热带假丝酵母发酵商品木糖与稻秸水解液生产木糖醇的研究

论文摘要

本文主要探讨了热带假丝酵母（Candida.tropicalisAs2.1776）发酵商品木糖和稻秸水解液生产木糖醇的问题。在发酵商品木糖的研究中,考察了初始木糖浓度、通气状况、氮源、营养盐等因素对发酵的影响,以此为基础,借助响应面分析,对木糖醇发酵培养基进行了优化。也对固定化细胞发酵进行了探讨。由于优化的合成培养基中含有使钙离子容易脱落的成分,海藻酸钙包埋法固定的细胞颗粒只能使用一次,再次使用时固定化细胞颗粒解体。加入与培养基中的磷酸根等摩尔量的氯化钙后,固定化细胞的使用寿命延长,而且木糖醇得率有所提高。但是与游离细胞在同样条件下的发酵结果相比,固定化细胞发酵的木糖醇得率和生产速率有所下降。还在摇瓶中进行了固定化细胞的补料分批发酵,积累了高达243g/L的木糖醇。采用了两种办法来提高稻秸水解液的发酵性能。第一种方法为水解前用氨水浸泡预处理稻秸,结果原料中66.1%的木质素被去除。经过氨预处理得到的水解液中,酚化合物浓度大幅度下降,并且没有乙酸生成。第二种方法为直接对水解液脱毒。经过筛选,选取了氢氧化钙过中和结合S-8大孔树脂或结合活性炭吸附的脱毒路线。结果,氢氧化钙过中和结合S-8大孔树脂吸附对单酚、多酚、糠醛和醋酸的去除率分别为89.7%,82.7%,57.1%和18.9%。氧氧化钙过中和结合活性炭吸附对单酚化合物、多酚化合物、糠醛和醋酸的去除率分别为96.1%,94.0%,65.7%和11.2%。为了检测水解液的发酵性能,对氨浸泡预处理稻秸水解液和两种脱毒水解液进行了木糖醇发酵。结果发现,水解液中补充一定量的营养物质能提高木糖醇的生产速率。氨浸泡预处理水解液发酵的最佳初始pH值为4.0-5.0,其余二者的最佳初始pH都为6.0-7.0。初始细胞浓度为1.22g/L时木糖醇发酵结果最好。在各自的适宜条件下,氨浸泡预处理水解液的发酵结果最好,其余二者结果相近。分别在摇瓶和发酵罐中进行了游离细胞发酵初始木糖浓度为99.2g/L的氨浸水解液的试验。在摇瓶中发酵时,木糖醇得率和生产速率分别为0.746g/g和0.686g/（L.h）；在2L的发酵罐中发酵时,木糖醇得率和生产速率分别为0.689g/g和0.697g/（L.h）。还在摇瓶中进行了固定化细胞发酵初始木糖浓度为104.2g/L的氨浸水解液的实验。细胞可以重复批次发酵5次,平均木糖醇得率为0.737g/g,木糖醇生产速率为0.536g/（L.h）。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 木糖醇的性质
• 1.1.1 食用性质
• 1.1.2 药用性质
• 1.1.3 其它性质
• 1.2 木糖醇的用途
• 1.2.1 食品工业
• 1.2.2 医药工业
• 1.2.3 炸药工业
• 1.2.4 塑料工业
• 1.2.5 其它用途
• 1.3 木糖醇的生产
• 1.3.1 液固萃取法
• 1.3.2 化学合成法
• 1.3.3 生物法
• 1.3.3.1 细菌和真菌生产木糖醇
• 1.3.3.2 酵母生产木糖醇
• 1.3.3.3 其它生物技术法生产木糖醇
• 1.4 酵母发酵商品木糖生产木糖醇
• 1.4.1 种龄和初始细胞浓度的影响
• 1.4.2 pH值的影响
• 1.4.3 温度的影响
• 1.4.4 培养基组成的影响
• 1.4.5 初始底物浓度的影响
• 1.4.6 溶解氧的影响
• 1.4.7 木糖醇浓度的影响
• 1.5 植物纤维原料水解液生物转化制备木糖酵
• 1.5.1 植物纤维原料半纤维索的水解
• 1.5.2 植物纤维原料水解液中其他成分对发酵的影响
• 1.5.2.1 其他单糖的存在及影响
• 1.5.2.2 抑制物及其影响
• 1.5.3 水解液的脱毒
• 1.5.3.1 中和法和过中和法
• 1.5.3.2 真空蒸发和气提法
• 1.5.3.3 吸附和离子交换
• 1.5.3.4 有机溶剂萃取
• 1.5.3.5 其它方法
• 1.5.4 植物纤维原料水解液木糖醇发酵中的其它影响因素
• 1.5.4.1 细胞浓度的影响
• 1.5.4.2 pH值的影响
• 1.5.4.3 营养物质的影响
• 1.5.4.4 浓缩度的影响
• 1.5.4.5 溶解氧浓度的影响
• 1.6 本课题的研究思路
• 参考文献
• 第二章 游离细胞发酵商品木糖生产木糖醇
• 2.1 前言
• 2.2 实验材料与方法
• 2.2.1 菌种
• 2.2.2 商品木糖
• 2.2.3 液体种子培养
• 2.2.4 培养基的优化
• 2.2.4.1 单因子实验
• 2.2.4.2 Plackett-Burman实验
• 2.2.4.3 中心组合设计法
• 2.2.5 细胞密度测定
• 2.2.6 木糖与木糖醇的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 单因子实验
• 2.3.1.1 初始木糖浓度对发酵的影响
• 2.3.1.2 装液量对发酵的影响
• 2.3.1.3 氮源种类及浓度对发酵的影响
• 2.3.1.4 营养盐对发酵的影响
• 2.3.2 Plackett-Burman设计法筛选影响显著的营养因素
• 2.3.3 中心组合设计实验及结果
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 固定化细胞发酵商品木糖生产木糖醇
• 3.1 前言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 固定化细胞的制备
• 3.2.2 培养基与培养条件
• 3.2.3 重复批次发酵
• 3.2.4 流加补料发酵
• 3.2.5 木糖与木糖醇的测定
• 3.3 结果与讨论
• 2对木糖醇得率和固定化细胞使用寿命的影响'>3.3.1 添加CaCl₂对木糖醇得率和固定化细胞使用寿命的影响
• 3.3.2 补料发酵
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 氨水浸泡预处理稻秸
• 4.1 前言
• 4.2 实验材料与方法
• 4.2.1 材料
• 4.2.2 氨浸泡预处理稻秸
• 4.2.3 稻秸的水解
• 4.2.4 原料成分分析
• 4.2.5 木素去除率和半纤维素损失率的测定
• 4.2.6 水解液中糖分的测定
• 4.2.7 水解液中乙酸的测定
• 4.2.8 水解液中酚化合物的测定
• 4.2.9 水解液中糠醛的测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 氨浸泡预处理正交实验设计与结果
• 4.3.2 氨浸泡预处理对半纤维素水解及抑制物浓度的影响
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 稻秸半纤维素水解液脱毒的研究
• 5.1 前言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 材料
• 5.2.2 稻秸的水解
• 5.2.3 水解液脱毒方法的筛选
• 5.2.4 分析方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 脱毒方法的筛选
• 5.3.1.1 中和和有机溶剂脱毒
• 5.3.1.2 大孔吸附树脂脱毒
• 5.3.1.3 活性炭脱毒
• 5.3.1.4 小结
• 5.3.2 S-8大孔吸附树脂的脱毒条件研究
• 5.3.2.1 温度对S-8大孔吸附树脂脱毒的影响
• 5.3.2.2 pH值对S-8大孔吸附树脂脱毒的影响
• 5.3.2.3 时间对S-8大孔吸附树脂脱毒的影响
• 5.3.2.4 液固比对S-8大孔吸附树脂脱毒的影响
• 5.3.2.5 最优脱毒条件下过中和结合S-8大孔树脂吸附的脱毒结果
• 5.3.3 活性炭处理条件对脱毒效果的影响
• 5.3.3.1 温度对活性炭脱酚化合物和木糖损失的影响
• 5.3.3.2 pH值对活性炭脱酚化合物和木糖损失的影响
• 5.3.3.3 时间对活性炭脱毒的影响
• 5.3.3.4 液固比对活性炭吸附酚化合物和木糖的影响
• 5.3.3.5 最优条件下过中和结合活性炭吸附的脱度结果
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 稻秸半纤维素水解液木糖醇发酵
• 6.1 前言
• 6.2 材料与方法
• 6.2.1 水解液
• 6.2.2 水解液的浓缩
• 6.2.3 菌种
• 6.2.4 种子培养和固定化细胞的制备
• 6.2.5 水解液木糖醇发酵
• 6.2.6 糖和木糖醇的测定
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 浓缩后水解液中各化合物的浓度变化
• 6.3.2 初始pH值对木糖醇发酵的影响
• 6.3.3 添加营养成分对发酵的影响
• 6.3.4 初始细胞浓度对发酵的影响
• 6.3.5 游离细胞发酵高浓缩度氨浸水解液
• 6.3.5.1 摇瓶发酵
• 6.3.5.2 2L发酵罐发酵
• 6.3.6 固定化细胞发酵高浓缩度氨浸水解液
• 6.3.6.1 摇瓶中固定化细胞发酵的动力学行为
• 6.3.6.2 固定化细胞重复批次发酵氨浸水解液
• 6.3.7 与同类研究的比较
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 第七章 结论和今后工作的建议
• 7.1 结论
• 7.2 对今后工作的建议
• 致谢
• 博士期间发表论文情况
• 附件