Napoli et al.,
2010; Stephens et al., 1985; Barbeau et al., 1988; Woolley và Morris, 1990; Gottschal và Morris, 1982; Mutschlechner
et al., 2000; Qureshi và Blaschek, 1999; Lee et al., 2008b). Trong nghiên cứu này,
quá trình lên men A–B–E được kiểm soát pH ở pH axit 4,5 để sản xuất dung môi được tiến hành theo chế độ
mẻ, mẻ bổ sung và liên tục. So sánh ba chế độ đã được thực hiện về mặt hiệu suất lên men. Theo hiểu biết của
tác giả, đây là lần đầu tiên sự so sánh này được thực hiện đối với quá trình lên men A–B–E. Ji ¼
Ki;ovCi trong đó Ji là thông lượng của chất thấm i với đơn vị là g/ h/m2 . Ki,ov là hệ số truyền
khối tổng thể của chất thấm i với đơn vị là mm/h. Ci là nồng độ của chất thấm i trong bình
lên men với đơn vị là g/dm3 . 2. Phương pháp
2.4. Lên men liên tục A–B–E
2.1. Các chủng vi khuẩn và môi trường nuôi cấy
Quá trình lên men liên tục được thực hiện như sau: Quá trình lên men A–B–E được phép chạy ở chế độ
mẻ trong 21 giờ, cho đến khi tạo ra một lượng butanol đáng kể. Sau đó, môi trường mới được đưa vào bình lên
C. acetobutylicum ATCC 824™ được sử dụng để sản xuất dung môi lên men. Mỗi thí nghiệm được bắt đầu
men. Môi trường chứa chính xác cùng một lượng chất dinh dưỡng như CRM, ngoại trừ nồng độ glucose.
bằng nuôi cấy bào tử của C. acetobutylicum. Để nảy mầm bào tử của
C. acetobutylicum, nuôi cấy bào tử được chuyển sang môi trường clostridial được tăng cường Difco™ mới (19 g/L)
Nồng độ glucose của môi trường và tốc độ nạp được chỉ ra trong Phần 3. Thể tích nuôi cấy lên men được giữ
pha loãng đến nồng độ 10%. Nuôi cấy mới được chuyển đi được sốc nhiệt trong 1 phút ở 80 C để kích thích bào
không đổi bằng cách thiết lập luồng thanh lọc có cùng tốc độ dòng chảy thể tích như luồng nạp. Tốc độ pha
tử nảy mầm, sau đó ủ ở 37 C trong 20–24 giờ.
loãng (D, h1 ) được định nghĩa là tỷ lệ giữa tốc độ nạp thể tích của môi trường (F, mL/h) với thể tích dung
dịch nuôi cấy lên men (V, mL). Lưu ý rằng vì không có kỹ thuật giữ tế bào nào được áp dụng trong quá trình
Dịch cấy 2% được chuyển vào lọ huyết thanh chứa môi trường phản ứng clostridia (CRM).
lên men liên tục, D là nghịch đảo của cả thời gian lưu trú của chất lỏng và thời gian lưu trú của tế bào trong
CRM bao gồm các dung dịch sau (trên một lít): dung dịch I [60 g glucose]; dung dịch II bình lên men.
[5 g chiết xuất nấm men]; dung dịch III [0,75 g KH2PO4, 0,75 g K2HPO4, 2 g (NH4)2SO4, 1 g NaCl]; dung dịch IV
[0,2 g MgSO47H2O, 0,01 g MnSO4H2O, 0,01 g FeSO47H2O]; dung dịch V [0,5 g L-cysteineHCl]. Dung dịch I, II và III
được khử trùng bằng nồi hấp và
dung dịch IV và V được khử trùng bằng cách lọc bằng ống tiêm 0,22 lm (Mermelstein và cộng sự, 1994). Độ pH
2.5. Phương pháp phân tích
ban đầu được điều chỉnh đến khoảng 6.
Mật độ tế bào được đo ở 540 nm bằng máy quang phổ BioMate™ 3 (Thermo Spectronic, Hoa Kỳ). Nồng
độ glucose được đo bằng Máy phân tích sinh hóa YSI 2700. Acetone, ethanol, butanol, axit axetic và axit butyric
trong dung dịch nuôi cấy lên men được phân tích bằng sắc ký khí (GC) sử dụng cột mao quản DB-FFAP và đầu lOMoAR cPSD| 59184203 Machine Translated by Google
S.-Y. Li và cộng sự. / Công nghệ tài nguyên sinh học 102 (2011) 4241–4250 4243 2.2. Lên men mẻ A–B–E
dò FID. Nhiệt độ của ống tiêm và đầu dò được duy trì ở 250 C. Đầu tiên, các mẫu được lọc qua bộ lọc xi lanh
0,2 lm với thể tích tiêm là 1 lL. Nhiệt độ lò GC ban đầu được giữ ở 40 C trong 2 phút.
Quá trình lên men A–B–E được thực hiện bằng cách sử dụng BioFlo 3000 Biore-actor (New Brunswick
Scientific). Trong suốt quá trình lên men mẻ, mẻ được cấp liệu và liên tục A–B–E, độ pH được duy trì ở mức 4,5
với 2 N NaOH và 1 N HCl. Nhiệt độ được giữ ở mức 37 C.
Nitơ có độ tinh khiết cực cao được phép chảy qua khoảng không gian đầu của bình lên men. Tốc độ dòng nitơ
ban đầu là 250 mL/phút và giảm xuống còn 120 mL/phút khi OD540 đạt
0,6 (Mermelstein và cộng sự, 1994). Quá trình lên men từng mẻ được bắt đầu bằng cách chuyển 2% chất cấy vào
bình lên men có chứa CRM.
Downloaded by Huynh Van (huynhvan123@gmail.com)
Nhiệt độ được tăng dần với độ dốc 5 C/phút cho đến 45 C và sau đó gradient được thay
Hình 1. Hồ sơ dung môi của quá trình lên men mẻ A–B–E được kiểm soát ở pH 4,5.
sự gia tăng nhanh chóng về nồng độ sinh khối cũng như sự gia tăng nhanh chóng ở nồng độ axit. Cần lưu ý
đổi thành 20 C/phút và giữ trong 3 phút ở 225 độ C. Các chất thấm qua hơi cũng được
ở đây rằng việc tách butanol pervapo-rative tại chỗ cũng góp phần duy trì nồng độ butanol thấp. Tuy nhiên, do diện phân tích bằng GC.
tích bề mặt nhỏ của màng thẩm thấu hơi, khối lượng butanol được loại bỏ là có giới hạn, như đã thảo luận dưới đây.
Hiệu ứng ức chế butanol được quan sát thấy khi thức ăn được dừng lại và quá trình lên men trở lại
3. Kết quả và thảo luận
theo mẻ chế độ. Hình 2B và D minh họa rằng khi nồng độ butanol tăng sau 33 giờ, nồng độ sinh khối cũng
như nồng độ axit giảm xuống. Hơn nữa, có thể thấy từ Hình 2B rằng tỷ lệ tiêu thụ glucose giảm đáng kể ở 43 3.1. Lên men mẻ A–B–E giờ
khi nồng độ butanol đạt đến ngưỡng nồng độ 12 g/L. Nồng độ butanol giảm dần sau
Quá trình lên men mẻ A–B–E với độ pH kiểm soát ở mức 4,5 được tiến hành để so sánh với quá trình
lên men mẻ liên tục và lên men liên tục hành vi. Hình 1 minh họa các hồ sơ sản xuất dung môi và nhiều
43 giờ là do loại bỏ butanol bằng phương pháp thẩm thấu.
hơn nữa dữ liệu mở rộng về hành vi của lô sẽ được công bố ở nơi khác.
Có những thay đổi tinh tế trong nồng độ dung môi và axit axetic trong khung thời gian 30–33 giờ, trong
Sản lượng dung môi và butanol của quá trình lên men mẻ A–B–E là 0,32 và 0,23 (g/g-
đó nồng độ dung môi tăng lên và nồng độ axit axetic giảm xuống.
glucose), tương ứng. Dung môi và butanol năng suất của quá trình lên men mẻ A–B–E
Điều này cho thấy sự chuyển đổi dần dần từ quá trình sinh axit sang quá trình sinh dung môi và có thể được
là 0,52 và 0,37 tương ứng là g/L/h.
quy cho sự giảm tốc độ pha loãng trong chế độ fedbatch. Sự chuyển đổi này cũng phù hợp với
Ảnh hưởng của pH đến sản xuất dung môi trong mẻ A–B–E
kết quả được trình bày dưới đây trong Hình 4 và 5A, tức là khi liên tục Quá trình lên men A–B–E được thực hiện
quá trình lên men với C. acetobutylicum ATCC 824™ đã được báo cáo trước đây (Monot et al.,
ở tốc độ pha loãng thấp, quá trình lên men sẽ do vi khuẩn sinh dung môi chi phối.
Hiệu suất của quá trình lên men A–B–E theo mẻ được đánh giá dựa trên dữ liệu trong 43 giờ đầu tiên. Tỷ
1984). Khi pH được kiểm soát ở mức 4,5, sản lượng dung môi và butanol là 0,35 và 0,24 (g/g-
lệ tiêu thụ glucose thể tích tổng thể là 1,59 g/L/h, trong đó tổng lượng lên men glucose là 75,8 g. Tổng lượng
glucose), tương ứng, gần giống với các giá trị được báo cáo ở trên trong công việc hiện tại. Nếu
glucose tiêu thụ theo thể tích tỷ lệ cho quá trình lên men mẻ A–B–E là 1,62 g/L/h, trong đó tổng số glucose lên
không kiểm soát pH, dung môi sẽ tạo ra và năng suất thấp hơn đáng kể (Jones và Woods, 1986; Keis
men là 63,3 g. Chế độ mẻ và mẻ được cho ăn có hiệu suất tương tự về mức tiêu thụ glucose thể tích tổng thể và cộng sự, 2001).
tỷ lệ. Tuy nhiên, xét về tổng lượng glucose sử dụng, chế độ fed-batch cho thấy ưu điểm hơn chế độ batch.
3.2. Lên men A–B–E theo mẻ liên tục với quá trình bốc hơi butanol tại chỗ
Điều này có thể được quy cho cùng một lý do cho sự gia tăng nồng độ sinh khối và axit trong chế độ cho ăn theo mẻ, tức là
Trong nghiên cứu này, quá trình lên men A–B–E theo mẻ bổ sung với kiểm soát pH ở 4.5 đã được tiến
vấn đề độc tính butanol đã được giải quyết bằng hiệu ứng pha loãng trong chế độ fed-batch. Trên thực tế,
hành. Nuôi cấy lên men lần đầu tiên được vận hành trong chế độ hàng loạt. Đến 21 giờ, quá trình lên men đã
chế độ fed-batch được mong đợi sẽ có hiệu suất tốt hơn về mặt sử dụng glucose khi tốt hơn chiến lược cho
chuyển đổi từ quá trình sinh axit đến quá trình sinh dung môi. Môi trường tươi, chứa 85 g/L glucose, sau đó
ăn được áp dụng, chẳng hạn như chiến lược cho ăn theo cấp số nhân (Modak et al., 1986). Về mặt năng
được đưa vào máy lên men với tốc độ 66 mL/giờ trong 12 giờ. Sự thay đổi thể tích nuôi cấy lên men và tỷ lệ
suất và sản lượng dung môi,
pha loãng trong chế độ fed-batch được hiển thị trong Hình 2A. Trong chế độ mẻ nạp, từ 21 đến 33 giờ, sinh
Tuy nhiên, chế độ hàng loạt cho thấy hiệu suất tốt hơn chế độ hàng loạt được cấp liệu, xem Hình 6A và B bên khối dưới.
và nồng độ axit đầu tiên giảm nhẹ nhưng sau đó tăng nhanh như thể hiện trong Hình 2B và C. Điều này chỉ
So với quá trình lên men mẻ A–B–E, năng suất dung môi thấp thường được quan sát thấy khi sử dụng chế
ra một sự mạnh mẽ sự phát triển của nền văn hóa lên men và sự thống trị của nền văn hóa sinh axit, mặc độ mẻ nạp mặc dù
dù nền văn hóa lên men đã tiến triển thành quá trình sinh dung môi, xem Hình 2D để biết hồ sơ nồng độ
một đơn vị loại bỏ butanol đã được tích hợp với quá trình lên men để giảm tác dụng ức chế butanol (Qureshi et al.,
dung môi-thoát. Trong chế độ mẻ nạp, nồng độ butanol đầu tiên giảm và sau đó duy trì ở mức 4,8 g/L cho
2001). Một số những lý do có thể dẫn đến năng suất dung môi thấp được Qureshi đề xuất et al. có sự hiện diện của
đến khi thức ăn đã dừng lại. Nồng độ butanol là 4,8 g/L ít hơn đáng kể so với nồng độ ngưỡng độc tính của
các tế bào không hoạt động hoặc chết, sự tích tụ của các đại phân tử ức chế và sự thiếu hụt chất dinh dưỡng butanol tại
(Qureshi et al., 2001). Ezeji et al. đã báo cáo rằng quá trình lên men theo mẻ với việc loại bỏ khí cung cấp hiệu suất
12–15 g/L (Jones và Woods, 1986). Nồng độ butanol được giữ ở mức thấp bằng cách pha loãng liên tục
tốt hơn so với kiểm soát lên men theo mẻ, trong đó năng suất dung môi và sản lượng dung môi cho quá trình lên
trong quá trình vận hành mẻ tiếp liệu, và nồng độ butanol thấp có thể góp phần vào
men theo mẻ là 0,47 g-dung môi/g-glucose/L và 1,16 g/L/h, tương ứng, và năng suất và sản lượng dung môi cho lên
men theo mẻ là 0,39 g-dung môi/g-glucose/L và 0,29 g/L/h, tương ứng (Ezeji et al., 2004). Các kết quả trái ngược có
thể là được quy cho các chủng Clostridia khác nhau được sử dụng. Trong nghiên cứu này, như được thể hiện trong
Hình 6A và B bên dưới, chế độ hàng loạt được thể hiện là tốt hơn chế độ fed-batch, phù hợp với
Qureshi, et al. Ngoài những lý do được Qureshi đề xuất et al. đối với hiệu suất kém của quá trình lên men
theo mẻ, chúng tôi đề xuất rằng thời gian cần thiết để vượt qua quá trình sinh axit là một yếu tố khác gây ra
năng suất dung môi thấp, xem
Hình 2 cho sự thống trị của nền văn hóa sinh axit trong quá trình bổ sung dung dịch thức ăn tươi. Sự cản trở
nội tại này đối với dung môi sản xuất cũng được tìm thấy là một bước hạn chế tốc độ trong liên tục
Downloaded by Huynh Van (huynhvan123@gmail.com) Downloaded by Huynh Van (huynhvan123@gmail.com)
Downloaded by Huynh Van (huynhvan123@gmail.com) Downloaded by Huynh Van (huynhvan123@gmail.com)
Downloaded by Huynh Van (huynhvan123@gmail.com) Downloaded by Huynh Van (huynhvan123@gmail.com) lOMoAR cPSD| 59184203 Machine Translated by Google
S.-Y. Li và cộng sự. / Công nghệ tài nguyên sinh học 102 (2011) 4241–4250 4249
Hình 6A và B cho thấy chế độ liên tục được ưa chuộng hơn về cả sản lượng và năng suất butanol.
Các tác giả xin cảm ơn Jason White của Đại học Connecticut đã hiệu đính bản thảo. Công trình
Hiệu suất lên men A–B–E phụ thuộc vào chủng vi khuẩn clostridium, thành phần môi trường, kỹ thuật
này được tài trợ một phần bởi DOE Grant DE-EE0003116 và Sở Phát triển Kinh tế và Cộng đồng
lên men và điều kiện lên men (Monot và cộng sự, 1984; Bahl và cộng sự, 1982a,b; Geng và Park, Connecticut.
1993; Napoli và cộng sự, 2010; Stephens và cộng sự, 1985; Barbeau và cộng sự, 1988; Woolley và Tài liệu tham khảo
Morris, 1990; Gottschal và Morris, 1982; Mutschlechner và cộng sự, 2000; Qureshi và Blaschek, 1999;
Lee và cộng sự, 2008b). Do thiếu hiểu biết sâu sắc về tác động của các biến số đó đến hiệu suất lên
Bahl, H., Andersch, W., Braun, K., Gottschalk, G., 1982a. Ảnh hưởng của pH và nồng độ butyrate lên sản xuất acetone và butanol của Clostridium
acetobutylicum nuôi cấy liên tục. Appl. Microbiol.
men nên rất khó để so sánh dữ liệu từ các cuộc điều tra khác nhau. Tuy nhiên, Monot và Engasser Biotechnol. 14, 17–20.
cũng báo cáo rằng hoạt động liên tục được ưa chuộng hơn đối với quá trình lên men A–B–E về mặt
Bahl, H., Andersch, W., Gottschalk, G., 1982b. Sản xuất liên tục acetone và butanol bằng Clostridium acetobutylicum trong chemostat giới hạn
năng suất (Monot và Engasser, 1983). Khi pH được kiểm soát ở mức 5,0, năng suất dung môi của quá
phosphate hai giai đoạn. Appl. Microbiol. Biotechnol. 15, 201–205.
Barbeau, JY, Marchal, R., Vandecasteele, JP, 1988. Điều kiện thúc đẩy sự ổn định của quá trình sinh dung môi hoặc thoái hóa nuôi cấy trong quá
trình lên men A–B–E theo mẻ và liên tục (D = 0,04–0,08 h1 ) lần lượt là 0,23 và 0,31 g/L/h (Monot và
trình lên men liên tục của Clostridium acetobutylicum. Appl. Microbiol. Biotechnol. 29, 447–455.
Engasser, 1983). Trong nghiên cứu này, ở pH 4,5, năng suất dung môi trong quá trình lên men liên tục
Beesch, SC, 1953. Quá trình lên men tinh bột bằng axeton–butanol. Ứng dụng. Môi trường. Vi sinh vật. 1, 85–95.
là 0,86 g/L/h, như chỉ ra trong Hình 6B, cao hơn năng suất theo mẻ là 0,51 g/L/h. Do đó, việc giảm
Cardona, CA, Sánchez, Ó.J., 2007. Sản xuất ethanol nhiên liệu: xu hướng thiết kế quy trình và cơ hội tích hợp. Bioresour. Technol. 98, 2415–
pH từ 5 xuống 4,5 mang lại năng suất dung môi cao hơn trong cả quá trình lên men theo mẻ và liên 2457.
Chiao, J., Sun, Z., 2007. Lịch sử ngành công nghiệp lên men acetone–butanol–ethanol ở Trung Quốc: phát triển công nghệ sản xuất liên tục. J.
tục, nhưng sự cải thiện Mol.
trong quá trình lên men liên tục lớn hơn nhiều so với quá trình lên men theo mẻ.
Vi sinh vật. Công nghệ sinh học. 13, 12–14.
Chin, H., Chen, Z., Chou, CP, 2003. Hoạt động Fedbatch sử dụng nuôi cấy huyền phù Clostridium acetobutylicum làm chất xúc tác sinh học để
tăng cường sản xuất hydro. Công nghệ sinh học. Prog. 19, 383–388.
Dürre, P., Hollergschwandner, C., 2004. Khởi đầu hình thành nội bào tử ở Clostridium acetobutylicum. Anaerobe 10, 69–74.
Ezeji, TC, Qureshi, N., Blaschek, HP, 2004. Sản xuất Acetone–butanol–ethanol (ABE) từ chất nền cô đặc: giảm ức chế chất nền bằng kỹ thuật fed-
Hoạt động liên tục có một số ưu điểm so với hoạt động theo mẻ và theo mẻ bổ sung, bao gồm giảm
batch và ức chế sản phẩm bằng phương pháp tách khí. Appl. Microbiol.
thiểu thời gian chết và giai đoạn trễ trong nuôi cấy vi khuẩn. Tuy nhiên, trong các ngành công nghiệp lên men
Công nghệ sinh học. 63, 653–658.
lớn, chế độ theo mẻ vẫn được áp dụng rộng rãi do hiệu quả cao và khả năng kiểm soát tốt (Ghose và Tyagi,
Geng, Q., Park, C., 1993. Lên men butanol–acetone theo mẻ có độ pH được kiểm soát bằng Clostridium acetobutylicum B18 tạo ra axit thấp.
1979; Cardona và Sánchez, 2007). Trong nghiên cứu này, năng suất dung môi cao nhất của quá trình lên men
Công nghệ sinh học. Lett. 15, 421–426.
Gheshlaghi, R., Scharer, JM, Moo-Young, M., Chou, CP, 2009. Con đường chuyển hóa của clostridia để sản xuất butanol. Biotechnol. Adv. 27, 764–
liên tục A–B–E xảy ra ở tốc độ pha loãng thấp nhất, xem Hình 6B. Điều này cho thấy tầm quan trọng của thời 781.
gian lưu trú đối với năng suất butanol, trong đó cần có thời gian lưu trú cao để cho phép nuôi cấy lên men đi
Ghose, TK, Tyagi, RD, 1979. Lên men etanol nhanh từ thủy phân xenluloza I.
vào quá trình sinh dung môi hoàn toàn từ quá trình sinh axit. Mặc dù có thể thu được kết quả tốt hơn nữa ở
Hệ thống theo mẻ so với hệ thống liên tục. Công nghệ sinh học. Kỹ thuật sinh học. 21, 1387–1400.
Girbal, L., Vasconcelos, I., Saint-Amans, S., Soucaille, P., 1995. Màu đỏ trung tính biến đổi dòng cacbon và electron như thế nào trong Clostridium
tốc độ pha loãng thấp hơn, nhưng nồng độ butanol cao hơn trong bình lên men sẽ dẫn đến độc tính (Jones và
acetobutylicum được nuôi cấy trong môi trường chemostat ở pH trung tính. FEMS Microbiol. Rev. 16, 151–162.
Woods, 1986), hạn chế mọi cải tiến hơn nữa có thể đạt được ở tốc độ pha loãng thấp hơn. Như Shuler và
Gottschal, JC, Morris, JG, 1982. Sản xuất liên tục acetone và butanol bằng Clostridium acetobutylicum phát triển trong nuôi cấy turbidostat.
Kargi đã thảo luận, một phân tích toán học để định lượng những ưu điểm của phương pháp này so với
Biotechnol. Lett. 4, 477–482.
Huang, W., Ramey, D., Yang, S., 2004. Sản xuất butanol liên tục bằng Clostridium acetobutylicum cố định trong lò phản ứng sinh học dạng sợi.
phương pháp khác là có thể khi có sẵn một mô hình động học chi tiết cho quá trình lên men A–B–E (Shuler và Appl. Kargi, 2001).
Hóa sinh. Công nghệ sinh học. 115, 887–898.
Hüsemann, MHW, Papoutsakis, ET, 1988. Sinh dung môi trong quá trình lên men Clostridium acetobutylicum liên q uan đến nồng độ axit
cacboxylic và proton. Công nghệ sinh học. Kỹ thuật sinh học. 32, 843–852.
Jones, DT, Woods, DR, 1986. Quá trình lên men Acetone–butanol được xem xét lại. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 50, 484–524.
Keis, S., Shaheen, R., Jones, D., 2001. Mô tả sửa đổi về Clostridium acetobutylicum và Clostridium beijerinckii, và mô tả về Clostridium
saccharoperbutylacetonicum sp. nov. và Clostridium saccharobutylicum sp. nov..
Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 51, 2095–2103.
Lee, SY, Park, JH, Jang, SH, Nielsen, LK, Kim, J., Jung, KS, 2008a. Sản xuất butanol lên men bằng clostridia. Công nghệ sinh học. Kỹ thuật sinh học. 101, 209–228. 4. Kết luận
Lee, SM, Cho, MO, Park, CH, Chung, Y., Kim, JH, Sang, B., et al., 2008b. Sản xuất butanol liên tục bằng cách sử dụng Clostridium beijerinckii
NCIMB 8052 lơ lửng và cố định với butyrate bổ sung. Nhiên liệu năng lượng 22, 3459–3464.
Li, S.-Y., Srivastava, R., Parnas, RS, 2010. Tách 1-butanol bằng phương pháp thẩm thấu hơi sử dụng màng composite PDMS ba lớp mới. J. Membr. Sci. 363, 287– 294.
Trong nghiên cứu này, các chế độ lên men khác nhau đã được so sánh, tất cả đều được kiểm
soát ở độ pH axit là 4,5 để sản xuất dung môi. Trong khi chế độ mẻ cung cấp năng suất dung môi
Luli, GW, Strohl, WR, 1990. So sánh sự tăng trưởng, sản xuất axetat và ức chế axetat của các chủng Escherichia coli trong quá trình lên men mẻ
cao nhất, chế độ liên tục được ưu tiên cho năng suất và sản lượng butanol. Trong quá trình lên men
và mẻ bổ sung. Appl. Environ. Microbiol. 56, 1004–1011.
liên tục và mẻ bổ sung, thời gian cần thiết để chuyển quá trình sinh axit sang sinh dung môi là một
Maddox, IS, Steiner, E., Hirsch, S., Wessner, S., Gutierrez, NA, Gapes, JR, et al., 2000. Nguyên nhân của ''Sự cố axit'' và ''Lên men axit'' trong quá
trở ngại nội tại đối với năng suất buta-nol. Do đó, tốc độ pha loãng thấp được đề xuất cho quá trình
trình lên men acetone–butanol–ethanol (ABE) theo mẻ. J. Mol. Microbiol.
lên men liên tục A–B–E, trong khi chế độ mẻ bổ sung không được đề xuất cho quá trình sản xuất
Công nghệ sinh học. 2, 95–100.
dung môi. Trong khi tỷ lệ 3:6:1 của acetone, butanol và ethanol thường được quan sát thấy từ quá
Mermelstein, LD, Welker, NE, Petersen, DJ, Bennett, GN, Papoutsakis, ET, 1994. Kỹ thuật di truyền và chuyển
hóa của Clostridium acetobutylicum ATCC 824. Ann. Học viện NY. Khoa học. 721, 54–68.
trình lên men A–B–E của C. acetobutylicum khi độ pH không được kiểm soát, thì tỷ lệ phần trăm
Mitchell, WJ, 1997. Sinh lý học của quá trình chuyển đổi carbohydrate thành dung môi bởi vi khuẩn Clostridia.
butanol trong dung môi được sản xuất đã được cải thiện đáng kể bằng cách kiểm soát độ pH ở mức
Trong: Những tiến bộ trong sinh lý học vi sinh vật. Nhà xuất bản Học thuật, trang 31–130. 4,5 trong bình hóa chất.
Modak, JM, Lim, HC, Tayeb, YJ, 1986. Đặc điểm chung của các hồ sơ tốc độ nạp liệu tối ưu cho các quy trình lên men mẻ nạp liệu khác
nhau. Công nghệ sinh học. Kỹ thuật sinh học. 28, 1396–1407.
Monot, F., Engasser, JM, 1983. Sản xuất acetone và butanol theo từng mẻ và nuôi cấy liên tục Clostridium acetobutylicum trong điều kiện hạn
chế nitơ. Công nghệ sinh học. Tập 5, 213–218.
Monot, F., Engasser, J., Petitdemange, H., 1984. Ảnh hưởng của pH và axit butyric không phân ly đến sản xuất acetone và butanol trong nuôi cấy Lời cảm ơn
mẻ Clostridium acetobutylicum. Appl. Microbiol. Biotechnol. 19, 422–426.
Mutschlechner, O., Swoboda, H., Gapes, JR, 2000. Lên men ABE hai giai đoạn liên tục sử dụng Clostridium beijerinckii NRRL B592 hoạt động với
tốc độ tăng trưởng trong bình giai đoạn đầu tiên gần với giá trị tối đa của nó. J. Mol. Microbiol.
Công nghệ sinh học. 2, 101–105.
Downloaded by Huynh Van (huynhvan123@gmail.com) Downloaded by Huynh Van (huynhvan123@gmail.com)