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一株热带假丝酵母利用木糖生长及其产酒精特性的研究

作　者: 刘兰杰
导　师: 葛向阳
学　校: 华中农业大学
专　业: 发酵工程
关键词: 热带假丝酵母木糖乙醇发酵产率转化率
分类号: TS262.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

木糖是纤维质原料水解液戊糖的主要成分。在自然界中能够代谢利用木糖的微生物并不多见,尤其是为数不多的能够同化木糖的酵母,其生产乙醇或菌体蛋白的效率更低。因此,选育高效的木糖发酵菌株,并对其发酵木糖特性进行研究,是开发利用纤维素类可再生资源的关键之一。本课题以研究室分离筛选得到的一株热带假丝酵母菌株3#为研究对象,对其发酵木糖生产乙醇和菌体蛋白的特性进行了研究,并对其在纤维素原料水解液中的应用进行了初步探索。具体研究结果如下：1.研究了菌株3#发酵木糖产乙醇的特性,结果表明,溶氧浓度对乙醇的产量和产率有很大影响,适中的溶氧浓度有利于菌体生长和乙醇的积累。较高的起始菌体浓度和尿素对乙醇的生产积累有促进作用,在碳源和氮源充足的情况下,延长发酵时间,乙醇的产量最高达到25.58g/L的稳定状态,菌体生长也趋于平稳,浓度为6.54×108／mL,这个稳定的状态是由于乙醇的产出和消耗一致而形成的动态平衡。2.研究了菌株3#发酵木糖产菌体蛋白的特性,结果表明,在起始糖浓度为1%时发酵48 h,酵母细胞对木糖的得率较高,为35.7%,但发酵液菌体浓度随糖浓度增加而升高。利用豆粕作为氮源,可得最高发酵液菌体质量浓度7.25mg/mL。不同的发酵温度对菌体的生长转化影响比较明显,在30℃时发酵液有最高菌体浓度为8.01 mg/mL,在25℃时,有最高细胞得率51.9%。溶氧对菌体的生长影响很大,充分供氧是获得高生物量和高菌体转化率的重要前提。接种量为5%时,有最高细胞得率52.5%,但接种量为20%时,发酵液菌体浓度最高,为9.9：mg/mL。木糖流加方式为2%+3%+3%时,酵母细胞对木糖的得率最高,为46.6%,而当流加方式为3%+3%+2%时,所得发酵液菌体浓度最高,为15.5×108／mL。3.在纤维素原料水解液中的应用结果表明,玉米芯水解液的还原糖浓度能够到达40 g／L,符合菌体发酵木糖生产乙醇或菌体蛋白的基本条件。以不同的发酵条件进行乙醇和菌体蛋白生产试验,于250 mL三角瓶中装入玉米芯水解液100 mL,进行酒精发酵3天,测得发酵液酒精含量为3.46 g／L,残糖含量为20.34 g／L,于500 mL三角瓶中装入玉米芯水解液50 mL进行发酵3天,测得发酵液菌体浓度为7.8×108／mL,残糖含量为5.48 g／L,因此该菌体对于纤维素水解液的发酵生产存在一定的实际应用价值。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-10
1. 前言  10-17
  1.1 利用纤维质原料转化为燃料乙醇和菌体的生产必要性  10-12
  1.2 利用纤维质原料生产酒精和菌体蛋白的发展与现状  12-13
  1.3 有效利用木糖是开发利用纤维质原料的关键  13
  1.4 与木糖发酵有关的微生物  13-15
    1.4.1 细菌  13-14
    1.4.2 真菌  14
    1.4.3 酵母菌  14-15
    1.4.4 藻类  15
  1.5 木糖代谢途径  15-16
  1.6 本课题的主要研究内容  16-17
  1.7 本课题研究目的及意义  17
2 材料与方法  17-24
  2.1 材料  17-18
    2.1.1 菌株  17-18
    2.1.2 木糖  18
    2.1.3 培养基  18
  2.2 分析方法  18-24
    2.2.1 乙醇检测方法  18-19
    2.2.2 还原糖定量检测法:3,5—二硝基水杨酸(DNS)比色法  19-20
    2.2.3 菌体浓度测定方法  20
    2.2.4 酒精发酵特性的研究  20-22
    2.2.5 酵母木糖转化的研究  22-23
    2.2.6 酵母菌株在玉米芯水解液上的初步应用  23-24
3 结果与分析  24-43
  3.1 标准曲线  24-25
    3.1.1 K_2Cr_2O_7法标准曲线:乙醇浓度—OD_(610nm)值  24-25
    3.1.2 DNS法标准曲线:木糖浓度—OD_(540nm)值  25
  3.2 酒精发酵特性的研究结果  25-35
    3.2.1 木糖发酵结果  25-27
    3.2.2 不同通氧情况对木糖发酵结果的影响  27-28
    3.2.3 高浓度菌体接种对木糖发酵结果的影响  28-29
    3.2.4 氮源对木糖发酵结果的影响  29-32
    3.2.5 木糖酒精发酵极限值的确定  32-33
    3.2.6 代谢过程产物的发酵  33-35
  3.3 酵母木糖转化的研究结果  35-42
    3.3.1 不同木糖浓度对酵母木糖转化的影响  35-36
    3.3.2 不同氮源对酵母木糖转化的影响  36-38
    3.3.3 不同发酵温度对酵母木糖转化的影响  38-39
    3.3.4 不同装量对酵母木糖转化的影响  39-40
    3.3.5 不同接种量对酵母木糖转化的影响  40-41
    3.3.6 分批补糖方式对酵母木糖转化的影响  41-42
  3.4 酵母菌株在玉米芯水解液上的初步应用  42-43
    3.4.1 玉米芯水解液的制备  42
    3.4.2 玉米芯水解液木糖酒精发酵试验结果  42-43
    3.4.3 玉米芯水解液酵母还原糖糖转化试验结果  43
4 小结与讨论  43-47
  4.1 酒精发酵特性的研究试验  43-44
  4.2 酵母木糖转化的研究试验  44-45
  4.3 酵母菌株在玉米芯水解液上的初步应用  45
  4.4 下一步的工作设想  45-47
参考文献  47-52
致谢  52

一株热带假丝酵母利用木糖生长及其产酒精特性的研究

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