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木薯渣水解液发酵产乙醇的工艺优化及代谢流量分析研究

木薯渣水解液发酵产乙醇的工艺优化及代谢流量分析研究

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作者：邓永东合肥工业大学

学位级别：硕士

由于化石能源的日益枯竭,生物质乙醇的开发已是目前世界上的研究热点,乙醇发酵已备受全世界关注,全力推进生物质乙醇研究对经济和社会的可持续发展具有重要意义,本研究采用酵母菌(Candida tropicalis CICC1779)利用木薯渣水解液制备乙醇... 详细信息

由于化石能源的日益枯竭,生物质乙醇的开发已是目前世界上的研究热点,乙醇发酵已备受全世界关注,全力推进生物质乙醇研究对经济和社会的可持续发展具有重要意义,本研究采用酵母菌(Candida tropicalis CICC1779)利用木薯渣水解液制备乙醇,能有效提高废弃木薯渣的再利用价值,通过对该菌进行诱变选育和代谢流量分析以实现高产乙醇的目的。主要研究内容是针对木薯渣水解条件的单因素试验,并在此基础上利用响应面进行优化,再对酵母菌进行紫外诱变和驯化选育,然后进行水解液发酵实验,最后进行罐发酵实验,构建代谢网络并列出相关代谢方程;测定其底物、产物、菌体浓度的变化,分析其代谢通量和动力学模型。形成的主要研究结果如下:(1)在木薯渣酶解单因素实验基础上,然后通过响应面对酶解工艺进行优化,得到较优的酶解工艺为:水解温度36℃,初始p H=4,水解时间42 min,底物浓度80 g/L。测得10g木薯渣水解最终得到还原糖含量为6±0.6 g,其中葡萄糖含量为4±0.6g,木糖2±0.7 g,还原糖水解得率达到理论值的75%。(2)对原始酵母菌(Candida tropicalis CICC1779)进行紫外诱变和驯化选育,再通过杜氏小管法初筛,然后再经过TTC显色法复筛,最终得到一株突变菌株T70-2。(3)在木薯渣水解液发酵制备乙醇单因素试验的基础上,通过响应面优化发酵工艺,得到最佳的发酵条件:发酵温度34℃,初始p H=4,发酵转速150 r/min,接种量10%。乙醇产量检测为22.15±0.28 g/L,木糖的利用率达到81.6%,相对于原始菌株提升了42.6%。(4)对木薯渣水解液发酵制备乙醇进行罐发酵工艺研究,考察不同的氧传递系数(KLα)对发酵效果的影响,发酵结果表明在KLα为85时发酵效果最好(72 h),乙醇浓度达到23.14 g/L,菌体浓度为5.74 g/L。在通气与搅拌偶联控制溶氧下得到的菌体浓度为6.45 g/L,乙醇浓度为25.43 g/L。残糖量为2.62 g/L(基本为木糖),此时糖醇转化率为0.42 g/g。木糖利用率达到87%,比原始菌株提升48%。经过紫外诱变选育,菌株可以较好的利用木薯渣水解液发酵产乙醇,这为拓展薯类纤维渣综合利用奠定基础。

关键词：木薯渣热假丝酵母乙醇诱变选育代谢流量

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