玉米秸秆原料发酵生产丁二酸工艺研究

【摘要】： 丁二酸是工业上一种重要的四碳化合物,它作为有机合成原材料、中间产物或化学品,广泛应用于制药、食品添加剂、绿色溶剂及可降解塑料等多种领域。研究玉米秸秆发酵生产丁二酸,不仅可为低成本生产生物基丁二酸提供参考,同时也可避免采用与人争粮的发酵原料,促进农林废弃物利用,具有重要的实际应用意义。本论文主要进行了玉米秸秆水解糖发酵生产丁二酸的工艺条件,以及玉米秸秆分步糖化发酵和同步糖化发酵生产丁二酸的初步工艺条件的研究。 比较了以玉米秸秆水解糖为碳源,不同氮源条件下琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes SF-9的丁二酸发酵产酸能力。结果表明玉米浆可以替代酵母膏作为丁二酸发酵的廉价氮源。厌氧摇瓶丁二酸发酵单因素试验,得到在初糖浓度50 g/L时,玉米浆的较佳用量为20 g/L。在5 L搅拌罐上,考察了不同初始玉米秸秆水解糖浓度对A. succinogenes SF-9发酵生产丁二酸的影响,结果显示高初始秸秆糖浓度对琥珀酸放线杆菌的生长有抑制作用。采用补料分批发酵,发酵60 h丁二酸的产量达到42.7 g/L,丁二酸产率82.7%,生产强度0.81 g/(L·h)。 考察了不同预处理方式对玉米秸秆原料的成分变化、酶解得率和酶解水解液发酵产丁二酸的影响,得出NaOH预处理为最佳的处理方式。玉米秸秆经过1%的NaOH溶液120℃下处理1 h,木质素的去除率达到74.5%,处理后的固体成分中纤维总量为88.4%。 在研究里氏木霉Trichoderma reesei SW09-1液体发酵生产纤维素酶的初步条件基础上,确定了用SW09-1发酵所产的纤维素酶液,酶解预处理后的玉米秸秆的酶解条件。,以NaOH预处理后的烘干玉米秸秆为底物,在底物浓度为80 g/L,酶用量25 FPIU/g底物, pH为4.8,温度50℃下,酶解36 h,还原糖浓度达到57.9g/L,酶解率为73.35%。当加入10IU/g底物的市售纤维二糖酶后,还原糖浓度达到67.6 g/L,酶解率为86.0%。将此酶解液用A. succinogenes SF-9在厌氧摇瓶中进行分批发酵,发酵64 h可产丁二酸35.08 g/L。1 g预处理的玉米秸秆可得0.439 g丁二酸。 初步研究了玉米秸秆同步发酵糖化发酵生产丁二酸的工艺条件,考察了不同底物浓度,液体酶用量,不同温度下同步糖化发酵产酸的情况。在厌氧摇瓶中,70g/L的NaOH预处理后的烘干玉米秸秆的培养基中,加入20FP IU/g底物的T. reesei SW09-1发酵所产的纤维素酶液,接入A. succinogenes SF-9,38℃发酵72 h,生产丁二酸35.53 g/L。1 g预处理的玉米秸秆可转化为0.507 g丁二酸。在5 L发酵中进行玉米秸秆原料的同步糖化发酵,65.63 g/L的玉米秸秆发酵48 h可生成丁二酸47.38 g/L,1 g预处理的玉米秸秆可转化为0.722 g丁二酸。展现了良好的应用前景。 【关键词】：丁二酸 玉米秸秆水解糖 厌氧发酵 玉米秸秆 预处理 琥珀酸放线杆菌 里氏木霉 同步糖化发酵
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ921.7
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 玉米秸秆原料的概况8-9
• 1.1.1 玉米秸秆的纤维素化学组成8
• 1.1.2 纤维素酶的性质和制备8-9
• 1.2 纤维素原料的预处理9-11
• 1.2.1 物理方法10
• 1.2.2 化学方法10-11
• 1.2.3 生物方法11
• 1.3 丁二酸的概况11-15
• 1.3.1 丁二酸的理化性质11
• 1.3.2 丁二酸的用途和市场概况11-13
• 1.3.3 丁二酸的生产方法以及微生物发酵法研究进展13-15
• 1.4 植物纤维质原料生产丁二酸15-16
• 1.4.1 纤维质原料水解糖生产丁二酸研究现状15
• 1.4.2 使用植物纤维原料同步糖化生产丁二酸15-16
• 1.5 本论文的研究意义和主要研究内容16-18
• 1.5.1 课题来源16-17
• 1.5.2 研究意义17
• 1.5.3 论文的主要研究内容17-18
• 第二章 材料和方法18-25
• 2.1 材料18-19
• 2.1.1 菌种18
• 2.1.2 试剂18
• 2.1.3 主要仪器18
• 2.1.4 培养基18-19
• 2.1.5 酶制剂19
• 2.2 方法19-25
• 2.2.1 秸秆原料预处理19-20
• 2.2.2 秸秆原料成分分析20-21
• 2.2.3 液体深层发酵生产纤维素酶21
• 2.2.4 纤维素酶活测定21-22
• 2.2.5 玉米秸秆的酶解22
• 2.2.6 糖含量的测定22-23
• 2.2.7 玉米秸秆酶解液分批发酵生产丁二酸23
• 2.2.8 玉米秸秆同步糖化发酵生产丁二酸23
• 2.2.9 丁二酸生产菌SF-9 的培养方法和发酵条件23-24
• 2.2.10 菌体生物量的测定24
• 2.2.11 发酵产物的分析24-25
• 第三章 结果与讨论25-41
• 3.1 玉米秸秆水解糖发酵生产丁二酸25-29
• 3.1.1 不同氮源对秸秆水解糖发酵丁二酸产量的影响25-26
• 3.1.2 不同玉米浆浓度对秸秆水解糖发酵丁二酸的影响26
• 3.1.3 不同秸秆水解糖浓度在5 L 发酵罐丁二酸发酵性能的比较26-28
• 3.1.4 玉米秸秆糖原料补料分批发酵生产丁二酸28-29
• 3.2 玉米秸秆原料直接发酵生产丁二酸29-41
• 3.2.1 里氏木霉纤维素酶的制备29-30
• 3.2.2 玉米秸秆预处理方法的确定30-32
• 3.2.3 玉米秸秆批式酶解条件32-35
• 3.2.4 玉米秸秆分步发酵生产丁二酸35-37
• 3.2.5 玉米秸秆同步糖化发酵条件的初步研究37-41
• 结论与展望41-42
• 致谢42-43
• 参考文献43-50
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文50

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