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树干毕赤酵母在水解液中的驯化和木糖发酵

作　者: 赵晨
导　师: 余世袁
学　校: 南京林业大学
专　业: 生物化工
关键词: 树干毕赤酵母驯化木糖乙醇抑制物
分类号: TQ223.122
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 33次
引　用: 1次
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内容摘要

农林废弃物木质纤维素含有丰富的碳水化合物、可再生且不会威胁粮食资源,被认为是生产燃料乙醇最有前途的原料之一,然而水解液中木糖的利用是其将要克服的障碍之一本文尝试用逐步添加含抑制物的玉米秸秆蒸汽爆破水解液的方法驯化木糖发酵菌种,从而筛选出一株能够耐受水解液中一定浓度抑制物的优良菌株,并提出一个在水解液中高效发酵葡萄糖和木糖的新工艺路线。主要研究结果如下：分别对木糖发酵菌株P1、P2和C1在逐步提高水解液比例的培养基中进行驯化。当水解液添加比例为80%,即其中甲酸含量为1.9 g 1-1,乙酸含量为2.0 g 1-1时,在高营养条件下,驯化后的菌株P1-08、P2-08的乙醇得率分别为82.1%和77.7%,糖利用率分别为94.1%和94.0%；降低有机氮源含量,并添加无机氮源继续驯化,得到P1-28的乙醇得率为80.1%,糖利用率为92.0%。因此,通过在玉米秸秆蒸汽爆破水解液中的驯化,Pichia stipitis能够在大量抑制物存在的情况下进行木糖发酵。利用P1-08和P2-08分别对初始木糖浓度为30、45和60 g 1-1的水解液进行发酵,结果显示,当初始木糖浓度分别为45 g 1-1和60 g 1-1时,P1-08和P2-08的平均乙醇生成速率较高,且平均OD增长速率较低。通过碳平衡计算和碳元素流向分析,利用P1-28对51.6 g 1-1木糖水解液进行36 h发酵,碳回收率为89.7%,并且有48.5%的碳元素流向乙醇。收集经过S. cerevisiae发酵过的水解液,其中含乙醇约63.2 g 1-1,进行减压蒸馏,蒸馏至釜液体积浓缩2倍时,乙醇含量为0.47 g 1-1乙醇去除率为99.3%,乙酸含量为2.91g 1-1。蒸馏釜液中55.4 g 1-1和84.4 g 1-1木糖用P1-28发酵生成乙醇分别为20.4 g 1-1和30.2g 1-1,且当糖利用率达到90%以上时,其乙醇得率分别为80.2%和79.8%。由此表明,利用以上的新工艺路线,S. cerevisiae发酵液中的木糖可以被驯化的P. stipitis有效利用,从而较为经济地解决了木质纤维素制备燃料乙醇过程中木糖的利用问题。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-8
1 前言  8-10
  1.1 研究背景  8
  1.2 立题依据  8-10
2 文献综述  10-22
  2.1 制备木质纤维素燃料乙醇的工艺流程与菌种研究进展简介  10-13
    2.1.1 工艺流程简介  10-12
    2.1.2 发酵菌种  12-13
  2.2 木质纤维素  13-16
    2.2.1 木质纤维素的组成与结构  13-14
    2.2.2 原料预处理及发酵抑制物的形成  14-16
  2.3 木糖发酵  16-20
    2.3.1 木糖代谢机理  16-18
    2.3.2 发酵抑制物的抑制机理  18-20
  2.4 影响木糖发酵的因素  20-22
    2.4.1 葡萄糖浓度  20-21
    2.4.2 营养元素  21
    2.4.3 接种量与接种时间  21
    2.4.4 溶解氧  21
    2.4.5 温度和pH  21-22
3 木糖发酵菌种在水解液中的驯化  22-34
  3.1 材料与方法  22-24
    3.1.1 玉米秸秆蒸汽爆破预处理  22
    3.1.2 蒸汽爆破玉米秸秆水解液的制备  22
    3.1.3 发酵菌种  22
    3.1.4 培养基  22-23
    3.1.5 活化、增殖及发酵培养条件  23
    3.1.6 菌种驯化方法  23
    3.1.7 分析方法  23-24
  3.2 结果与讨论  24-32
    3.2.1 高营养条件下,P1、P2和C1在水解液比例为10-80%培养基中的驯化  25-29
    3.2.2 添加无机氮源条件下,P1和P2的驯化  29-32
  3.3 本章小结  32-34
4 驯化酵母在水解液中的木糖发酵  34-51
  4.1 材料与方法  34-35
    4.1.1 发酵菌种  34
    4.1.2 培养基及培养条件  34
    4.1.3 分析方法  34-35
  4.2 结果与讨论  35-50
    4.2.1 酵母OD值与酵母干重的关系  35-37
    4.2.2 高营养条件下木糖的代谢历程  37-44
    4.2.3 添加无机氮源条件下木糖的代谢历程  44-46
    4.2.4 葡萄糖、木糖共发酵  46-48
    4.2.5 不同氮源浓度的发酵  48-50
  4.3 本章小结  50-51
5 葡萄糖发酵后蒸馏釜液中木糖的利用  51-66
  5.1 材料与方法  52-53
    5.1.1 发酵菌种  52
    5.1.2 培养基  52-53
    5.1.3 活化、增殖及发酵培养条件  53
    5.1.4 发酵液蒸馏方法  53
    5.1.5 分析方法  53
  5.2 结果与讨论  53-65
    5.2.1 水解液中葡萄糖的发酵  53-54
    5.2.2 蒸馏釜液的制备  54
    5.2.3 含30 g l~（-1）木糖的蒸馏釜液发酵  54-56
    5.2.4 提高初始木糖浓度的蒸馏釜液发酵  56-59
    5.2.5 提高抑制物浓度的蒸馏釜液发酵  59-65
  5.3 本章小结  65-66
6 结论  66-68
参考文献  68-74
详细摘要  74-76
Abstract  76-77

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