凝结芽孢杆菌发酵经华癸库特氏菌脱毒的玉米秸秆生产乳酸的研究

摘要

木质纤维素是世界上丰富的生物资源，但微生物利用木质纤维素的发酵性能会受到其水解液中的抑制物的严重影响。酚醛化合物和弱酸是碱处理木质纤维素过程中产生的对纤维素酶和微生物发酵有严重抑制作用的副产物，为了提高碱处理木质纤维素发酵产乳酸的效率，需要对碱处理木质纤维素进行脱毒处理。水洗预处理木质纤维素能有效地去除抑制物，但会产生大量的废水。本文研究了Kurthia huakuii LAM0618T对酚醛化合物和弱酸的生物脱毒作用，并开发了Bacillus coagulans LA204利用脱毒后的木质纤维素生产乳酸的工艺，主要结果如下:
　　(1)在0.5g/L的酚醛化合物和2.0g/L的甲酸或乙酸的YPD培养基中，K.huakuii LAM0618T生长良好，并在36h内降解0.5g/L的酚醛化合物。当酚醛化合物的浓度高于1.0g/L时，K.huakuii LAM0618T的生长受到对羟基苯甲醛的抑制;而其对高浓度（8.0g/L）的甲酸和乙酸表现较强地耐受性。
　　(2)K.huakuii LAM0618T能转化0.2g/L的丁香醛、香兰素和对羟基苯甲醛为毒性更低的酚酸，表现出对酚醛化合物降解能力。
　　(3)比较80g/L经过NH3-H2O2处理后K.huakuii LAM0618T液体脱毒和未脱毒的玉米秸秆产乳酸的效率，脱毒后的玉米秸秆产乳酸的浓度达到33.47g/L，显著高于未脱毒组乳酸的浓度17.91g/L(P＜0.01)。
　　(4)以80g/L K.huakuii LAM0618T液体脱毒的玉米秸秆为初始底物，补加经K.huakuii LAM0618T固体培养脱毒的玉米秸秆至150g/L时，乳酸的最终浓度到达84.49g/L，乳酸对秸秆的转化率达到0.56g/g，基本实现废水零排放。
　　本文使用K.huakuii LAM0618T为碱处理玉米秸秆提供了一个有效的脱毒方法，在同步糖化补料发酵中，使用生物脱毒的玉米秸秆获得了高浓度的乳酸。这种生物脱毒方法可以取代水洗去除酚醛化合物，并可用于碱处理木质纤维素生物乙醇和生物化学品生产。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 乳酸的特性

1．2 乳酸的生产途径

1．3 发酵乳酸的微生物

1．3．1 乳酸菌

1．3．2 芽孢杆菌和真菌

1．3．3 工程菌

1．4 乳酸发酵的原料

1．4．1 淀粉类原料

1．4．2 乳制品

1．4．3 木质纤维素原料

1．5 木质纤维素预处理及处理过程中产生的抑制物

1．6 抑制物的抑制作用

1．6．1 酚类化合物的抑制作用

1．6．2 呋喃化合物的抑制作用

1．6．3 弱酸的抑制作用

1．7 木质纤维素预处理抑制物的脱毒方式

1．8 研究目的和意义

2 研究材料与方法

2．1 实验材料与试剂

2．1．1 实验材料与菌株

2．1．2 主要实验仪器

2．2 实验方法

2．2．1 K．huakuii LAM0618T对酚醛化合物及弱酸的降解

2．2．2 乳酸、乙酸、甲酸、葡萄糖、木糖及酚醛的检测方法

2．2．3 纤维素酶和木聚糖酶活性检测方法

2．2．4 玉米秸秆N-H3-H2O2预处理及生物脱毒方法

2．2．5 玉米秸秆成分检测方法

2．2．6 玉米秸秆在5-L厌氧发酵罐中的同步糖化乳酸发酵实验

3 实验结果与分析

3．1 纤维素酶、木聚糖酶的活性测定

3．2 玉米秸秆成分分析

3．3 K．huakuii LAM0618T对酚醛化合物及弱酸的降解

3．3．1 K．huakuii LAM0618T在YPD培养基中降解酚醛化合物

3．3．2 K．huakuii LAM0618T在YPD培养基中降解弱酸

3．3．3 K．huakuii LAM0618T转化酚醛化合物为低毒性的酚酸

3．3．4 K．huakuii LAM0618T在无机盐培养基中降解弱酸

3．4 生物脱毒过程中各成分的含量变化

3．5 5-L发酵罐中玉米秸秆发酵产乳酸实验

3．5．1 生物脱毒NH3-H2O2处理玉米秸秆同步糖化分批发酵乳酸实验

3．5．2 生物脱毒NH3-H2O2处理玉米秸秆同步糖化分批补料发酵乳酸实验

4 讨论

4．1 总结

4．2 生物脱毒技术在木质纤维素产乳酸的应用

4．3 课题展望

参考文献

硕士期间学术成果

致谢