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《北京化工大学》 2008年
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管囊酵母发酵木糖产乙醇

赵磊  
【摘要】: 利用高能作物生产燃料乙醇现在备受关注,甜高粱具有高能植物之称,是生产燃料乙醇很好的原料。在甜高粱渣的水解产物中,木糖约占30%,嗜鞣管囊酵母是能利用木糖产乙醇的天然菌株之一,本文对管囊酵母进行了系统的研究。 首先,本文采用不同的诱变手段对管囊酵母进行了处理,其中,对管囊酵母最有效的诱变方法为紫外线+硫酸二乙酯复合诱变,得到两株菌糖醇转化率与出发菌株相比分别提高了23.9%和28.7%,为0.171 g·g~(-1)和0.178 g·g~(-1)。 其次,本文对管囊酵母的发酵特性进行了研究,包括在葡萄糖和木糖的混合培养基中发酵,底物耐受性以及产物耐受性,具体如下: (1)在以葡萄糖和木糖混合糖的管囊酵母发酵中,葡萄糖为优先碳源,并且葡萄糖的存在会抑制木糖的利用,在葡萄糖耗尽后管囊酵母会有一段适应期来利用木糖产乙醇。在单一碳源发酵中,葡萄糖的平均消耗速率(1.28 g·l~(-1)·h~(-1))高于木糖的平均消耗速率(0.34g·l~(-1)·h~(-1))。整个实验中,单一葡萄糖发酵中的乙醇浓度最高,为6.90g·l~(-1);单一木糖发酵中乙醇浓度最低,为2.70 g·l~(-1)。而生物量在单一木糖发酵中最大,为6.65 g·l~(-1),在单一葡萄糖发酵中最小,为5.22 g·l~(-1)。 (2)最有利于管囊酵母发酵产乙醇的木糖浓度为20 g·l~(-1),这时发酵过程中的最大比生长速率和糖醇转化率最大,分别为0.12 h~(-1),0.18 g·g~(-1)。在总糖浓度为40 g·l~(-1)的补料发酵中,补料后乙醇浓度有迅速的增长,在24 h内的增量(2.3 g·l~(-1))大于补料前的乙醇浓度(1.9 g·l~(-1));并且补料后木糖的消耗速率也会增长。 (3)考察了乙醇浓度对管囊酵母在发酵过程中的影响。实验表明当发酵过程中的木糖利用率大约为80%时,乙醇浓度开始下降。在发酵初始加入乙醇,管囊酵母的木糖发酵会受到抑制,当乙醇浓度为28 g·l~(-1)时,木糖平均消耗速率由空白的0.38 g·l~(-1)·h~(-1)下降到0.065g·l~(-1)·h~(-1),比生长速率由0.14 h~(-1)下降到0.07 h~(-1);当乙醇浓度为40 g·l~(-1)时,管囊酵母停止生长。在初始乙醇浓度为30 g·l~(-1)的木糖发酵中加入葡萄糖有利于管囊酵母的生长,当葡萄糖浓度为15 g·l~(-1)时生物量最高为1.51 g·l~(-1),而没有加入木糖的发酵中生物量为0.95 g·l~(-1)。 最后,将管囊酵母在甜高粱渣酸水解液中发酵,并与在发酵培养基中相比较,乙醇产量在两种发酵中分别为3.5 g·l~(-1)和7.4 g·l~(-1);转化率分别为0.173 g·g~(-1)和0.250 g·g~(-1)。在甜高粱渣酸水解液中添加营养物质,并设计正交实验得到管囊酵母发酵的最优培养基方案,酵母粉1 g·l~(-1),(NH_4)_2SO_4 1 g·l~(-1),MgSO_4 1 g·l~(-1),KH_2PO_4 2 g·l~(-1)。将优化水解液在相同条件下利用管囊酵母进行发酵,结果表明优化水解液发酵效果最好:乙醇产量为13.5 g·l~(-1),转化率为0.378 g·g~(-1)。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TQ223.122

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