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合成气营养型乙酸菌的固定化研究

合成气营养型乙酸菌的固定化研究

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作者：张利娟华东理工大学

学位级别：硕士

二氧化碳排放造成的全球变暖和化石能源的短缺导致人类对开发可再生能源新技术的需求日益增加。厌氧乙酸菌能通过Wood-Ljungdahl途径将主要成分为CO、CO2与H2的合成气转换为有机酸或醇,因此在能源生产和可持续发展方面具有很好的应用潜... 详细信息

二氧化碳排放造成的全球变暖和化石能源的短缺导致人类对开发可再生能源新技术的需求日益增加。厌氧乙酸菌能通过Wood-Ljungdahl途径将主要成分为CO、CO2与H2的合成气转换为有机酸或醇,因此在能源生产和可持续发展方面具有很好的应用潜力。厌氧乙酸菌***合成气发酵的终产物可作为Yarrowia lipolytica底物来合成油脂,极大提高了合成气发酵的应用价值。然而,第一阶段的合成气发酵是其中的限速步骤,乙酸产率偏低;此外发酵液进入第二个产油反应器时需要膜过滤,将菌体截留,增加了额外的步骤与成本。因此,本课题希望通过细胞固定化方法增加厌氧菌的重复利用性,维持细胞高密度,简化细胞与产物分离过程,降低成本。本课题比较了吸附法和包埋法两种细胞固定化方法,选择海藻酸钙包埋法进一步优化。此外,本课题尝试通过戊二醛交联、添加分子筛粉末和优化培养基中磷酸盐浓度来增强凝胶颗粒的机械强度。最终确定的包埋条件为:海藻酸钠浓度3%,分子筛粉末的添加量3%,CaC12浓度4%,细胞包埋量0.6 g/L,包埋温度为60℃,培养基中磷酸盐浓度为 0.2 g/L。固定化细胞在分批培养时,在0.1和0.2 vvm气体流量下,气升式反应器中乙酸时空产率分别是1.1 g L-1 d-1和1.2 g L-1 d-1;柱状鼓泡式反应器的分别是1.5 gL-1 d-1和2.1 gL-1d-1。固定化细胞半连续发酵时,在0.2 vvm气体流速下,气升式和柱状鼓泡式反应器的乙酸时空产率分别是1.6 g L-1 d-1和3.2 g L-1 d-1。固定化细胞在分批培养的过程中,实现了对固定化细胞的重复利用,且置换培养基过程中接触环境中微量的O2并未影响细胞活性。在固定化细胞半连续发酵过程中,培养至30 d时,乙酸的生产速率并未降低。此外,固定化细胞不需要用膜反应器来截留菌体,发酵液可直接从发酵罐流出用于下一步的反应。因此,该固定化方法实现了厌氧菌的再利用,提高了厌氧菌对环境变化的耐受性,简化了后续的细胞分离步骤。

关键词： morella thermoacetica 合成气乙酸细胞固定化吸附法包埋法气升式反应器鼓泡式反应器

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