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《南京林业大学》 2017年
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酿酒酵母发酵高浓度乳清粉产乙醇的研究

孙叶  
【摘要】:奶酪乳清是牛奶奶酪加工过程中的一种副产物,其富含乳糖(4.5-5%,w/v)、可溶性蛋白质和脂质。世界年产乳清约9×107 t,由于乳清的生化需氧量和化学需氧量都很高,乳清被认为是一种严重的环境污染物。近年来开发的乳清乳糖为发酵原料获取增值产品吸引了广泛的关注。乳清粉是乳清浓缩干燥的产物。其营养物质浓度高、可以长期稳定放置、乙醇得率高,是一种更好的乙醇生产原料。本论文探讨了以乳清粉为原料、以酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)为菌种,发酵制备乙醇的工艺条件。主要包括以下几部分研究工作:(1)鉴于酿酒酵母无法直接利用乳糖,需要借助于β-半乳糖苷酶将其分解为葡萄糖和半乳糖后方可发酵,本论文首先克隆了来源于Bacillus coagulan NL01的β-半乳糖苷酶基因(Gal),并在E.coli BL21(DE3)实现了诱导表达。该酶以水解活性为主,最适温度和pH为60 ℃和6.0。在pH6.5-8.0时β-半乳糖苷酶的pH稳定性最好。以oNPG为底物时重组β-半乳糖苷酶比酶活为666.35 U/mg。Mn~(2+)对酶活性具有显著促进作用;Ca~(2+)、Zn~(2+)、Cu~(2+)对其有较强的抑制作用;Na~(2+)、K+、Mg~(2+)、Co~(2+)、Ni~(2+)则无显著影响。(2)利用酿酒酵母NL22对乳清粉进行分步糖化发酵(separate hydrolysis and fermentation,SHF)和同步糖化发酵(simultaneously saccharification and fermentation,SSF),对其生产燃料乙醇的条件进行了比较,分别考察了pH、温度和底物浓度对SHF和SSF过程的影响。结果表明,SHF工艺和SSF工艺都可以实现酿酒酵母NL22对高浓度乳清粉的发酵。对于分步糖化发酵,以含200g/L乳糖的乳清粉为底物,其酶解阶段的最适pH为6、最适温度为60℃、最适β-半乳糖苷酶用量为10U/g乳糖;发酵84 h后,所得乙醇浓度为60.36 g/L,产率为0.72 g/L/h。对于同步糖化发酵,以含200g/L乳糖的乳清粉为底物,其最适pH为6,最适温度为30℃;发酵36 h后,最终乙醇浓度为58.58 g/L,产率为1.63 g/L/h。对于补料同步糖化发酵,含400 g/L乳糖的乳清粉可生产118.52 g/L的乙醇,产率为1.74 g/L/h。与分步糖化发酵相比,同步糖化发酵生产乙醇可明显缩短生产周期,提高生产效率。(3)以酿酒酵母细胞壁蛋白α-凝集素为锚定蛋白,将Bacillus coagulan NL01β-半乳糖苷酶基因成功展示在S.cerevisiaeEBY100的细胞表面。对重组酿酒酵母EBY100/pYD1-Gal的诱导表达发现,经过25℃诱导48h,表面展示的β-半乳糖苷酶最高酶活为1.27 U/mL,比酶活为3.30 U/mg细胞干重,最适pH为6,最适温度60℃。
【学位授予单位】:南京林业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ223.122;TQ920.6

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