发酵法制备丙酮、丁醇的研究

论文摘要

能源短缺己是现代社会面临的一个重大问题,为了寻求替代能源人们做了不懈的努力。生物丁醇具有能量密度与汽油相似、饱和蒸汽压低和腐蚀性小等特点,所以可直接添加入汽油而无需改造发动机。利用生物质生产生物丁醇是一条很有前景的解决能源短缺的途径。本文通过丙酮丁醇梭菌发酵生产丁醇,考察了发酵过程各参数随时间的变化规律,获得了发酵底物浓度、发酵温度、接种量和不同发酵底物对发酵过程的影响规律。通过气相色谱(FID)表征发酵结束后发酵液中丙酮、丁醇浓度,并且利用排水法测量平均产气速率。结果表明:在6%玉米醪培养基中37℃发酵时丙酮丁醇梭菌生长最旺盛,平均产气速率可达60 mL/h,气体总量约2510 mL,丙酮浓度为4.1 g/L,丁醇浓度8.2 g/L。而5%鲜红薯发酵在35℃发酵时平均产气速率可达72 mL/h,气体总量2560 mL,丙酮浓度为4.2 g/L,丁醇浓度为9.2 g/L。鲜红薯培养基营养丰富且多样,相对于玉米醪培养基发酵时间短,温度适应度较宽,产物浓度高,是发酵首选。为了将纤维素水解产物用于丙酮丁醇发酵,需要测定丙酮丁醇梭菌对水解液中所含发酵抑制物的适应能力。在丙酮丁醇发酵培养基中加入糠醛、丁酸或丁醇等发酵抑制物,检测丙酮丁醇梭菌的最高耐受浓度。结果表明当糠醛浓度达到5.5 g/L,丁酸浓度达到3 g/L,丁醇浓度8 g/L时丙酮丁醇梭菌将停止生长。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 生物丁醇发展过程
• 1.2.1 世界生物丁醇的发展过程
• 1.2.2 我国生物丁醇的发展状况
• 1.3 生物质能源开发利用技术的研究现状和发展趋势
• 1.4 生物质水解制取燃料丁醇的意义
• 1.5 生物丁醇发酵中纤维素转化过程
• 1.5.1 纤维素预处理
• 1.5.2 纤维素水解
• 1.6 丙酮丁醇发酵
• 1.6.1 丙酮丁醇梭菌
• 1.6.2 丙酮丁醇化学机理
• 1.6.3 丁醇燃料特性
• 1.6.4 丙酮丁醇发酵工艺
• 1.7 论文工作
• 第二章 丙酮丁醇发酵产丁醇的基础研究
• 2.1 菌种来源
• 2.2 主要试剂与仪器
• 2.3 实验步骤与表征方法
• 2.3.1 培养基的配置
• 2.3.2 菌种复壮
• 2.3.3 接种
• 2.3.4 表征手段与步骤
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 丙酮丁醇玉米酪发酵随时间进程
• 2.4.2 培养基浓度对玉米醪发酵的影响
• 2.4.3 温度对玉米醪发酵的影响
• 2.4.4 接种量对玉米醪发酵的影响
• 2.4.5 不同发酵底物的影响
• 2.4.6 温度对鲜红薯发酵的影响
• 2.4.7 鲜红薯底物浓度对发酵的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 丙酮丁醇耐受能力测试
• 3.1 菌种来源
• 3.2 主要试剂与仪器
• 3.3 实验方法与步骤
• 3.3.1 培养基的配置
• 3.3.2 接种方法与菌种保存手段
• 3.3.3 丙酮丁醇梭菌的驯化
• 3.3.4 耐受能力的测试
• 3.3.5 外源氮磷元素发酵影响
• 3.4 表征方法与步骤
• 3.4.1 气相色谱表征
• 3.4.2 排水法测产气体积
• 3.4.3 底物利用率
• 3.5 实验结果与讨论
• 3.5.1 丙酮丁醇梭菌的热驯化
• 3.5.2 外源氮元素对发酵的影响
• 3.5.3 丙酮丁醇梭菌耐受能力测试
• 3.5.4 纤维素水解液丙酮丁醇发酵测试
• 3.6 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢