丙酮丁醇梭菌对单糖和混合糖的利用

论文摘要

近年来,随着资源的枯竭和环境的恶化,越来越多的学者开始致力于将储量丰富的木质纤维资源转化为清洁的生物燃料,如生物乙醇和生物丁醇。包括巴西、美国、欧洲和中国在内的许多国家开始尝试用生物燃料代替传统燃料,以此减少对石油的依赖,减轻环境污染和缓解气候变化。本文首先以木质纤维素水解产物中的D-葡萄糖、D-甘露糖、L-阿拉伯糖、D-木糖分别作为碳源,通过丙酮丁醇梭菌ATCC824发酵生产ABE（丙酮、丁醇、乙醇）,考察了丙酮丁醇梭菌对不同糖的利用情况。结果表明：丙酮丁醇梭菌ATCC824对单一还原糖的单位时间利用率顺序为：D-葡萄糖、L-阿拉伯糖、D-甘露糖、D-木糖。木糖是木质纤维资源水解产物中含量仅次于葡萄糖的成分,由于存在碳代谢抑制作用（CCR）,丙酮丁醇梭菌无法同时利用水解产物中的可发酵糖,因此木糖的利用成为发酵过程中的限制因素。本文以木糖为单一碳源,通过添加碳酸钙或流加氢氧化钠的方式调控发酵pH,均达到了提高木糖利用率的目的。本文通过实验证实在发酵进行的过程中,添加1.0g/L丁酸,能够减少有机酸的过度积累,减缓菌体衰退,提高了溶剂的终浓度（12.84g/L）。为了进一步考察丙酮丁醇梭菌ATCC824在葡萄糖、木糖同时存在时的发酵情况,将不同比例的葡萄糖、木糖（1：2,1：5,1.5：1,2：1）混合作为碳源,丙酮丁醇梭菌ATCC824为菌种进行发酵,同时利用氢氧化钠维持发酵后期pH。结果显示：当木糖浓度高于葡萄糖浓度时,调节pH能够有效地促进丙酮丁醇梭菌对木糖的利用,提高溶剂的产率。当葡萄糖、木糖浓度比为1：5时,木糖利用率由对照组的16%上升到58.9%,实验组的总溶剂浓度比对照组提高了263.7%。当该比例为1：2时,木糖利用率由7.5%提高到81.0%,总溶剂浓度比对照组提高了48%。这些结果为更加有效地利用木质纤维素水解产物进行发酵提供了可能。

论文目录

• 致谢
• 前言
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 丁醇的性质和制备方法
• 1.2.1 丁醇的性质和用途
• 1.2.2 丁醇工业制法
• 1.3 生物丁醇发展过程
• 1.3.1 发酵法生产丙酮丁醇的历史
• 1.3.2 发酵法生产生物丁醇在中国的发展状况
• 1.4 丙酮丁醇发酵
• 1.4.1 丙酮丁醇梭菌
• 1.4.2 发酵法生产丁醇的代谢过程
• 1.5 发酵法生产生物丁醇的优势和遇到的问题
• 1.5.1 发酵法的优势
• 1.5.2 发酵法遇到的问题
• 1.6 发酵法制取丁醇的原料开发
• 1.6.1 生物丁醇成本的估算
• 1.6.2 利用不同原料发酵生产丁醇
• 1.6.3 木质纤维原料制备丁醇的研究
• 1.7 发酵法生产丁醇的菌种改良
• 1.8 发酵工艺的改进
• 1.8.1 补料分批发酵工艺
• 1.8.2 细胞固定化和细胞循环技术
• 1.9 产物回收方法的进步
• 1.9.1 气提法
• 1.9.2 吸附法
• 1.9.3 液液萃取
• 1.9.4 渗透蒸发
• 1.10 以木质纤维资源发酵生产丁醇的产业化优势
• 1.11 本论文的研究思路与主要内容
• 参考文献
• 第二章 丙酮丁醇梭菌发酵单糖的研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 菌种
• 2.2.2 培养基
• 2.2.3 培养方法
• 2.2.4 分析方法
• 2.2.5 计算方法
• 2.2.6 常用试剂及配置
• 2.2.7 标准曲线的制作
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 丙酮丁醇梭菌ATCC824对单糖的利用
• 2.3.2 添加碳酸钙对丙酮丁醇梭菌ATCC824利用木糖的影响
• 2.3.3 流加氢氧化钠对丙酮丁醇梭菌ATCC824利用木糖的影响
• 2.3.4 添加丁酸对丙酮丁醇梭菌ATCC824利用葡萄糖的影响
• 2.3.5 同时添加丁酸和碳酸钙对丙酮丁醇梭菌ATCC824利用葡萄糖的影响
• 2.3.6 同时添加丁酸和碳酸钙对丙酮丁醇梭菌ATCC824利用木糖的影响
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 丙酮丁醇梭菌对混合糖（葡萄糖、木糖）的利用情况
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 菌种
• 3.2.2 培养基
• 3.2.3 培养方法
• 3.2.4 分析方法
• 3.2.5 计算方法
• 3.2.6 常用试剂及配置
• 3.2.7 标准曲线的制作
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 葡萄糖浓度与木糖浓度之比为1.5：1时,调节pH对丙酮丁醇梭菌ATCC824发酵混合糖的影响
• 3.3.2 葡萄糖浓度与木糖浓度之比为2：1时,调节pH对丙酮丁醇梭菌ATCC824发酵混合糖的影响
• 3.3.3 葡萄糖浓度与木糖浓度之比为1：5时,调节pH对丙酮丁醇梭菌ATCC824发酵混合糖的影响
• 3.3.4 葡萄糖浓度与木糖浓度之比为1：2时,调节pH对丙酮丁醇梭菌ATCC824发酵混合糖的影响
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 结论
• 4.1 结论
• 4.2 建议