秸稈的催化水解和發(fā)酵制備2,3-丁二醇

【摘要】：2,3-丁二醇（2,3-BD）是一種重要的生物基化學(xué)品，以秸稈為原料制備2,3-BD對促進(jìn)秸稈原料的高值化利用具有重要意義。本文以麥稈和玉米芯為原料，通過預(yù)處理去除秸稈中的木質(zhì)素，利用酶催化水解將預(yù)處理后所得的纖維素和半纖維素降解為己糖和戊糖等可發(fā)酵的糖，并通過肺炎克雷伯氏桿菌的生理代謝將糖轉(zhuǎn)化為2,3-BD，最后從發(fā)酵液中分離出2,3-BD。 首先，對秸稈預(yù)處理和酶水解進(jìn)行研究，得出較優(yōu)的預(yù)處理?xiàng)l件：堿性H2O2溶液組成為2%的NaOH和1.5%的H2O2，堿性H2O2與乙醇比為1：1，固液比1：20，80oC處理3h。處理后麥稈和玉米芯的木質(zhì)素脫除率分別達(dá)到91.0%和92.8%。酶水解條件優(yōu)化結(jié)果為：溫度50oC，pH值4.8，初始底物濃度80g/L，纖維素酶用量為28U/g（底物），β-葡萄糖苷酶用量為15U/g（底物），酶解80h，纖維素糖化率最高為87.6%。對酶催化水解后的麥稈和玉米芯水解液進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析，水解液主要成分為葡萄糖和木糖。 其次，對2,3-BD的發(fā)酵條件進(jìn)行了探討，肺炎克雷伯氏桿菌代謝葡萄糖合成2,3-BD較優(yōu)發(fā)酵條件為：溫度30oC，起始pH值為7.0，搖床轉(zhuǎn)速150rpm，發(fā)酵96h，接種量8%（v/v），起始葡萄糖濃度為140g/L，蛋白胨濃度為6g/L；在此優(yōu)化條件下，2,3-BD濃度為61.78g/L。利用秸稈水解液發(fā)酵制備2,3-BD，發(fā)酵培養(yǎng)基為：起始還原糖濃度為120g/L，蛋白胨濃度為6g/L，加入0.05g/L的CaCO3，在發(fā)酵過程中控制pH在6.0到6.5之間，產(chǎn)物濃度最高可達(dá)到50.97g/L。在補(bǔ)料發(fā)酵中，以碳氮比為21：1的方式添加碳源和氮源，可使產(chǎn)物濃度最高達(dá)91.88g/L，占理論產(chǎn)率的86%，糖的利用率為94.95%。 最后，用乙醇/磷酸氫二鉀雙水相體系萃取2,3-BD，適宜的萃取條件為乙醇和磷酸氫二鉀的濃度分別是25%(w/w)和26%(w/w)，此時(shí)2,3-BD的萃取率可達(dá)97.86%。通過調(diào)節(jié)pH值和加入乙醇對下相中的磷酸氫二鉀進(jìn)行了回收，回收率可達(dá)到77.1%。 【關(guān)鍵詞】：秸稈 預(yù)處理 酶水解 發(fā)酵 2 3-BD 雙水相萃取
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TQ223.162
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• Contents10-12
• 圖清單12-14
• 表清單14-16
• 1 緒論16-29
• 1.1 背景16-17
• 1.2 2,3-BD概況17
• 1.3 木質(zhì)纖維素原料預(yù)處理17-20
• 1.4 木質(zhì)纖維原料催化水解工藝20-22
• 1.5 發(fā)酵生產(chǎn) 2,3-BD22-26
• 1.6 2,3-BD的分離26-27
• 1.7 研究內(nèi)容及意義27-29
• 2 實(shí)驗(yàn)部分29-38
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器29-30
• 2.2 檢測方法30-33
• 2.3 秸稈的預(yù)處理33
• 2.4 酶催化水解秸稈33-35
• 2.5 利用秸稈水解液發(fā)酵生產(chǎn) 2,3-BD35-36
• 2.6 2,3-BD的分離純化36-38
• 3 秸稈預(yù)處理的條件優(yōu)化及結(jié)果分析38-43
• 3.1 秸稈原料的分析38
• 3.2 秸稈預(yù)處理的條件優(yōu)化38-40
• 3.3 秸稈預(yù)處理殘?jiān)募t外光譜（FTIR）分析40-41
• 3.4 討論與小結(jié)41-43
• 4 秸稈殘?jiān)拿杆鈼l件優(yōu)化及結(jié)果分析43-53
• 4.1 纖維素酶水解的單因素實(shí)驗(yàn)43-46
• 4.2 酶水解正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論46-47
• 4.3 β-葡萄糖苷酶協(xié)同水解的結(jié)果與討論47-48
• 4.4 水解液的分析48-51
• 4.5 討論與小結(jié)51-53
• 5 肺炎克雷伯氏桿菌發(fā)酵制備 2,3-BD53-64
• 5.1 肺炎克雷伯氏桿菌制備 2,3-BD培養(yǎng)基的基礎(chǔ)研究53-57
• 5.2 利用秸稈水解液發(fā)酵制備 2,3-BD57-60
• 5.3 分批補(bǔ)料發(fā)酵制備 2,3-BD60-63
• 5.4 討論與小結(jié)63-64
• 6 利用EA/DKP雙水相分離 2,3-BD64-71
• 6.1 雙水相相圖的繪制64-65
• 6.2 發(fā)酵液的準(zhǔn)備65-66
• 6.3 發(fā)酵液中 2,3-BD的萃取66-70
• 6.4 討論與小結(jié)70-71
• 7 結(jié)論、創(chuàng)新點(diǎn)和建議71-74
• 7.1 結(jié)論71-72
• 7.2 建議72-73
• 7.3 創(chuàng)新點(diǎn)73-74
• 參考文獻(xiàn)74-79
• 作者簡歷79-81
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集81

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