Enhancing bioethanol productivity by a yeast-immobilized catalytically active membrane in a fermentation-pervaporation coupling process

ty10086 提交于 周四, 08/26/2021 - 13:10
文章英文标题
Enhancing bioethanol productivity by a yeast-immobilized catalytically active membrane in a fermentation-pervaporation coupling process
正文
摘要\n生物乙醇是一种很有前途的化石燃料替代品,主要通过酵母发酵生产。然而,在传统的分批发酵过程中,胞外乙醇的积累限制了酵母胞内乙醇的排泄,从而抑制了酵母的活力和乙醇产量。本研究报道了在渗透汽化膜反应器中,酵母固定化的催化活性膜用于高效去除胞外乙醇,以提高生物乙醇的产率。通过在聚二甲基硅氧烷( PDMS )渗透汽化膜上涂复多孔酵母/聚醚砜催化层,采用浸没相转化法制备了该膜。由于生物催化层的高孔隙率,固定化酵母在较高底物浓度下比游离酵母具有更好的发酵能力。最重要的是,通过比较催化活性膜反应器( CAMR )、惰性膜反应器和间歇反应器的发酵性能,CAMR的乙醇产率最高( 3.05 g L-1 h-1 ),酵母质量浓度最高( 26.41 g L-1 ),表明CAMR的酵母生长的酵母生长速率和活力。我们认为这是由于生物催化活性膜的“真正”原位清除能力:细胞外乙醇从酵母附近被迅速清除,促进了抑制剂(细胞内乙醇)的快速排出,从而最大限度地消除了细胞内乙醇的不良抑制作用。
文章内容(英文)
Abstract(#br)Bioethanol is a promising substitute for fossil fuels and is mainly produced through yeast fermentation. However, in conventional batch fermentation process extracellular ethanol accumulation restricts yeast excretion of intracellular ethanol, and results in suppressed yeast viability and ethanol productivity. The present study reports a yeast-immobilized catalytically active membrane for efficient extracellular ethanol removal towards enhanced bioethanol productivity in pervaporation membrane reactor. The membrane was fabricated by immersion phase inversion through coating a porous yeast/polyethersulfone catalytic layer on a polydimethylsiloxane (PDMS) pervaporation membrane. Benefited from the high porosity of biocatalytic layer, the immobilized yeast exhibited superior fermentation capacity in high substrate concentration when compared with free yeasts. Most importantly, by comparing the fermentation performances in catalytically active membrane reactor (CAMR), inert membrane reactor and batch reactor, CAMR exhibited the highest ethanol productivity (3.05 g L −1 h −1 ) and yeast mass concentration (26.41 g L −1 ), indicating a superior yeast growth rate and viability in CAMR. We attribute this to a “genuine” in situ removal ability of the bio-catalytically active membrane: the extracellular ethanol was promptly removed from the vicinity of the yeast, promoting a more rapid excretion of the inhibitor (intracellular ethanol) and thus maximally eliminated undesirable inhibition of the intracellular ethanol.
来源出处
Journal|[J]Journal of Membrane ScienceVolume 595, 2020.
DOI
https://doi.org/10.1016/j.memsci.2019.117485

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