以菊芋莖葉及塊莖為原料發(fā)酵生產(chǎn)2，3-丁二醇.pdf

1、2,3-丁二醇(2,3-Butanediol)是一種重要的化工原料和液體燃料，被廣泛應(yīng)用于化工、食品、醫(yī)藥、化妝品等多個領(lǐng)域，其生產(chǎn)方法主要為生物轉(zhuǎn)化法。生物轉(zhuǎn)化2,3-丁二醇最為理想的底物是木質(zhì)纖維素降解物，但由于木質(zhì)纖維素的難降解性，水解液中糖濃度低且含某些有害成分抑制菌體生長，使得2，3-丁二醇的產(chǎn)量低，從而限制了木質(zhì)纖維素原料在工業(yè)上的應(yīng)用。干枯的菊芋莖葉是一種木質(zhì)纖維素原料，在應(yīng)用過程中也存在上述問題。本論文著眼于菊芋莖葉水解

2、糖濃度低的現(xiàn)狀，提出在莖葉水解后的糖液中補(bǔ)加菊芋塊莖，進(jìn)一步將塊莖水解，得到較高濃度的還原糖，進(jìn)而提高其發(fā)酵產(chǎn)2,3-丁二醇的能力。
　　 首先，考察了菊芋莖葉及塊莖水解的最適條件。菊芋莖葉預(yù)處理的最適條件為：1％硫酸浸泡莖葉14h后，130℃保溫1.5h。菊芋莖葉酶水解的最適條件為：纖維素酶用量40U/g，木聚糖酶用量28U/g，溫度50℃，pH5.0，轉(zhuǎn)速100rpm.，水解時間24h。菊芋塊莖酸水解的最適條件為：硫酸用量7

3、％(w/w)、料液比1：3、水解溫度80℃、水解時間30min。
　　 其次，通過搖瓶實驗，分別考察了菊芋莖葉及塊莖水解液發(fā)酵的可行性，不同碳源、微量元素以及培養(yǎng)基中其它成分對KlebsiellapneumoniaeCICC10011發(fā)酵2，3-丁二醇的影響。結(jié)果表明，以菊芋莖葉及塊莖水解液為底物發(fā)酵生產(chǎn)2,3-丁二醇是可行的，其產(chǎn)物濃度和生產(chǎn)強(qiáng)度顯著高于同濃度的葡萄糖、果糖、木糖或葡萄糖-果糖-木糖混合糖；培養(yǎng)基中無需外加營養(yǎng)

4、成分，直接以經(jīng)氨水調(diào)pH值的菊芋莖葉及塊莖水解糖液為培養(yǎng)基完全能夠滿足發(fā)酵的需要。
　　 再次，建立了分步糖化發(fā)酵工藝，采用間歇發(fā)酵方式，發(fā)酵52h，目標(biāo)產(chǎn)物濃度為652.6mmol/L(58.4g/L)，生產(chǎn)強(qiáng)度為12.55mmol/(L.h)，轉(zhuǎn)化率為0.73mol/mol；與菊芋塊莖的發(fā)酵結(jié)果相比，目標(biāo)產(chǎn)物濃度提高37.3％，轉(zhuǎn)化率提高10.6％。采用批式流加發(fā)酵方式，發(fā)酵72h，目標(biāo)產(chǎn)物濃度為816.7mmol/L(73

5、.2g/L)，生產(chǎn)強(qiáng)度為11.3mmol/(L·h)。
　　 在此基礎(chǔ)上，建立了同步糖化發(fā)酵工藝，考察了通氣量對2,3-丁二醇發(fā)酵影響。采用在發(fā)酵過程中變化通氣量的方式，發(fā)酵68h，目標(biāo)產(chǎn)物濃度為901.2mmol/L(80.5g/L)，比恒定通氣條件的最好結(jié)果提高16.9％，生產(chǎn)強(qiáng)度為13.2mmol/(L·h)，目標(biāo)產(chǎn)物的得率為1.81g/(3g莖葉+4g塊莖)，為理論得率的65.3％，與實際估算得率相接近。同步糖化發(fā)酵不但