纤维床固定化酪丁酸梭菌利用非粮原料高产丁酸的工艺研究
丁酸是一种重要的化工原料，在化工食品、医药、农业等方面用途广泛。为增强与传统化工工艺生产丁酸的竞争力，降低发酵法生产丁酸的成本尤为重要。使用非粮原料及农林废弃物做底物是一种有效的选择。另外，改进工艺实现产能的放大也亟待解决。本文主要研究非粮原料菊芋和甘蔗渣用于发酵生产丁酸的工艺及多柱串并联发酵产丁酸用于丁酸生产中试放大的可行性。 在菊芋的稀酸水解单因素试验及响应面试验中，得出的常压下盐酸水解菊芋的最佳条件为:温度60℃，盐酸pH1.5、固液比1∶10，水解60 min。水解得到的总还原糖得率达96％。该条件相较于单因素试验下获得的最佳条件还原糖得率提高37％。 以菊芋水解液为碳源的纤维床生物反应器(FBB)反复批次发酵产丁酸的浓度达到27.2g/L，得率0.44g/g。在以菊芋水解液为原料的补料发酵中，丁酸终浓度达到60.4g/L，但得率下降至0.38g/g。相较于使用单糖及混合糖进行补料发酵丁酸的终浓度提高了近30％，但得率有所不及。 使用甘蔗渣水解液为碳源进行游离补料发酵动力学研究时，丁酸最高浓度为32.4g/L，得率为0.26g/g，远低于FBB固定化发酵时以葡萄糖、木糖及其混合糖为碳源时的发酵水平。使用甘蔗渣水解液为碳源进行FBB固定化反复批次发酵时丁酸平均浓度为22.9g/L，得率0.4-0.45g/g。在全部5个批次发酵过程中，没有明显的延滞期，也没有观察到水解过程中产生的醛及酚类物质对发酵过程的明显抑制作用。使用甘蔗渣水解液为碳源进行FBB固定化补料发酵过程中，经过三次补入高浓度葡萄糖，丁酸最高浓度达到62.8g/L，远高于补料发酵中的22.9g/L。然而丁酸的得率由于产物抑制作用明显下降。 在多柱串并联发酵试验中，双柱并联与串联相比，产率高出57.98％，丁酸乙酸比高出近一倍。证明并联模式较串联模式有利于丁酸发酵。随着并联的FBB数量的增加，丁酸得率会较少提高，但产率明显提高，四个柱子并联发酵时比单柱发酵时发酵周期缩短57％。
纤维床固定化;酪丁酸梭菌;非粮原料;高产丁酸;发酵工艺
浙江大学
硕士
生物化工
蔡谨;徐志南
2012
中文
TQ921.4
77
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）