丙酮—丁醇厌氧梭菌发酵生产丁醇

论文摘要

丁醇是一种重要的有机溶剂和化工原料,也可作为生物质能源,丁醇比乙醇的极性小,对发动机的腐蚀小,发热量高,更加得到人们的推崇。微生物发酵法生产丁醇大多采用丙酮-丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）,它可在厌氧条件下利用含淀粉或糖分的农副产品等可再生资源为原料,发酵生成丙酮、丁醇和少量酒精等溶剂。发酵法生产丁醇的原料价廉,来源广泛；工艺设备与乙醇生产相似,设备投资较小,对环境友好；因此是很有发展前景的丁醇生产方法。本文采用丙酮—丁醇厌氧梭菌（Clostridium acetobutylicum） CICC8008作为发酵菌种,研究了其厌氧生长特点、保藏方法及发酵特点,研究了丙酮—丁醇厌氧梭菌CICC8008在废水中的发酵特点。主要工作如下：1、通过加热驱氧,高纯氮气保护冷却,以刃天青为指示剂,可以实现满足丙酮—丁醇厌氧梭菌CICC8008严格厌氧的生长环境。2、采用厌氧管加热驱氧,高纯氮气保护冷却,以刃天青为指示剂,可以在常温下将丙酮—丁醇厌氧梭菌CICC8008保藏在7%的玉米粉培养基,其保藏时间可达3个月。3、培养基优化。丙酮—丁醇厌氧梭菌CICC8008发酵生产丁醇的产量从最初的3.03g/L提高到了9.62g/L,产量提高了317.49%。4、使用工业废物为原料,降低发酵成本。研究发现,丙酮—丁醇厌氧梭菌CICC8008可以利用玉米黄浆水进行发酵,也可利用酵母废渣和葡萄糖母液进行发酵。5、高温菌种的初步驯化。提高发酵温度,有利于发酵一分离耦合操作的实现。通过初步驯化,丙酮一丁醇厌氧梭菌CICC8008可以在42℃下正常发酵。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 丁醇的性质及用途
• 1.2.1 丁醇的物理化学性质
• 1.2.2 丁醇的用途
• 1.3 化工合成法生产丁醇
• 1.3.1 乙醛缩合法
• 1.3.2 丙烯羰基合成法
• 1.3.2.1 DAVY/DOW丙烯铑法低压羰基合成法
• 1.3.2.2 三菱化成开发的铑法低压羰基合成法
• 1.3.2.3 鲁尔Ruhrchemie/Rhone—Poulenc的羰基合成法
• 1.3.2.4 BASF低压羰基合成法
• 1.4 发酵法生产丁醇
• 1.4.1 发酵法生产丁醇常用的微生物
• 1.4.2 丙酮-丁醇厌氧梭菌的一般代谢途径及基因工程菌
• 1.4.3 发酵法生产丁醇常用的碳源
• 1.5 发酵、分离耦合技术的应用
• 1.5.1 液—液萃取发酵法在发酵法生产丁醇中的应用
• 1.5.2 气体蒸发技术在丙酮—丁醇厌氧梭菌发酵中的应用
• 1.5.3 渗透萃取技术在丙酮—丁醇厌氧梭菌发酵中的应用
• 1.5.4 渗透蒸发技术在丙酮—丁醇厌氧梭菌发酵中的应用
• 1.6 展望
• 1.7 本课题研究计划
• 1.7.1 本课题的立题根据与研究意义
• 1.7.2 本课题的研究计划
• 第二章 丙酮-丁醇厌氧梭菌的生长特性
• 2.1 实验方法
• 2.1.1 化学试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 实验菌种
• 2.2 分析方法
• 2.2.1 气相色谱法检测发酵产物方法的建立
• 2.2.1.1 丙酮的测定
• 2.2.1.2 丁醇的测定
• 2.2.2 乙醇的测定
• 2.2.3 发酵过程参数检测方法的确定
• 2.2.3.1 建立高效液相色谱法分析发酵过程参数的方法
• 2.2.3.2 乙酸和丁酸标准曲线的绘制
• 2.3 种子培养厌氧培养条件的探索
• 2.3.1 直接加热驱氧法
• 2.3.2 石蜡油密封加热驱氧法
• 2.3.3 厌氧培养管加热驱氧法
• 2.3.4 厌氧试管加热驱氧氮气冷却法
• 2.4 种子培养及保藏
• 2.4.1 种子培养
• 2.4.2 菌种保藏条件
• 2.5 丙酮—丁醇厌氧梭菌发酵过程初探
• 2.5.1 丙酮—丁醇厌氧梭菌的自然发酵
• 2.5.1.1 丙酮—丁醇厌氧梭菌自然发酵的培养条件
• 2.5.1.2 丙酮—丁醇厌氧梭菌自然发酵的结果
• 2.5.2 调控pH值条件下丙酮—丁醇厌氧梭菌的发酵
• 2.6 菌种对丁醇的耐受性
• 2.7 高温发酵丙酮—丁醇厌氧梭菌的初步驯化
• 第三章 丙酮—丁醇厌氧梭菌发酵条件的优化
• 3.1 磷酸盐对丙酮—丁醇厌氧梭菌发酵的影响
• 3.2 镁盐对丙酮—丁醇厌氧梭菌发酵的影响
• 3.3 不同补糖方式对丙酮—丁醇厌氧梭菌发酵的影响
• 3.4 不同pH值控制方式对丙酮—丁醇厌氧梭菌发酵的影响
• 3.5 不同碳源对丙酮—丁醇厌氧梭菌发酵的影响
• 3.5.1 以玉米粉为碳源的发酵
• 3.5.2 以马铃薯泥为碳源的发酵
• 3.5.3 以红薯泥为碳源的发酵
• 3.6 不同氮源对丙酮—丁醇厌氧梭菌发酵的影响
• 3.6.1 常用氮源对丙酮—丁醇厌氧梭菌发酵的影响
• 3.6.2 不同廉价氮源对发酵的影响
• 第四章 工业废水在丁醇发酵中的应用
• 4.1 不同工业废水在摇瓶发酵中的使用
• 4.1.1 不同工业废水葡萄糖含量及pH值的测定
• 4.2 玉米黄浆水在丁醇发酵中的应用
• 4.2.1 葡萄糖培养基发酵情况
• 4.2.2 添加25%（V/V）的玉米黄浆水的培养基发酵情况
• 4.2.3 添加50%（V/V）的玉米黄浆水的培养基发酵情况
• 4.2.4 添加75%（V/V）的玉米黄浆水的培养基发酵情况
• 4.2.5 全部使用玉米黄浆水的培养基发酵情况
• 4.3 葡萄糖母液及酵母菌体残渣在丙酮—丁醇厌氧梭菌发酵中的应用
• 4.3.1 准备实验
• 4.3.2 正交实验及其结果分析
• 第五章 结论
• 第六章 问题及建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者和导师简介
• 附件