利用玉米芯半纤维素水解液发酵生产木糖醇的研究

论文摘要

玉米芯是廉价的可再生资源,利用玉米芯半纤维素水解液发酵生产木糖醇,与传统的加氢催化工艺相比,具有原料成本低、反应条件温和、能耗小、产品质量好等优势。本文对半纤维素水解液的制备工艺以及水解液的脱毒处理、菌种的驯化改良、木糖醇发酵过程的调控与优化以及产品的提取结晶等关键技术进行了深入研究,主要结果如下: （1）对玉米芯半纤维素水解过程中的主要影响因素进行了研究,确立了水解工艺条件为:1.00%硫酸,液固比8:1,108℃,水解3h。 （2）对玉米芯半纤维素水解液的成分进行了检测分析,发现乙酸、糠醛是主要的发酵抑制物。当乙酸浓度高于1.20g/L、糠醛浓度高于0.50g/L时,木糖醇发酵被明显抑制。比较了石灰中和、活性炭吸附、汽提挥发和离子交换树脂吸附等方法对玉米芯半纤维素水解液脱毒效果的影响。结果表明,采用活性炭吸附或离子交换树脂脱毒,虽然能够除去水解液中大部分乙酸和糠醛,但成本相对较高;石灰中和对水解液中乙酸的去除率为5.20%,糠醛的去除率为6.66%,同时结合浓缩汽提挥发脱毒,乙酸的去除率可达55.20%,糠醛的去除率为73.30%。该方法经济简便,具有良好的实际应用价值。 （3）采用逐步提高培养基中发酵抑制物浓度的方法,对木糖醇发酵菌种（Candida sp.）进行驯化改良。驯化后的菌株耐毒性能增强,对乙酸浓度的耐受力从1.20g/L提高到5.41g/L;利用驯化后的菌株可以直接发酵只经简单脱毒处理的半纤维素水解液生产木糖醇,并且木糖醇产率比出发菌株提高了4.18倍。 （4）对木糖醇发酵的主要工艺参数进行了优化,确立了适宜的发酵条件为:初始木糖浓度100g/L,玉米浆2.00%,初始pH6.00,温度32℃,初始细胞浓度0.60g/L。对半纤维素水解液发酵生产木糖醇的时间进程进行了研究,结果表明:发酵前期为菌体的营养生长阶段,需要较高的溶氧和营养用作细胞增殖;菌体生长进入平衡阶段后,木糖醇开始大量累积。适当延长平衡阶段,有利于提高木糖醇产率。 （5）研究了通气条件对木糖醇发酵的影响,发现前期采用较大的通气速率,有利于发酵抑制物的挥发和细胞的营养生长;发酵后期采用相对低的通气速率,可以提高假丝酵母细胞酶系中NADH/NAD+比值,抑制依赖NAD+的木糖醇脱氢酶活力,有利于木糖醇的积累。在3.7L发酵罐中采用分阶段改变通气速率（0～24h,3.75L/min,24～96h,0.75L/min）发酵生产木糖醇,木糖醇产率和体积生

论文目录

• 捅要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 木糖醇的性质和用途
• 1.1.1 木糖醇的物化性质
• 1.1.2 木糖醇的药用性质
• 1.1.2 木糖醇的用途
• 1.2 木糖醇的制备
• 1.2.1 木糖醇生物合成的代谢途径
• 1.2.2 半纤维素水解液的制备
• 1.2.3 木糖醇发酵研究进展
• 1.3 木糖醇的分离和提纯
• 1.3.1 木糖醇结晶特点
• 1.3.2 木糖醇结晶研究进展
• 1.4 本文研究思路
• 参考文献
• 第二章 半纤维素水解液的制备及其脱毒处理
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 原材料
• 2.1.2 玉米芯半纤维素水解
• 2.1.3 半纤维素水解液脱毒
• 2.1.4 分析方法
• 2.1.5 实验数据分析方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 植物纤维原料的化学组成
• 2.2.2 玉米芯半纤维素酸水解工艺参数优化
• 2.2.3 半纤维素水解液的化学组成
• 2.2.4 玉米芯半纤维素水解液脱毒
• 2.3 小结
• 参考文献
• 第三章 半纤维素水解液发酵木糖醇关键因子的研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 原材料
• 3.1.2 菌种
• 3.1.3 培养基
• 3.1.4 菌种驯化
• 3.1.5 玉米芯半纤维素水解液发酵
• 3.1.6 分析方法
• 3.1.7 实验数据分析方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 菌种驯化
• 3.2.2 菌种培养时间对发酵的影响
• 3.2.3 温度对发酵的影响
• 3.2.4 底物浓度对发酵的影响
• 3.2.5 氮源种类对发酵的影响
• 3.2.6 碳氮比对发酵的影响
• 3.2.7 半纤维素水解液初始pH值对发酵的影响
• 3.2.8 初始菌体浓度对发酵的影响
• 3.2.9 发酵罐中恒定通气对发酵的影响
• 3.2.10 发酵罐中两阶段通气对发酵的影响
• 3.3 小结
• 参考文献
• 第四章 采用细胞回收复用工艺发酵生产木糖醇
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 原材料
• 4.1.2 菌种
• 4.1.3 培养基
• 4.1.4 回收复用假丝酵母细胞发酵
• 4.1.5 分析方法
• 4.1.6 实验数据分析方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 回收复用假丝酵母细胞发酵特性
• 4.2.2 回收复用假丝酵母细胞与未回收假丝酵母细胞发酵进程比较
• 4.2.3 重复分批补料发酵试验
• 4.3 小结
• 参考文献
• 第五章 木糖醇发酵液脱色净化
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 原材料
• 5.1.2 木糖醇发酵液脱色
• 5.1.3 木糖醇发酵液脱盐
• 5.1.4 分析方法
• 5.1.5 实验数据分析方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 木糖醇发酵液中色素吸收曲线
• 5.2.2 大孔吸附树脂对木糖醇发酵液脱色的影响
• 5.2.3 活性炭种类及其用量对脱色的影响
• 5.2.4 温度对脱色的影响
• 5.2.5 脱色时间对脱色的影响
• 5.2.6 发酵液初始pH值对脱色的影响
• 5.2.7 木糖醇发酵液脱盐
• 5.3 小结
• 参考文献
• 第六章 木糖醇结晶动力学研究
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 原材料
• 6.1.2 过饱和木糖醇发酵液的制备
• 6.1.3 木糖醇发酵液结晶
• 6.1.4 分析方法
• 6.1.5 实验数据分析方法
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 木糖醇发酵液真空浓缩
• 6.2.2 晶种对木糖醇结晶的影响
• 6.2.3 残糖对木糖醇结晶的影响
• 6.2.4 木糖醇发酵液与纯木糖醇溶液结晶进程对比
• 6.2.5 木糖醇结晶动力学模型
• 6.3 小结
• 参考文献
• 第七章 木糖醇晶体的物化性质和结构鉴定
• 7.1 材料与方法
• 7.1.1 原材料
• 7.1.2 分析方法
• 7.1.3 实验数据分析方法
• 7.2 结果与讨论
• 7.2.1 木糖醇晶体外观和纯度分析
• 7.2.2 木糖醇熔点
• 7.2.3 木糖醇溶解度
• 7.2.4 木糖醇热稳定性
• 7.2.5 木糖醇红外分析
• 7.2.6 木糖醇质谱分析
• 7.2.7 木糖醇氢核磁分析
• 7.3 小结
• 参考文献
• 第八章 结论与建议
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 致谢
• 博士期间发表文章情况