玉米秸稈水解液為底物發(fā)酵產(chǎn)丁醇的研究

【摘要】：玉米秸稈是一類(lèi)含豐富纖維素的生物質(zhì),以玉米秸稈為原料生產(chǎn)化學(xué)品和生物能源得到廣泛關(guān)注。產(chǎn)醇梭菌能夠以玉米秸稈水解物為底物生長(zhǎng)并產(chǎn)生如丁醇、乙醇以及丙酮的代謝物,因此極具工業(yè)應(yīng)用潛力。本研究以檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液代替?zhèn)鹘y(tǒng)的乙酸-乙酸鈉緩沖液作為玉米秸稈預(yù)處理物酶解的緩沖液,經(jīng)過(guò)72-96 h水解,水解液中還原糖濃度高出14%,能夠滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求。通過(guò)向玉米秸稈水解液中添加以下五種物質(zhì):活性炭,Ca(OH)2,活性炭+Ca(OH)2,亞硫酸鈉,連二亞硫酸鈉,研究了不同抑制劑脫除方法對(duì)水解液各組分及其對(duì)發(fā)酵的影響。結(jié)果表明,抑制劑脫除率由高到低依次為:活性炭+Ca(OH)2活性炭Ca(OH)2亞硫酸鈉和連二亞硫酸鈉,這與對(duì)還原糖造成的損失一致。對(duì)C.beijerincii 8052發(fā)酵水解液的影響,由好到差依次為:Ca(OH)2活性炭活性炭+Ca(OH)2亞硫酸鈉和連二亞硫酸鈉。活性炭+Ca(OH)2的組合雖能最大程度去除抑制劑,但水解液中殘留組分對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生一定影響在50°C、110轉(zhuǎn)/分條件下,以Ca(OH)2對(duì)水解液進(jìn)行抑制劑的脫除,C.beijerinckii 8052發(fā)酵脫毒后的水解液,獲得丁醇的量為8.7 g/L,這比抑制劑未脫除情況下高出52%。通過(guò)紫外誘變提高C.beijerinckii 8052的糖攝取量,以此來(lái)提高丁醇產(chǎn)量,經(jīng)過(guò)連續(xù)誘變,獲得一株突變株CM20,利用其發(fā)酵脫毒后的纖維素水解液,糖利用率提高14%,ABE(丙酮、丁醇和乙醇)產(chǎn)量可達(dá)19 g/L,其中丁醇產(chǎn)量10.8 g/L。此外,研究還發(fā)現(xiàn),CO存在下的C.beijerinckii 8052發(fā)酵,發(fā)酵結(jié)束后,產(chǎn)物丁醇、乙醇、丙酮三者的比例發(fā)生了明顯的變化。 【關(guān)鍵詞】：玉米秸稈 拜氏梭菌 丁醇 抑制劑 CO
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TQ923
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 引言7-17
• 1.1 生物燃料研究概況及發(fā)展趨勢(shì)7-8
• 1.2 木質(zhì)纖維素原料的化學(xué)組成8-9
• 1.3 利用木質(zhì)纖維素生產(chǎn)丁醇技術(shù)路線(xiàn)9
• 1.4 木質(zhì)纖維素類(lèi)生物質(zhì)預(yù)處理方法的研究進(jìn)展9-10
• 1.5 預(yù)處理過(guò)程中產(chǎn)生抑制劑種類(lèi)及對(duì)發(fā)酵影響研究進(jìn)展10-11
• 1.5.1 呋喃衍生物10
• 1.5.2 低分子量的脂肪酸10-11
• 1.5.3 酚醛化合物11
• 1.6 抑制劑脫除方法的研究進(jìn)展11-12
• 1.6.1 化學(xué)方法11
• 1.6.2 基因工程方法11-12
• 1.6.3 物理方法12
• 1.7 耐抑制劑菌株的研究進(jìn)展12-13
• 1.8 以丁醇為產(chǎn)物的微生物13-14
• 1.9 微生物丁醇耐受性研究進(jìn)展14-15
• 1.10 外源物質(zhì)對(duì)梭狀芽孢桿菌產(chǎn)溶劑影響的研究進(jìn)展15-16
• 1.11 研究?jī)?nèi)容及意義16-17
• 第二章 玉米秸稈預(yù)處理物發(fā)酵產(chǎn)丁醇前期實(shí)驗(yàn)條件探索17-23
• 2.1 引言17
• 2.2 材料與設(shè)備17-18
• 2.2.1 玉米秸稈預(yù)處理物17
• 2.2.2 纖維素酶17
• 2.2.3 試劑17
• 2.2.4 主要設(shè)備17-18
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法18
• 2.3.1 纖維素酶比酶活測(cè)定方法18
• 2.3.2 還原糖測(cè)定方法18
• 2.3.3 丁醇、丙酮及乙醇測(cè)定方法18
• 2.4 結(jié)果與討論18-22
• 2.4.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)18-20
• 2.4.2 纖維素酶酶活測(cè)定20
• 2.4.3 不同固液比（w/v）對(duì)汽爆秸稈水解液中還原糖濃度的影響20
• 2.4.4 不同緩沖液對(duì)秸稈預(yù)處理物水解的影響20-21
• 2.4.5 水解時(shí)間對(duì)秸稈預(yù)處理物水解的影響21-22
• 本章小結(jié)22-23
• 第三章 不同脫毒方法對(duì)水解液各組分及發(fā)酵的影響23-29
• 3.1 引言23
• 3.2 材料與設(shè)備23
• 3.2.1 菌株23
• 3.2.2 主要試劑23
• 3.2.3 主要設(shè)備23
• 3.3 實(shí)驗(yàn)方法23-24
• 3.3.1 抑制劑脫除方法23-24
• 3.3.2 可溶性木素的檢測(cè)方法24
• 3.3.3 水解液中糠醛、羥甲基糠醛和香草醛濃度的測(cè)定方法24
• 3.4 結(jié)果與討論24-28
• 3.4.1 玉米秸稈水解液中抑制劑成分檢測(cè)24-25
• 3.4.2 脫毒方法的選擇25
• 3.4.3 脫毒后水解液中主要抑制劑含量變化25-26
• 3.4.4 兩種產(chǎn)溶劑梭菌發(fā)酵水解液的比較26
• 3.4.5 不同抑制劑脫除方法對(duì)C. beijerinckii NCIMB 8052發(fā)酵的影響26-28
• 本章小結(jié)28-29
• 第四章C. beijerinckii NCIMB 8052發(fā)酵Ca(OH)_2 脫毒玉米秸稈水解液29-41
• 4.1 引言29
• 4.2 試劑、設(shè)備、方法29-31
• 4.2.1 試劑29
• 4.2.2 設(shè)備儀器29-30
• 4.2.3 培養(yǎng)基30
• 4.2.4 培養(yǎng)方法30
• 4.2.5 發(fā)酵液在 600 nm下吸光度的測(cè)定方法30
• 4.2.6 細(xì)菌基因組提取方法30
• 4.2.7 細(xì)菌RNA提取方法30-31
• 4.2.8 cDNA第一鏈的合成方法31
• 4.3 結(jié)果與討論31-40
• 4.3.1 Ca(OH)_2 脫毒前后抑制劑含量變化情況31-32
• 4.3.2 C.beijerinckii NCIMB 8052發(fā)酵纖維素水解液糖的利用量和溶劑產(chǎn)量32-35
• 4.3.3 以基因組含量表示細(xì)胞量可能性實(shí)驗(yàn)35-36
• 4.3.4 RT-PCR分析Ca(OH)_2 的引入對(duì)C. beijerinckii NCIMB 8052部分基因表達(dá)量的影響36-40
• 4.3.4.1 RNA 的提取36-37
• 4.3.4.2 目的基因選擇、引物設(shè)計(jì)及基因相對(duì)表達(dá)量計(jì)算方法37-38
• 4.3.4.3 RTPCR體系38
• 4.3.4.4 結(jié)果分析38-40
• 本章小結(jié)40-41
• 第五章 馴化、紫外誘變及CO協(xié)同在梭菌發(fā)酵中的作用41-49
• 5.1 引言41
• 5.2 材料、設(shè)備、方法41-42
• 5.2.1 主要材料41
• 5.2.2 主要設(shè)備41
• 5.2.3 主要方法41-42
• 5.3 結(jié)果與討論42-48
• 5.3.1 C. beijerinckii NCIMB 8052的馴化結(jié)果42-43
• 5.3.2 C. acetobutylicum ATCC 824的馴化43-44
• 5.3.3 紫外誘變C. beijerinckii NCIMB 8052提高丁醇產(chǎn)量44-45
• 5.3.4 CO協(xié)同對(duì)C. beijerinckii NCIMB 8052發(fā)酵的影響45-48
• 5.3.4.1 N_2和CO協(xié)同C. beijerinckii NCIMB 8052發(fā)酵葡萄糖碳源培養(yǎng)基的比較46-47
• 5.3.4.2 CO協(xié)同C. beijerinckii NCIMB 8052發(fā)酵水解液碳源培養(yǎng)基和葡萄糖碳源培養(yǎng)基比較47-48
• 本章小結(jié)48-49
• 第六章 總結(jié)及展望49-51
• 總結(jié)49
• 展望49-51
• 參考文獻(xiàn)51-59
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果59-61
• 附錄 英文縮略詞說(shuō)明61-63
• 致謝63-65

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