玉米芯水解液发酵产富马酸的研究
富马酸作为一种重要的四碳平台化合物，被广泛应用于材料、化工、食品、医药及饲料添加剂等领域，但随着石油的枯竭和化石资源价格的攀升，目前以苯为原料工业化生产富马酸的途径将逐步被淘汰。采用天然可再生资源为原料，利用微生物发酵制备富马酸，既可以实现资源替代，更为富马酸产业提供了发展空间。本文采用稀酸、纤维素酶分步水解法将玉米芯转化为还原糖，通过脱毒技术处理获得更为适于微生物生长代谢的还原糖液;同时驯化米根霉，并对其利用不同碳源发酵产富马酸能力进行考察分析，探究米根霉五、六碳糖共发酵机制，构建代谢网络。在此基础上优化发酵工艺参数，提高米根霉利用玉米芯水解液发酵产富马酸产量。主要研究结果如下: (1)正交试验获得稀酸预处理最优组合条件:硫酸浓度1.5％、处理时间60 min、处理温度120℃、固液比1∶9，水解液总还原糖浓度为46.28±0.45 g/L;纤维素酶水解最佳工艺条件:酶添加量1000 U/g、缓冲液pH4.8、酶解温度50℃、固液比1∶10、酶解时间48h，水解液总还原糖浓度为40.38±0.76 g/L;将稀酸和纤维素酶分步处理水解液混合后，还原糖的浓度为43.33±0.62 g/L，其中葡萄糖为30.84±0.38 g/L，木糖为7.46±0.72 g/L，二者比例接近于4∶1;玉米芯水解制备还原糖的转化率为0.35 g/g。 (2)玉米芯水解液脱毒处理试验结果表明，过量碱中和联合活性炭吸附是较好的脱毒方法，其中活性炭吸附的最优条件为:活性炭添加量6％、吸附时间60 min、温度40℃。此条件下，糠醛脱除率达到70.71±0.25％，还原糖损失率为14.62±0.38％。 (3)经过糠醛浓度梯度选育，获得糠醛耐受菌株WHT5，该菌株具有良好的遗传稳定性，对玉米芯水解液中的发酵抑制物有较好的耐受性，发酵结束时，其生物量达到23.07±0.53 g/L，约为原始菌株的3倍，目标产物富马酸产量达到23.71±0.38 g/L，较原始菌株提高94.66％。 (4)响应面试验获得米根霉利用葡萄糖、木糖发酵产酸的最优培养基，富马酸产量分别为37.18±0.56 g/L和13.28±0.24 g/L;单因素试验得到混合糖和玉米芯水解液发酵产酸的较适培养基，富马酸的产量分别为42.18±0.42 g/L和41.20±0.46 g/L。通过代谢产物和关键酶活性分析，确定了米根霉五、六碳糖共发酵产富马酸的基本代谢途径和网络，构建了代谢通量方程式，并计算出代谢通量。单因素试验获得了米根霉预培养较适pH2.5，以及适于后期发酵的菌体形态。发酵制备富马酸的较适工艺参数为:温度32℃、搅拌速率500 r/min、通气量0.40 L/min·L，此时发酵液中菌体生物量为8.60±0.24 g/L，葡萄糖消耗92.72±0.86 g/L、木糖消耗13.26±0.47 g/L，获得有机酸的浓度分别为:富马酸49.54±0.62 g/L、苹果酸17.73±0.38 g/L、琥珀酸1.97±0.15 g/L、乳酸1.40±0.18g/L以及柠檬酸0.50±0.06 g/L，富马酸产量显著提高。 (5)利用获得的较适发酵工艺参数，在7L罐中对玉米芯水解液进行发酵试验，其结果为:葡萄糖消耗89.66±0.64 g/L，木糖消耗11.20±0.47 g/L，富马酸产量44.82±0.35 g/L，生物量积累9.20±0.11 g/L。目标产物富马酸相对于还原糖的得率为44.44％，玉米芯转化为富马酸的得率为15.55％。
富马酸;玉米芯水解液;米根霉;发酵工艺
合肥工业大学
硕士
农产品加工及贮藏工程
潘丽军
2016
中文
TQ920.6
108
2016-10-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）