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菊芋发酵液中2，3-丁二醇的盐析萃取

菊芋发酵液中2，3-丁二醇的盐析萃取

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作者：张媛丽大连理工大学

学位级别：硕士

菊芋是一种可广泛种植的、不与粮食争地的非粮作物,其块茎和秸秆可作为一种廉价的原料用于发酵生产2,3-丁二醇。在发酵过程中,秸秆中的大部分纤维素、半纤维素转化为还原糖被菌体利用,而木质素无法利用留在发酵液中,使发酵液的粘度增大... 详细信息

菊芋是一种可广泛种植的、不与粮食争地的非粮作物,其块茎和秸秆可作为一种廉价的原料用于发酵生产2,3-丁二醇。在发酵过程中,秸秆中的大部分纤维素、半纤维素转化为还原糖被菌体利用,而木质素无法利用留在发酵液中,使发酵液的粘度增大,给下游的目标产物的分离带来极大的困难,本论文主要用于解决下游的分离问题。首先,采用盐析萃取技术对粘度较大的菊芋发酵液进行分离,通过对不同的盐析萃取体系进行筛选,发现磷酸氢二钾/乙醇体系效果较好。当乙醇为21%(w/w),磷酸氢二钾为17%(w/w)时,回收率达到99%,大约85%的蛋白,98%的固体不溶物被去除,2,3-丁二醇的分配系数为13.4,2,3-丁二醇对还原糖的选择性系数为34.0。体系经放大40倍后,回收率基本不变,浓缩倍数变大,粘度由原始发酵液的72.5 mPa-s下降到上相的4.4mPa-s,下相同时下降为8mPa-s,简化了后续的分离过程。其次,体系中的醇和盐能够回收再利用。上相中有88.9%的乙醇被回收,下相中有75%以上的盐被回收。对于盐和醇的重复利用,确定了下相的最佳pH值为9.5。经萃取后,发酵液中乙酸和乳酸的去除率增大,蛋白和残糖的去除率略有下降,其他参数保持不变。再次,对经盐析萃取的发酵液上相进行间歇精馏以获得纯品。研究结果表明,通过精馏,能将上相浓缩液中的2,3-丁二醇和乙偶姻分开,并得到纯度为99.7%的2,3-丁二醇。在此基础上,通过对年产百吨的2,3-丁二醇的分离成本进行核算,在工业上采用盐析萃取和精馏技术从粘稠的菊芋的同步糖化发酵液中分离出2,3-丁二醇,得到纯度为99%的2,3-丁二醇的分离成本仅为1.35万元/吨。最后,对疏水性有机溶剂和无机盐的盐析萃取体系进行研究,发现当发酵液：磷酸氢二钾：叔丁醇为61：20：40(w/w)时,2,3-丁二醇的回收率为92%,约有70%的色素被去除。对于发酵液中的天然产物黄酮的提取,采用二次萃取的方法,分步从发酵液中提取了2,3-丁二醇和黄酮,黄酮的最高回收率为95%,实现了两者的有效分离。总之,盐析萃取能够从高粘度的发酵液中分离目标产物,解决了采用木质纤维素为原料发酵生产生物基燃料和生物基化学品的下游的分离问题,使木质纤维素广泛大量的作为底物发酵生产成为可能,降低了分离成本,并且易于放大,容易形成规模化生产,是一种资源价值很高的分离技术。

关键词： 2,3-丁二醇菊芋盐析萃取技术精馏

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