茶籽壳酸解液微生物发酵生产木糖醇研究

论文摘要

为了充分利用茶树资源，提高茶叶的经济附加值，促进茶产业的发展，在综合查阅、参考国内外相关研究的基础上，对微生物发酵茶籽壳半纤维素木糖水解液生产木糖醇进行了系统研究，以期为茶籽的综合利用提供技术支撑。论文利用茶籽壳中含有丰富的半纤维素，通过酸水解产生含有木糖的水解液，脱毒后经热带假丝酵母菌发酵产生木糖醇。论文具体内容及取得的研究结果如下：1.茶籽壳酸水解制备木糖的研究研究以超声波为辅助手段，稀盐酸为催化剂，常压水解茶籽壳制备木糖，利用3,5-二硝基水杨酸比色法（DNS法）对水解液中的木糖进行检测。通过正交试验考察了超声预提时间、酸浓度、茶籽壳粉碎度、水解时间等对木糖产率的影响。研究表明各因素对木糖得率的影响由大到小的顺序依次为水解时间、酸浓度、粉碎度、超声预提时间；最佳制备条件为：超声预提时间为45min，功率为50KHZ，温度为25-30℃，酸浓度为0.6mol·L-1，粉碎度为40目，水解时间为3h。在此条件下，木糖产率最高，达28.44%。2.茶籽壳酸水解木糖液脱毒工艺研究为了充分提高茶籽壳酸水解液的发酵生产木糖醇的效率，本文对茶籽壳稀酸水解液的脱毒工艺进行了研究。在选用石灰石过中和处理的基础上，试验选取有机溶剂萃取和活性炭吸附两种工艺对茶籽壳酸水解液进行脱毒，对二者的脱毒效果进行比较，确定了一种相对理想的脱毒工艺，并对其工艺参数进行了正交优化。结果表明：活性炭脱毒综合效果要优于有机溶剂萃取；优化后的活性炭脱毒的最佳工艺参数为：pH为4.0，添加量0.05g·mL-1，温度55℃，水解时间为60min，在此条件下可以清除超过74.25%的酸溶木素及其降解产物，同时木糖保留率达到80.03%。该工艺为后续的茶籽壳发酵生产木糖醇实验奠定了基础。3.热带假丝酵母发酵生产木糖醇的研究以经过上述工艺脱毒后的茶籽壳酸水解液为原料，利用热带假丝酵母C. tropical AS2.1776进行发酵以生产木糖醇。结果表明：当起始水解液中木糖浓度约为40g·L-1时，发酵6天后，木糖基本被完全消耗；正交试验表明，摇瓶分批发酵工艺条件的最佳组合是：250mL锥形瓶中装液量135mL，起始pH4.0，接种量为15mL，氮源加入量为5ml(内含5g·L-1酵母膏和5g·L-1蛋白胨的混合物)。在该优化条件下，发酵水解液中木糖醇的浓度达到19.59g·L-1，木糖转化率达到63.80%。4.木糖醇分离纯化的研究研究用活性碳对上述含木糖醇的发酵液分批脱色，通过考察活性碳用量、pH值、温度、脱色时间对木糖醇发酵液的脱色效果及木糖醇回收率的影响，确定了最佳脱色条件为：活性碳添加量20%（w/v）、发酵液初始pH6.0、脱色温度40℃以及脱色时间60min。在该条件下，对木糖醇浓度为14.81g·L-1的发酵液，脱色后，发酵液420nm下吸光度由初始的0.658降至0.143，木糖醇浓度为9.77g·L-1，脱色率和木糖醇回收率分别达到78.27%和65.97%。在此基础之上，将脱色过后的木糖醇溶液过732型阳离子交换树脂以及7170型阴离子树脂进行脱盐处理，脱盐后的溶液分别进行醇沉、冷冻干燥，最后得到纯度为78%的木糖醇粗品。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1.文献综述
• 1.1 茶籽及茶籽壳简介
• 1.2 木糖醇
• 1.2.1 木糖醇及其物化性质
• 1.2.2 木糖醇的生理功效及应用
• 1.2.3 木糖醇生产方法
• 1.3 植物半纤维素酸水解液制备的研究
• 1.3.1 半纤维素水解液中的发酵抑制物
• 1.3.2 半纤维素水解液中抑制物去除方法
• 2 引言
• 2.1 研究的目的和意义
• 2.2 研究内容
• 2.2.1 茶籽壳酸水解制备木糖的工艺研究
• 2.2.2 茶籽壳酸水解液脱毒工艺研究
• 2.2.3 热带假丝酵母发酵生产木糖醇的研究
• 2.2.4 木糖醇分离纯化的研究
• 3 材料与方法
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 菌种及培养基
• 3.1.2 茶籽壳
• 3.2 仪器与试剂
• 3.2.1 主要实验仪器
• 3.2.2 主要试剂
• 3.3 工艺流程与实验步骤
• 3.3.1 工艺流程
• 3.3.2 实验步骤
• 3.3.3 茶籽壳半纤维素含量测定
• 3.3.4 茶籽壳的酸水解条件正交优化
• 3.3.5 茶籽壳酸水解液脱毒工艺研究
• 3.3.6 假丝酵母菌发酵生产木糖醇的研究
• 3.3.7 木糖醇发酵液的活性炭脱色
• 3.3.8 木糖醇的分离纯化及纯度检测
• 3.4 分析方法
• 3.4.1 3,5-二硝基水杨酸（DNS）法测定木糖含
• 3.4.2 Nash 法测定木糖醇含量[62]
• 3.4.3 糠醛的测定[63]
• 3.4.4 紫外吸收法测定酸溶木素含量[64]
• 3.4.5 比色法测定发酵液脱色率
• 3.4.6 木糖醇的 HPLC 分析
• 4 结果与分析
• 4.1 茶籽壳酸水解制备木糖工艺研究
• 4.1.1 茶籽壳中半纤维素含量测定
• 4.1.2 茶籽壳的酸水解条件正交优化
• 4.1.3 茶籽壳的酸水解条件单因素验证实验
• 4.2 茶籽壳酸水解液脱毒工艺研究
• 4.2.1 糠醛标准曲线
• 4.2.2 茶籽壳酸水解液脱色脱毒方法比较
• 4.2.3 茶籽壳水解液的活性炭脱毒参数优化
• 4.3 热带假丝酵母利用茶籽壳酸水解液发酵生产木糖醇的研究
• 4.3.1 木糖醇标准曲线
• 4.3.2 木糖醇发酵研究
• 4.3.3 木糖醇发酵液的活性碳脱色
• 4.3.4 木糖醇的分离纯化初步研究
• 5 讨论与结论
• 5.1 讨论
• 5.1.1 茶籽壳可作为木糖醇生产的重要来源之一
• 5.1.2 茶籽壳酸水解液脱毒工艺研究
• 5.1.3 热带假丝酵母利用茶籽壳酸水解液发酵生产木糖醇研究
• 5.2 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介