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利用玉米芯同步糖化发酵产2，3-丁二醇的研究

作　者: 蒋兴
导　师: 夏黎明
学　校: 浙江大学
专　业: 生物化工
关键词: 玉米芯同步糖化发酵 2,3-丁二醇分批补料双水相萃取
分类号: TQ923
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

2,3-丁二醇是一种重要的平台化工产品,广泛应用于化工、食品、燃料等领域。本文选择了Klebsiella oxytoca ZU-03为菌株,以廉价的植物纤维废弃物玉米芯为原料,采用同步糖化发酵(SSF)技术生产2,3-丁二醇,并对2,3-丁二醇的提取工艺进行了探索性研究。为了优化SSF工艺,对纤维素酶用量、纤维二糖酶用量、木聚糖酶用量、pH、温度和底物浓度等对2,3-丁二醇形成的影响进行了研究,试验结果表明：在SSF工艺中,每克底物(玉米芯)的酶用量为：纤维素酶25FPIU、纤维二糖酶15IU、木聚糖酶300IU；玉米芯SSF的适宜温度为36℃,pH6.0。当底物浓度为120g/L,同步糖化发酵36h,2,3-丁二醇的质量浓度可达46.03g/L,产率为1.28g/(Lh),转化率为0.424g/g(总糖)。采用分批补料技术,可以提高发酵液中2,3-丁二醇的浓度,降低提取成本。研究了补料时间、补料量以及玉米芯与玉米浆粉的补加比例等对SSF过程的影响,确立了适宜的分批补料工艺：自接种后12h起,每隔12h补一次料,每次补料量为15g/L,补加玉米芯与玉米浆粉的适宜比例为10：2。按照此工艺底物初始浓度为100g/L,补加到底物总浓度为250g/L时,同步糖化发酵144h,2,3-丁二醇的浓度可达75.65g/L。与分批SSF工艺相比,每克底物的酶制剂用量减少了60%。发酵液经FeCl3絮凝处理、固液分离后,采用柠檬酸钠／乙醇双水相体系进行分离提取。考察了柠檬酸钠质量分数、乙醇质量分数和温度对2,3-丁二醇回收率的影响。在单因素试验的基础上,采用了响应面分析对双水相体系分离2,3-丁二醇的条件进行了优化,选用柠檬酸钠质量分数、乙醇质量分数和温度3个因素进行Box-Benhnken中心组合试验设计,对试验结果进行了响应面分析,得出适宜的工艺条件为：柠檬酸钠质量分数为21%,乙醇质量分数为25%,温度为38℃。在此条件下,2,3-丁二醇的回收率为91.8%。发酵液经过絮凝和双水相萃取之后,蛋白去除率为90.6%。利用可再生植物纤维原料替代粮食发酵生产2,3-丁二醇具有重要的经济和社会意义。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章文献综述  10-28
  1.1 2,3-丁二醇的概况  10-11
  1.2 2,3-丁二醇的生产方法  11
  1.3 微生物发酵法生产2,3-丁二醇  11-17
    1.3.1 微生物发酵法生产2,3-丁二醇的菌种  11-12
    1.3.2 微生物发酵法生产2,3-丁二醇的代谢途径  12-13
    1.3.3 微生物发酵法生产2,3-丁二醇的底物  13-14
    1.3.4 微生物发酵法生产2,3-丁二醇的工艺条件  14-17
    1.3.5 同步糖化发酵  17
  1.4 2,3-丁二醇的分离纯化  17-22
    1.4.1 2,3-丁二醇发酵液的固液分离  18
    1.4.2 2,3-丁二醇发酵液的初步分离  18-20
    1.4.3 2,3-丁二醇发酵液的终分离  20-22
  1.5 木质纤维原料  22-26
    1.5.1 木质纤维原料的组成  22-23
    1.5.2 木质纤维原料的预处理  23-26
  1.6 目前国内2,3-丁二醇的研究情况  26-27
  1.7 本课题的研究思路  27-28
第二章利用玉米芯同步糖化发酵产2,3-丁二醇  28-40
  2.1 材料与方法  28-33
    2.1.1 材料与试剂  28-29
    2.1.2 菌种  29
    2.1.3 酶制剂  29
    2.1.4 培养基  29
    2.1.5 同步糖化发酵  29
    2.1.6 分析方法  29-33
  2.2 结果与讨论  33-38
    2.2.1 纤维素酶的用量  33-34
    2.2.2 纤维二糖酶的用量  34-35
    2.2.3 木聚糖酶的用量  35-36
    2.2.4 初始pH  36
    2.2.5 温度  36-37
    2.2.6 底物浓度  37-38
    2.2.7 SSF的时间进程  38
  2.3 结论  38-40
第三章分批补料同步糖化发酵产2,3-丁二醇  40-48
  3.1 材料与方法  40-41
    3.1.1 材料与试剂  40
    3.1.2 菌种  40
    3.1.3 培养基  40
    3.1.4 分批补料同步糖化发酵  40
    3.1.5 不同初始时间的补料  40-41
    3.1.6 不同单批补料量的补料  41
    3.1.7 玉米芯和玉米浆粉不同比例下的补料  41
    3.1.8 分析方法  41
  3.2 结果与讨论  41-46
    3.2.1 补料初始时间  41-42
    3.2.2 玉米芯的补加量  42-45
    3.2.3 玉米芯与玉米浆粉的补加比例  45-46
  3.3 结论  46-48
第四章柠檬酸钠/乙醇双水相体系从发酵液中萃取2,3-丁二醇  48-62
  4.1 材料与方法  48-51
    4.1.1 仪器与试剂  48
    4.1.2 菌种  48
    4.1.3 培养基  48-49
    4.1.4 2,3-丁二醇发酵液的制备  49
    4.1.5 发酵液的絮凝  49
    4.1.6 柠檬酸钠/乙醇双水相相图的制作  49
    4.1.7 柠檬酸钠/乙醇双水相体系萃取2,3-丁二醇  49-50
    4.1.8 响应面优化2,3-丁二醇萃取条件  50
    4.1.9 分析方法  50-51
      4.1.9.1 蛋白质浓度的测定  50-51
      4.1.9.2 2,3-丁二醇浓度的测定  51
  4.2 结果与讨论  51-61
    4.2.1 柠檬酸钠对2,3-丁二醇回收率的影响  51-52
    4.2.2 乙醇对2,3-丁二醇回收率的影响  52-53
    4.2.3 温度对2,3-丁二醇回收率的影响  53-54
    4.2.4 响应面优化2,3-丁二醇双水相萃取条件  54-60
    4.2.5 双水相体系萃取2,3-丁二醇的最佳条件  60-61
    4.2.6 最佳条件的验证  61
  4.3 结论  61-62
第五章结论与建议  62-64
  5.1 结论  62-63
  5.2 建议  63-64
参考文献  64-72
论文发表情况  72

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