黄姜水解液发酵生产D-葡萄糖酸钠及发酵抑制物控制研究

作     者：张勇亮 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：余龙江

授予年度：2015年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 081703[工学-生物化工] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0836[工学-生物工程] 083201[工学-食品科学] 082203[工学-发酵工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 

主      题：黄姜水解液 D-葡萄糖酸钠 抑制因子 预处理 漆酶 

摘      要：D-葡萄糖酸钠是一种多羟基有机酸盐,生物发酵法因反应条件温和,设备要求低,无污染等优点已成为生产D-葡萄糖酸钠的主要方法。然而,直接以葡萄糖为碳源,使葡萄糖酸及其衍生物的价格居高不下。本文以非粮原料黄姜水解液为碳源,选用黑曲霉(Aspergillus niger 1)发酵生产D-葡糖糖酸钠,从发酵产量入手,分析黄姜水解液中的抑制因素,采用预处理以及酶降解的方法去除其中的抑制因子,以达到降低成本和提高发酵产量的目的。取得如下研究结果:(1)首次利用黄姜水解液发酵生产D-葡萄糖酸钠,初始转化率为26.0%,表明直接利用黄姜水解液对发酵存在一定的抑制作用。通过检测发现,该水解液中含有丰富的氨基酸、维生素等营养成分,进一步分析黄姜水解液成分并去除抑制因素后,该糖液可作为D-葡萄糖酸钠发酵的优质碳源。(2)单因素实验表明,当黄姜水解液中糠醛和部分酚类化合物浓度高于0.1 g/L时,对微生物细胞生长、产物合成抑制作用明显。对比D-葡萄糖酸钠转化率及生物量,得出水解液中酚类物质的抑制作用强于糠醛、5-羟甲基糠醛,尤其对产物合成有强烈抑制作用。通过HPLC定量分析,确定黄姜水解液中糠醛、5-羟甲基糠醛、香草醛、丁香醛及4-羟基苯甲醛的含量分别为0.11 g/L、0.09 g/L、0.54 g/L、0.63 g/L及0.47 g/L,证明水解液中抑制性物质已超出安全浓度(0.1 g/L),会对D-葡萄酸钠的发酵产生抑制作用。(3)黄姜水解液经过活性炭、碱、亚硫酸盐以及离子交换树脂预处理,葡萄糖酸钠转化率分别提高了26%、7%、9%及15%,其中,活性炭处理后发酵转化率提高了将近1倍,表明了活性炭预处理效果最佳。活性炭预处理后,水解液中糠醛、5-羟甲基糠醛、香草醛、丁香醛及4-羟基苯甲醛的浓度分别降低至0.02 g/L、0.02 g/L、0.23 g/L、0.32 g/L及0.21 g/L,表明去除或降低水解液中抑制物可在一定程度上解除其对发酵的抑制。(4)通过研究漆酶对黄姜水解液中抑制物的降解作用,得出漆酶可以降解其中80%的酚类物质,使香草醛、丁香醛及4-羟基苯甲醛浓度分别降至0.14 g/L、0.19 g/L及0.1 g/L,接近安全阈值浓度(0.1 g/L),利用此糖液发酵生产D-葡萄糖酸钠,转化率提高了50.5%。黄姜水解液经过活性炭预处理后,再使用漆酶处理,结果表明,其中80%以上的呋喃类物质和酚类物质被去除,葡萄糖酸钠转化率达到76.5%,与不进行任何处理的黄姜水解液直接发酵相比,葡萄糖酸钠转化率提高了2倍。