学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

产酸丙酸杆菌发酵生产丙酸过程优化与控制研究

作　者: 朱云峰
导　师: 堵国成
学　校: 江南大学
专　业: 发酵工程
关键词: 丙酸 Propionibacterium acidipropionici 适应性进化发酵优化丙酸钙
分类号: TQ225.123
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 110次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

作为一种重要的C3平台化合物,丙酸及其衍生物的用途十分广泛,可应用于有机合成、食品、饲料、香料、涂料、染料、医药等方面。目前,丙酸的工业化生产方法为化学合成法,随着化石燃料的价格上涨以及人们对绿色、健康的生物来源的化学品的追求,发酵法生产丙酸受到越来越多研究者的关注。本论文以一株能在胞外大量积累丙酸的产酸丙酸杆菌(Propionibacterium acidipropionici)为生产菌株,以丙酸的高产量、高得率和高生产强度为目标,对丙酸的发酵过程进行了一系列的优化。主要研究结果如下：(1)采用逐级传代的方式,通过逐渐提高选择压力(丙酸浓度)的方法来提高P.acidipropionici的耐酸性能。经过近一年的适应性进化,获得可耐受20 g/L丙酸的进化菌株(出发菌株可耐受的丙酸浓度为2.5 g/L)。20g/L甘油分批发酵条件下,和出发菌株相比,发酵时间缩短了14.3%,菌体干重提高了23.1%,丙酸产量提高41.1%,生产强度提高65%。对进化菌株与出发菌株的胞内微环境研究显示,进化菌株能荷水平提高100%,氧化还原水平提高16.5%,H+-ATPase活性提高52.7%。(2)优化得到了摇瓶培养条件下,丙酸发酵的最佳营养及环境条件：酵母粉10 g/L,蛋白胨5 gg/L,甘油20g/L,CoCl2 10mg/L,接种量10%,温度30℃。(3)在7L发酵罐上对丙酸发酵的培养模式进行了研究,考察不同甘油浓度下丙酸分批发酵过程,发现仅通过分批培养难以实现细胞和丙酸高产量、高得率和高生产强度的统一。脉冲补料、恒速流加培养方式都可以实现丙酸菌细胞和丙酸的高产。综合比较来看,初始甘油浓度为30 g/L,72h-120 h恒速流加浓度为400 g/L的甘油溶液,流速控制为0.01 L/h时最适合丙酸的发酵,发酵220h,细胞干重为4.46 g/L,丙酸产量达44.62g/L。(4)将最优培养模式在10 m3罐上进行发酵中试,最高丙酸产量达到47.28g/L,较7L罐提高了6%,发酵周期为240h,较7L罐延长20h,说明该流加模式有较好的应用性,可在工业化生产的规模上实现丙酸发酵的高产量。(5)对目的产品丙酸钙的提取进行研究发现,将发酵液经过70℃保温10min能降低发酵液的粘度,提高过滤的效率；将不同粗细的硅藻土复合使用作助滤剂效果最佳,在直径为10cm的布氏漏斗上,先加1g细硅藻土做滤饼,另外1g粗硅藻土加入经过保温的发酵液中,混合均匀后真空泵抽滤,不仅过滤时间短,而且过滤效果好；将过滤后的发酵液喷雾干燥就能得到产品丙酸钙,具体喷雾干燥的条件为：进口温度180℃～200℃,出口温度>85℃。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 概述  8-10
    1.1.1 丙酸的理化性质  8
    1.1.2 丙酸的用途  8-9
    1.1.3 丙酸的市场情况  9-10
    1.1.4 丙酸的合成方法  10
    1.1.5 丙酸提取的研究  10
  1.2 微生物发酵法生产丙酸的国内外研究现状  10-14
    1.2.1 丙酸的生产菌株及发酵机理  10-12
    1.2.2 丙酸菌发酵的营养及环境特性  12
    1.2.3 丙酸发酵模式的研究  12-14
  1.3 微生物发酵法生产丙酸存在的主要问题  14-15
  1.4 本论文的主要研究内容  15-16
第二章材料与方法  16-22
  2.1 菌株  16
  2.2 试剂和仪器  16
  2.3 培养基  16-17
  2.4 培养方法  17
  2.5 测定方法  17-22
    2.5.1 丙酸杆菌菌体浓度的测定方法  17
    2.5.2 有机酸(丙酸、乙酸、琥珀酸)的测定方法  17-20
    2.5.3 甘油测定方法  20-21
    2.5.4 H~+-ATPase测定方法  21
    2.5.5 ATP/ADP/AMP测定方法  21
    2.5.6 NAD~+/NADH测定方法  21-22
第三章结果与讨论  22-46
  3.1 通过适应性进化技术提高丙酸杆菌的耐丙酸性能  22-27
    3.1.1 适应性进化条件的确定  22-24
    3.1.2 进化株与出发菌株相关发酵参数的比较  24-26
    3.1.3 进化株与出发菌株微环境比较  26-27
    3.1.4 小结一  27
  3.2 丙酸杆菌发酵生产丙酸营养及环境条件  27-34
    3.2.1 种子生长曲线与种龄的确定  28
    3.2.2 碳源对丙酸发酵的影响  28-29
    3.2.3 氮源对丙酸发酵的影响  29-31
    3.2.4 金属离子对丙酸发酵的影响  31-33
    3.2.5 接种量对丙酸发酵的影响  33
    3.2.6 温度对丙酸发酵的影响  33-34
    3.2.7 小结二  34
  3.3 丙酸杆菌发酵生产丙酸培养模式的研究  34-41
    3.3.1 分批发酵生产丙酸  34-37
    3.3.2 流加发酵生产丙酸  37-40
    3.3.3 丙酸发酵放大研究  40
    3.3.4 小结三  40-41
  3.4 发酵产品丙酸钙提取研究  41-46
    3.4.1 不同温度保温对过滤速率的影响  41-42
    3.4.2 过滤方式的研究  42-44
    3.4.3 提取方式的研究  44
    3.4.4 小结四  44-46
第四章结论与展望  46-48
  4.1 结论  46
  4.2 展望  46-48
致谢  48-50
参考文献  50-56
附录:作者在攻读硕士学位期间取得的学术成果  56

产酸丙酸杆菌发酵生产丙酸过程优化与控制研究

内容摘要

全文目录

相似论文