甜高粱茎汁发酵菌株的选育及其发酵动力学的研究

论文摘要

随着石油资源趋于匮乏和全球环境污染问题的日益加重,各国纷纷开始开发可再生能源。燃料乙醇是目前是石油能源的部分替代品,甜高粱实现了不与人争粮、不与粮争地等优点,目前为较为理想的替代原料。菌种的优劣对发酵效果的影响非常大,能够筛选出具有优良性状的菌株及对菌株加以改善,不仅降低了生产成本,还对实现酒精的大规模工业化生产,解决能源危机都有着重大意义。1.发酵菌种的选育。以酵母菌株S. FFCC2167为出发菌株,首先经过驯育后提高了酵母菌株耐高糖能力,再用X-ray和DES进行复合诱变,利用TTC鉴别培养基筛选出突变株,耐酒精试验进行三筛,得到了菌株FXD-3,不仅提高了酒精的产率,还提高了耐酒精能力。以220 g/L甜高粱茎汁通用配方为发酵培养基,最佳发酵条件是接种量10%v/v,30℃,pH=4.5,发酵周期为3 h,酒精产量92.98g/L,酒精得率为90.03%。2.诱变株发酵条件优化。借助Minitab软件的实验设计,通过响应面试验设计,对发酵条件进行优化,采用偏导数方法分别得出酒精产量的最佳添加量和有显著性的交互作用直观分析。试验结果表明：在最适发酵条件下,初总糖甜高粱汁为220 g/L,发酵培养基中各营养盐的添加量分别为CO（NH2）24.8318g/L、MgSO41.3734g/L、KH2PO44.8114g/L、 CaCl25.8571g/L和FeCl30.6962 g/L,可达最高产量。菌株FXD-3的发酵周期为36 h,残还原糖9.24 g/L,糖利用率95.8%,酒精产量100.44g/L,酒精得率93.46%。与诱变前相比,总糖下降8%,总糖利用率提高0.92%；酒精产量提高了21.15 g/L,酒精得率提高了26.67%。3.甜高粱茎汁分批发酵动力学模型。建立酵母生长、酒精生成和底物消耗动力学模型；全程检测分批发酵过程,对试验结果建立逻辑斯蒂方程,以麦夸特法拟合,通过矩阵线性方程求解,得出动力学模型参数。拟合效果较好,说明建立的模型很好地反映了甜高粱茎汁酒精分批发酵过程及其动力学机制,可用于进一步设计大型发酵工艺。酵母菌体生长动力学模型：酒精生成动力学模型：底物消耗动力学模型：

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 酒精生产意义与现状
• 1.1.1 燃料乙醇的应用
• 1.1.2 燃料乙醇生产的意义
• 1.1.3 燃料乙醇工业的发展现状
• 1.1.3.1 世界各国燃料乙醇工业的概况
• 1.1.3.2 我国燃料乙醇工业的现状
• 1.2 甜高粱生产燃料乙醇的优越性与研究现状
• 1.2.1 乙醇主要生产原料
• 1.2.2 以甜高粱茎汁为乙醇发酵原料的优越性
• 1.2.2.1 糖质原料发酵的优势
• 1.2.2.2 抗逆性强,种植地域广泛,原料易获取
• 1.2.2.3 生物学产量高,茎秆含糖丰富
• 1.2.3 甜高粱工业化的瓶颈
• 1.2.4 发酵条件的优化
• 1.3 菌种选育
• 1.3.1 乙醇发酵的方法及发酵机制
• 1.3.2 优良菌种的育种方法及研究现状
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第二章 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.1.1 试验菌
• 2.1.2 药品
• 2.1.3 原料
• 2.1.4 主要仪器及设备
• 2.1.5 培养基
• 2.1.5.1 麦芽汁培养基
• 2.1.5.2 发酵培养基
• 2.1.5.3 种子培养基
• 2.1.5.4 通用培养基
• 2.1.5.5 TTC显色培养基
• 2.1.5.6发醇培养基
• 2.1.6 试剂
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 驯化
• 2.2.2 F-1生长曲线的测定
• 2.2.3 F-1的X-ray诱变
• 2.2.4 X-ray诱变株的筛选
• 2.2.5 F-1硫酸二已酯诱变
• 2.2.6 硫酸二已酯诱变株的筛选
• 2.2.7 最佳pH值的确定
• 2.2.8 最佳接种量的确定
• 2.2.9 最佳发酵温度的确定
• 2.2.10 F-1菌体个数的测定
• 2.2.11 pH值的测定
• 2.2.12 还原糖、总糖的测定
• 2.2.13 酒精度的测定
• 2.2.14 酵母浓度的测定
• 2.2.15 酒精得率
• 2.3 发酵试验设计
• 2.3.1 单因素试验
• 2.3.2 响应面试验设计
• 2.4 甜高梁茎汁分批发酵动力学研究方法
• 2.4.1 试验方法
• 2.4.2 动力学模型的建立
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 发酵菌株的选育
• 3.1.1 化后的酵母菌株F-1的发酵试验
• 3.1.2 F-1生长曲线的测定
• 3.1.3 X-ray照射时间下的致死率
• 3.1.4同一浓度DES不同作用时间下的致死率
• 3.1.5 正交试验确定（DES）的诱变参数
• 3.2 最佳发酵条件的确定
• 3.2.1 最佳pH值的确定
• 3.2.2 最佳接种量的确定
• 3.2.3 最佳发酵温度的确定
• 3.3 发酵培养基的优化
• 3.3.1 单因素试验
• 3.3.2 响应面法优化甜高粱汁发酵培养基
• 3.3.2.1. 影响因素的方差分析
• 3.3.2.2 影响因素之间的交互作用
• 3.4 甜高粱茎汁分批发酵动力学的研究
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢