玉米秸稈原料發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸工藝研究

【摘要】： 丁二酸是工業(yè)上一種重要的四碳化合物,它作為有機(jī)合成原材料、中間產(chǎn)物或化學(xué)品,廣泛應(yīng)用于制藥、食品添加劑、綠色溶劑及可降解塑料等多種領(lǐng)域。研究玉米秸稈發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸,不僅可為低成本生產(chǎn)生物基丁二酸提供參考,同時(shí)也可避免采用與人爭糧的發(fā)酵原料,促進(jìn)農(nóng)林廢棄物利用,具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義。本論文主要進(jìn)行了玉米秸稈水解糖發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸的工藝條件,以及玉米秸稈分步糖化發(fā)酵和同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸的初步工藝條件的研究。 比較了以玉米秸稈水解糖為碳源,不同氮源條件下琥珀酸放線桿菌Actinobacillus succinogenes SF-9的丁二酸發(fā)酵產(chǎn)酸能力。結(jié)果表明玉米漿可以替代酵母膏作為丁二酸發(fā)酵的廉價(jià)氮源。厭氧搖瓶丁二酸發(fā)酵單因素試驗(yàn),得到在初糖濃度50 g/L時(shí),玉米漿的較佳用量為20 g/L。在5 L攪拌罐上,考察了不同初始玉米秸稈水解糖濃度對(duì)A. succinogenes SF-9發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸的影響,結(jié)果顯示高初始秸稈糖濃度對(duì)琥珀酸放線桿菌的生長有抑制作用。采用補(bǔ)料分批發(fā)酵,發(fā)酵60 h丁二酸的產(chǎn)量達(dá)到42.7 g/L,丁二酸產(chǎn)率82.7%,生產(chǎn)強(qiáng)度0.81 g/(L·h)。 考察了不同預(yù)處理方式對(duì)玉米秸稈原料的成分變化、酶解得率和酶解水解液發(fā)酵產(chǎn)丁二酸的影響,得出NaOH預(yù)處理為最佳的處理方式。玉米秸稈經(jīng)過1%的NaOH溶液120℃下處理1 h,木質(zhì)素的去除率達(dá)到74.5%,處理后的固體成分中纖維總量為88.4%。 在研究里氏木霉Trichoderma reesei SW09-1液體發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶的初步條件基礎(chǔ)上,確定了用SW09-1發(fā)酵所產(chǎn)的纖維素酶液,酶解預(yù)處理后的玉米秸稈的酶解條件。,以NaOH預(yù)處理后的烘干玉米秸稈為底物,在底物濃度為80 g/L,酶用量25 FPIU/g底物, pH為4.8,溫度50℃下,酶解36 h,還原糖濃度達(dá)到57.9g/L,酶解率為73.35%。當(dāng)加入10IU/g底物的市售纖維二糖酶后,還原糖濃度達(dá)到67.6 g/L,酶解率為86.0%。將此酶解液用A. succinogenes SF-9在厭氧搖瓶中進(jìn)行分批發(fā)酵,發(fā)酵64 h可產(chǎn)丁二酸35.08 g/L。1 g預(yù)處理的玉米秸稈可得0.439 g丁二酸。 初步研究了玉米秸稈同步發(fā)酵糖化發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸的工藝條件,考察了不同底物濃度,液體酶用量,不同溫度下同步糖化發(fā)酵產(chǎn)酸的情況。在厭氧搖瓶中,70g/L的NaOH預(yù)處理后的烘干玉米秸稈的培養(yǎng)基中,加入20FP IU/g底物的T. reesei SW09-1發(fā)酵所產(chǎn)的纖維素酶液,接入A. succinogenes SF-9,38℃發(fā)酵72 h,生產(chǎn)丁二酸35.53 g/L。1 g預(yù)處理的玉米秸稈可轉(zhuǎn)化為0.507 g丁二酸。在5 L發(fā)酵中進(jìn)行玉米秸稈原料的同步糖化發(fā)酵,65.63 g/L的玉米秸稈發(fā)酵48 h可生成丁二酸47.38 g/L,1 g預(yù)處理的玉米秸稈可轉(zhuǎn)化為0.722 g丁二酸。展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。 【關(guān)鍵詞】：丁二酸 玉米秸稈水解糖 厭氧發(fā)酵 玉米秸稈 預(yù)處理 琥珀酸放線桿菌 里氏木霉 同步糖化發(fā)酵
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TQ921.7
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-18
• 1.1 玉米秸稈原料的概況8-9
• 1.1.1 玉米秸稈的纖維素化學(xué)組成8
• 1.1.2 纖維素酶的性質(zhì)和制備8-9
• 1.2 纖維素原料的預(yù)處理9-11
• 1.2.1 物理方法10
• 1.2.2 化學(xué)方法10-11
• 1.2.3 生物方法11
• 1.3 丁二酸的概況11-15
• 1.3.1 丁二酸的理化性質(zhì)11
• 1.3.2 丁二酸的用途和市場概況11-13
• 1.3.3 丁二酸的生產(chǎn)方法以及微生物發(fā)酵法研究進(jìn)展13-15
• 1.4 植物纖維質(zhì)原料生產(chǎn)丁二酸15-16
• 1.4.1 纖維質(zhì)原料水解糖生產(chǎn)丁二酸研究現(xiàn)狀15
• 1.4.2 使用植物纖維原料同步糖化生產(chǎn)丁二酸15-16
• 1.5 本論文的研究意義和主要研究內(nèi)容16-18
• 1.5.1 課題來源16-17
• 1.5.2 研究意義17
• 1.5.3 論文的主要研究內(nèi)容17-18
• 第二章 材料和方法18-25
• 2.1 材料18-19
• 2.1.1 菌種18
• 2.1.2 試劑18
• 2.1.3 主要儀器18
• 2.1.4 培養(yǎng)基18-19
• 2.1.5 酶制劑19
• 2.2 方法19-25
• 2.2.1 秸稈原料預(yù)處理19-20
• 2.2.2 秸稈原料成分分析20-21
• 2.2.3 液體深層發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶21
• 2.2.4 纖維素酶活測定21-22
• 2.2.5 玉米秸稈的酶解22
• 2.2.6 糖含量的測定22-23
• 2.2.7 玉米秸稈酶解液分批發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸23
• 2.2.8 玉米秸稈同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸23
• 2.2.9 丁二酸生產(chǎn)菌SF-9 的培養(yǎng)方法和發(fā)酵條件23-24
• 2.2.10 菌體生物量的測定24
• 2.2.11 發(fā)酵產(chǎn)物的分析24-25
• 第三章 結(jié)果與討論25-41
• 3.1 玉米秸稈水解糖發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸25-29
• 3.1.1 不同氮源對(duì)秸稈水解糖發(fā)酵丁二酸產(chǎn)量的影響25-26
• 3.1.2 不同玉米漿濃度對(duì)秸稈水解糖發(fā)酵丁二酸的影響26
• 3.1.3 不同秸稈水解糖濃度在5 L 發(fā)酵罐丁二酸發(fā)酵性能的比較26-28
• 3.1.4 玉米秸稈糖原料補(bǔ)料分批發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸28-29
• 3.2 玉米秸稈原料直接發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸29-41
• 3.2.1 里氏木霉纖維素酶的制備29-30
• 3.2.2 玉米秸稈預(yù)處理方法的確定30-32
• 3.2.3 玉米秸稈批式酶解條件32-35
• 3.2.4 玉米秸稈分步發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸35-37
• 3.2.5 玉米秸稈同步糖化發(fā)酵條件的初步研究37-41
• 結(jié)論與展望41-42
• 致謝42-43
• 參考文獻(xiàn)43-50
• 附錄：作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文50

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