生物质发酵生产2，3-丁二醇的研究

论文摘要

木质素类原料,是地球上含量最丰富的可再生生物质。木质素类原料经过预处理、酶解,可转化为可发酵性糖。利用生物质类原料进行生物转化,是未来能源发展的一个重要方向,既能缓解能源危机,又能利用资源,保护环境。2,3-丁二醇是一种重要的化工原料与新型燃料,但一直未能实现大规模生产。利用生物质通过生物转化来完成2,3-丁二醇的生产,一直是学者们所研究的课题。本文是在实验室“液化”技术的基础上,对秸秆液化后的产物（主要是纤维素和半纤维素）进行酶解,通过一系列实验确定最佳的酶解方案,结果发现稻草经“液化”处理后,液化产物中不仅纤维素的含量得到大幅度的提高,而且“液化”能有效地打破半纤维素与木质素构成的网状结构和纤维素本身的晶体结构,使其更容易被酶解,降低了用酶量和酶解时间,提高了酶解率和还原糖得率。同时选取克雷伯氏杆菌作为发酵菌种,对其培养条件进行优化,研究了不同条件对其发酵过程中的影响,确定2,3-丁二醇的最佳的发酵技术。最后利用酶解得到的酶解液作为C源进行2,3-丁二醇的发酵试验,并取得良好的效果.经试验,最佳的酶解条件为：最佳固液比为15：100,加酶量68.8IU/g, pH4.8,50℃,转速200r/min,酶解108h,最终葡萄糖浓度75.5mg/mL,木糖10.2ng/mL,总还原糖得率为56.7%；最佳的发酵条件为：葡萄糖浓度100mg/mL,温度37℃,接种量10%,装液量为80m1,转速160r/min, pH5.6,此时2,3-丁二醇的最高浓度为39.8mg/mL,理论转化率约80%；利用葡萄糖浓度100mg/mL的酶解液进行发酵,可得到2,3-丁二醇浓度27.4mg/mL。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 生物质能
• 1.2.1 生物质能的概念
• 1.2.2 生物质能的发展现状
• 1.2.3 发展生物质能的重要意义
• 1.3 纤维素类生物质的预处理技术
• 1.3.1 纤维素类生物质的组成
• 1.3.2 纤维素类生物质的预处理
• 1.3.2.1 物理法
• 1.3.2.2 化学法
• 1.3.2.3 生物法
• 1.3.3 纤维素类生物质的酶解技术
• 1.3.3.1 纤维素酶与半纤维素酶简介
• 1.3.3.2 影响酶解的因素
• 1.3.3.3 提高酶效、降低成本的途径
• 1.4 2,3-丁二醇的研究进展
• 1.4.1 2,3-丁二醇简介
• 1.4.2 产2,3-BD的菌株
• 1.4.3 代谢途径
• 1.4.4 菌种的优选
• 1.4.5 发酵底物
• 1.4.6 发酵影响因素
• 1.4.6.1 pH的影响
• 1.4.6.2 温度的影响
• 1.4.6.3 溶氧的影响
• 1.4.7 2,3-BD分离纯化方法
• 1.4.8 展望
• 1.5 本研究内容的目的意义及创新
• 1.5.1 研究的目的意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 1.5.3 创新之处
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料料、仪器及药品
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 主要实验仪器及药品
• 2.2 纤维素类各成分的测定方法
• 2.2.1 水分含量的测定
• 2.2.2 灰分的测定
• 2.2.3 纤维素含量的测定
• 2.2.4 木质素含量的测定
• 2.2.5 半纤维素含量的测定
• 2.3 糖类的测定
• 2.3.1 还原糖的测定
• 2.3.2 葡萄糖、木糖的测定
• 2.3.2.1 葡萄糖浓度测定
• 2.3.2.2 木糖浓度测定
• 2.4 酶活测定方法
• 2.4.1 纤维素酶活测定
• 2.4.1.1 柠檬酸缓冲液的配制
• 2.4.1.2 DNS的配制
• 2.4.1.3 羧甲基纤维素钠溶液（CMC）的配制
• 2.4.1.4 绘制葡萄糖标准曲线
• 2.4.1.5 测定酶活
• 2.4.2 半纤维素酶的测定
• 2.4.2.1 溶液配制
• 2.4.2.2 绘制木糖标准曲线
• 2.4.2.3 活力测定步骤
• 2.5 2,3-丁二醇的测定方法
• 2.6 液化方法
• 2.7 酶解方法
• 2.8 2,3-丁二醇的发酵方法
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 稻草液化前后成分分析
• 3.2 标准曲线
• 3.2.1 DNS测还原糖标准曲线
• 3.2.2 HPLC测定葡萄糖标准曲线
• 3.2.3 HPLC测定木糖标准曲线
• 3.2.4 测纤维素酶酶活-葡萄糖标准曲线
• 3.2.5 测木聚糖酶酶活-木糖标准曲线
• 3.2.6 GC测2,3-丁二醇标准曲线
• 3.3 酶解
• 3.3.1 最适酶的选取
• 3.3.1.1 酶活测定
• 3.3.1.2 纤维素酶与半纤维素酶酶解产物实验对比
• 3.3.2 稻草液化前后酶水解产物对比试验
• 3.3.3 酶解实验
• 3.3.3.1 用酶量对酶水解的影响
• 3.3.3.2 pH对酶水解的影响
• 3.3.3.3 温度对酶水解的影响
• 3.3.3.4 摇床转速对酶水解产物的影响
• 3.3.3.5 时间对酶水解产物的影响
• 3.3.3.6 正交试验
• 3.3.4 增大底物量的酶解实验
• 3.3.4.1 6g底物酶解实验
• 3.3.4.2 9g底物酶解实验
• 3.3.4.3 12g底物酶解实验
• 3.3.4.4 15g底物酶解实验
• 3.3.4.5 18g底物酶解实验
• 3.3.4.6 液化产物不同浓度下的酶水解实验
• 3.4 2,3-丁二醇发酵实验
• 3.4.1 初始pH的选择
• 3.4.2 发酵温度的选择
• 3.4.3 摇床转速与装液量的选择
• 3.4.4 接种量的选择
• 3.4.5 葡萄糖浓度的选择
• 3.4.6 发酵时间的选择
• 3.4.7 正交实验
• 3.5 利用酶解液进行2,3-丁二醇的发酵
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录