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电子受体对超高浓度乙醇发酵副产物形成的影响

作　者: 詹美蓉
导　师: 胡纯铿
学　校: 华侨大学
专　业: 微生物
关键词: 乙醛副产物丙醇超高浓度乙醇发酵
分类号: TQ223.122
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

超高浓度（very high gravity, VHG）乙醇发酵由于潜在明显提高发酵重点乙醇浓度从而在后续精馏等下游工序中可节约大量能耗，因此该技术近年来备受关注。然而，VHG乙醇发酵面临一些难题阻碍着该技术的有效应用。其中，一个主要困难是在VHG乙醇发酵条件下酵母细胞受到高浓度糖和高浓度乙醇的双重胁迫，导致发酵不完全，底物转化率低以及发酵速率下降。因此，如何提高发酵过程中酵母所受到胁迫的耐受性，可能对于超高浓度乙醇发酵的顺利进行至关重要。本研究尝试在VHG乙醇发酵培养基中添加低浓度的电子受体，如乙醛和丙醛，以考察其对自絮凝酵母SPSC发酵状况的影响。实验着重探索乙醛或丙醛对VHG乙醇发酵过程中副产物生成的影响。首先，考察了外源添加乙醛对起始葡萄糖浓度为330g·L^-1的VHG乙醇发酵状况的影响，然后，确定VHG乙醇发酵的最佳乙醛添加策略，结果得到的最佳乙醛添加策略为：从发酵30h开始，每隔3h添加终浓度为0.1g·L^-1的乙醛，直至发酵54h后停止添加。然后，实验通过考察外源添加最适乙醛对于起始葡萄糖浓度为330g·L^-1的VHG乙醇发酵过程中副产物生成的影响，结果表明，添加乙醛并不影响琥珀酸的生成，却显著提高了2-甲基丙醇和乙酸乙酯产率，其在培养基中的终浓度分别达到0.5mmol·L^-1和0.36mmol·L^-1，分别比对照组提高了317%和90%。同时，也观察到其它副产物，如丙醇和乙酸分别比对照组提高了8%和10%，而甘油则比对照组降低了6.1%。实验进一步考察了丙醛对VHG乙醇发酵培养基中副产物积累的影响。由于文献报道，乙醛和丙醛通过类似的途径（特别是作为电子受体时）促进受乙醇胁迫的酵母菌的生长，因此，在发酵过程中，采用与乙醛类似的添加策略来添加丙醛，为了避免其抑制作用，将每次添加丙醛终浓度调整为上述实验所提到乙醛添加终浓度的85%⁹0%。结果表明，在丙醛最佳添加条件下，发酵终点乙醇浓度和乙醇产率分别比对照组提高了6%和7%，可见，添加丙醛也可促进VHG发酵。实验发现，添加丙醛不影响琥珀酸和2-甲基丙醇的产生，然而，添加丙醛可显著提高丙醇的产率，其终浓度达到14.3mmol·L^-1，表明添加丙醛几乎等摩尔转化为丙醇。与不添加丙醛的对照组相比，实验观察到其它副产物，如乙酸和乙酸乙酯分别提高了9%和16%，而甘油则降低了5%。迄今为止，电子受体（如乙醛和丙醛）对VHG乙醇发酵过程中副产物生成的影响，特别是丙醛对VHG乙醇发酵过程中副产物的生成的影响，仍鲜见报道。对其作用方式的了解可能有助于采取更加合理的策略来改善VHG发酵的状况。因此，本研究所获得的这些重要数据可能有助于该问题的进一步探索。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
第1章引言  11-25
  1.1 燃料乙醇研究背景  11-13
  1.2 生物燃料乙醇产业发展技术瓶颈  13
  1.3 超高浓度乙醇发酵的研究背景及意义  13-14
  1.4 超高浓度乙醇发酵的利弊  14-15
    1.4.1 超高浓度发酵的优势  14
    1.4.2 超高浓度发酵存在的问题  14-15
  1.5 VHG 发酵国内外研究进展  15-17
    1.5.1 耐高浓度乙醇酵母菌的选育  15-16
    1.5.2 发酵工艺控制的研究  16-17
  1.6 电子受体在 VHG 乙醇发酵中的应用  17-20
    1.6.1 酵母代谢途径中的电子受体  17-18
    1.6.2 检测发酵液中乙醛的方法  18-19
    1.6.3 外源添加乙醛对乙醇发酵的影响  19-20
  1.7 酵母发酵主要副产物及形成途径  20-22
  1.8 自絮凝酵母 SPSC 的特点  22
  1.9 本课题的研究内容和研究意义  22-25
第2章 VHG 乙醇发酵乙醛添加条件研究  25-39
  2.1 引言  25-26
  2.2 材料与方法  26-30
    2.2.1 试剂  26-27
    2.2.2 仪器  27
    2.2.3 菌种  27-28
    2.2.4 培养基  28
    2.2.5 培养方法  28
    2.2.6 菌体生物量的测定  28
    2.2.7 发酵液残糖和乙醇浓度测定  28-29
    2.2.8 发酵参数的计算  29
    2.2.9 乙醛浓度测定  29-30
    2.2.10 实验数据处理方法  30
  2.3 结果与分析  30-37
    2.3.1 葡萄糖和乙醇标曲的绘制  30-32
    2.3.2 乙醛和 NADH 标曲的绘制  32-33
    2.3.3 乙醛添加时间、添加间隔时间和添加方式的确定  33-36
    2.3.4 不同乙醛浓度对 VHG 乙醇发酵的影响  36-37
  2.4 小结  37-39
第3章乙醛对 VHG 乙醇发酵副产物生成的影响  39-55
  3.1 引言  39
  3.2 材料与方法  39-44
    3.2.1 菌种  39-40
    3.2.2 试剂  40-41
    3.2.3 仪器  41-42
    3.2.4 培养基  42
    3.2.5 方法  42
    3.2.6 发酵液残糖和乙醇浓度测定  42
    3.2.7 乙醛浓度测定  42
    3.2.8 副产物测定  42-44
    3.2.9 实验数据处理方法  44
  3.3 结果与讨论  44-53
    3.3.1 甘油、琥珀酸和乙酸标准曲线绘制  44-46
    3.3.2 丙醇、2-甲基丙醇和乙酸乙酯标准曲线绘制  46-48
    3.3.3 乙醛最适添加条件下的超高浓度发酵进程  48-49
    3.3.4 副产物的生成  49-53
  3.4 小结  53-55
第4章丙醛对 VHG 乙醇发酵副产物生成的影响  55-65
  4.1 引言  55
  4.2 材料与方法  55-59
    4.2.1 菌种  55
    4.2.2 培养基  55-56
    4.2.3 试剂  56-57
    4.2.4 仪器  57-58
    4.2.5 方法  58
    4.2.6 发酵液残糖和乙醇浓度测定  58
    4.2.7 发酵参数的计算  58
    4.2.8 丙醛浓度测定  58
    4.2.9 副产物测定  58
    4.2.10 实验数据处理方法  58-59
  4.3 结果与讨论  59-63
    4.3.1 添加丙醛对超高浓度乙醇发酵参数的影响  59-61
    4.3.2 添加丙醛对超高浓度乙醇发酵副产物的影响  61-63
  4.4 小结  63-65
第5章总结与展望  65-67
  5.1 结论  65-66
  5.2 主要创新点  66
  5.3 工作展望  66-67
参考文献  67-73
致谢  73-75
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果  75

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