玉米秸秆水解液发酵产丁二酸研究

【摘要】：丁二酸又称琥珀酸,是三羧酸循环中间代谢产物,丁二酸作为一种重要的C4二羧酸,是化工、食品和医药等行业多种重要化合物的前体。玉米秸秆农作物废弃物,广泛存在于玉米产地,为可再生农业资源。本研究以玉米秸秆水解液为发酵碳源,以产琥珀酸放线杆菌为发酵菌株,厌氧发酵产丁二酸,探讨了玉米秸秆水解液为碳源取代葡萄糖发酵产丁二酸的可行性,同时对发酵液中丁二酸酸结晶法与酯化法提取工艺条件进行了工艺参数的优化。 通过液相色谱分析玉米秸秆水解液组分。以产琥珀酸放线杆菌为菌株,不同单一糖为碳源,探索产琥珀酸放线杆菌在不同单一糖的生长情况,实验结果表明,产琥珀酸放线杆菌能利用不同的单一糖,具有广谱碳源同化能力。以玉米秸秆水解糖为碳源,响应面分析法优化厌氧发酵产丁二酸的工艺条件为：还原糖浓度42.8g/L,酵母膏浓度为12.5g/L,15.9g/L MgCO3为缓冲剂,发酵温度为37°C,厌氧发酵48h,丁二酸产率达到29.1g/L。 酸结晶法提取丁二酸工艺参数为：调节pH至2.0,浓缩蒸馏至有结晶析出时,置于4°C条件下4h,过滤得到丁二酸结晶。研究分析,丁二酸收率为71.8%,纯度为92.4%。酯化法提取丁二酸过程中酯化工艺参数为：丁二酸盐为丁二酸二钠,氢离子与丁二酸盐的摩尔比为2.2：1,反应时间为12h,纯化工艺参数为：活性碳加量3.3%,脱色温度72℃,脱色时间37min。研究分析,丁二酸收率为84.23%,纯度为98.4%。 利用农作物废弃物玉米秸秆为原料水解得到玉米秸秆水解液,以玉米秸秆水解液为碳源,产琥珀酸放线杆菌为实验菌株,通过间歇发酵,生物转化产丁二酸,扩大了生物炼制新途径,为工业化生产生物基丁二酸提供科学依据。 【关键词】：玉米秸秆水解液 丁二酸 产琥珀酸放线杆菌 发酵
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ921
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 本课题的来源及研究意义8-9
• 1.1.1 本课题的来源8
• 1.1.2 课题的研究意义8-9
• 1.2 丁二酸合成方法9-10
• 1.2.1 化学合成法9
• 1.2.2 生物合成法9-10
• 1.2.3 微生物发酵法10
• 1.3 丁二酸的物理性质10-11
• 1.4 丁二酸化学性质11
• 1.5 丁二酸及丁二酸盐化学反应11-12
• 1.6 产丁二酸菌株12
• 1.7 丁二酸应用12-14
• 1.8 发酵产丁二酸研究现状14-17
• 1.8.1 国内外发酵产丁二酸研究14-15
• 1.8.2 国内外丁二酸提取研究15-17
• 1.9 本论文的研究意义及主要研究内容17-18
• 1.9.1 研究意义17
• 1.9.2 论文的主要研究内容17-18
• 第二章 材料与方法18-25
• 2.1 实验材料与仪器18-20
• 2.1.1 实验材料18-19
• 2.1.2 实验仪器19-20
• 2.2 主要试剂配制20-21
• 2.3 还原糖测定21-22
• 2.4 菌株培养方法22-23
• 2.4.1 菌种活化22
• 2.4.2 种子液制备22
• 2.4.3 平板划线培养22
• 2.4.4 小试发酵培养22-23
• 2.4.5 5L发酵罐发酵培养23
• 2.4.6 发酵液预处理方法23
• 2.5 分析及表征23-25
• 2.5.1 水解糖组分分析24
• 2.5.2 生物量测定24
• 2.5.3 丁二酸微观形貌观察24
• 2.5.4 红外光谱法定性分析生物基丁二酸24
• 2.5.5 丁二酸核磁共振谱图24
• 2.5.6 丁二酸X射线衍射晶型测定24-25
• 第三章 丁二酸分析方法建立25-28
• 3.1 流动相的选择25-26
• 3.2 检测器的选择26
• 3.3 标准曲线的建立26
• 3.4 丁二酸的回收率26-27
• 3.5 本章小结27-28
• 第四章 丁二酸发酵研究28-37
• 4.0 玉米秸秆水解液液相色谱分析28-29
• 4.1 产琥珀酸放线杆菌对广谱碳源同化能力29-30
• 4.1.1 产琥珀酸放线杆菌对单一碳源同化能力29
• 4.1.2 产琥珀酸放线杆菌对玉米秸秆水解液同化能力29-30
• 4.2 还原糖浓度对产丁二酸影响30
• 4.3 酵母膏浓度对产丁二酸影响30-31
• 4.4 不同pH对产丁二酸影响31-32
• 4.5 MgCO_3浓度对产丁二酸量影响32-33
• 4.6 中心组合确定因素最佳水平33-35
• 4.6.1 实验因素水平设计33
• 4.6.2 实验设计及结果33-35
• 4.7 产琥珀酸放线杆菌全培养研究35
• 4.8 不同生物质资源产丁二酸对比35-36
• 4.9 本章小结36-37
• 第五章 生物基丁二酸提取研究37-45
• 5.1 酸结晶法提取丁二酸研究37-39
• 5.1.1 实验原理37
• 5.1.2 酸结晶法提取丁二酸实验过程37-38
• 5.1.3 丁二酸结晶38-39
• 5.2 酯化法提取丁二酸研究39-41
• 5.2.1 实验原理39
• 5.2.2 酯化法提取丁二酸实验过程39-40
• 5.2.3 生物基丁二酸提取条件探究40-41
• 5.3 生物基丁二酸纯化工艺参数优化41-44
• 5.3.1 生物基丁二酸纯化试验设计及方差分析41-43
• 5.3.2 响应面结果与分析43
• 5.3.3 优化工艺参数验证实验43-44
• 5.4 本章小结44-45
• 第六章 生物基丁二酸表征45-50
• 6.1 红外表征生物基丁二酸45-46
• 6.2 生物基丁二酸核磁共振氢谱图46-47
• 6.3 丁二酸X射线衍射图47
• 6.4 生物基丁二酸微观形貌47-49
• 6.5 本章小结49-50
• 第七章 结论50-51
• 7.1 结论50
• 7.2 本论文创新点50-51
• 致谢51-52
• 参考文献52-58
• 作者简介58
• 攻读硕士学位期间研究成果58-59

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