一株热带假丝酵母利用木糖生长及其产酒精特性的研究

摘要

木糖是纤维质原料水解液戊糖的主要成分。在自然界中能够代谢利用木糖的微生物并不多见,尤其是为数不多的能够同化木糖的酵母,其生产乙醇或菌体蛋白的效率更低。因此,选育高效的木糖发酵菌株,并对其发酵木糖特性进行研究,是开发利用纤维素类可再生资源的关键之一。
　　 本课题以研究室分离筛选得到的一株热带假丝酵母菌株3＃为研究对象,对其发酵木糖生产乙醇和菌体蛋白的特性进行了研究,并对其在纤维素原料水解液中的应用进行了初步探索。具体研究结果如下:
　　 1.研究了菌株3＃发酵木糖产乙醇的特性,结果表明,溶氧浓度对乙醇的产量和产率有很大影响,适中的溶氧浓度有利于菌体生长和乙醇的积累。较高的起始菌体浓度和尿素对乙醇的生产积累有促进作用,在碳源和氮源充足的情况下,延长发酵时间,乙醇的产量最高达到25.58 g/L的稳定状态,菌体生长也趋于平稳,浓度为6.54×108/mL,这个稳定的状态是由于乙醇的产出和消耗一致而形成的动态平衡。
　　 2.研究了菌株3＃发酵木糖产菌体蛋白的特性,结果表明,在起始糖浓度为1％时发酵48 h,酵母细胞对木糖的得率较高,为35.7％,但发酵液菌体浓度随糖浓度增加而升高。利用豆粕作为氮源,可得最高发酵液菌体质量浓度7.25 mg/mL。不同的发酵温度对菌体的生长转化影响比较明显,在30℃时发酵液有最高菌体浓度为8.01 mg/mL,在25℃时,有最高细胞得率51.9％。溶氧对菌体的生长影响很大,充分供氧是获得高生物量和高菌体转化率的重要前提。接种量为5％时,有最高细胞得率52.5％,但接种量为20％时,发酵液菌体浓度最高,为9.9 mg/mL。木糖流加方式为2％+3％+3％时,酵母细胞对木糖的得率最高,为46.6％,而当流加方式为3％+3％+2％时,所得发酵液菌体浓度最高,为15.5×108/mL。
　　 3.在纤维素原料水解液中的应用结果表明,玉米芯水解液的还原糖浓度能够到达40 g/L,符合菌体发酵木糖生产乙醇或菌体蛋白的基本条件。以不同的发酵条件进行乙醇和菌体蛋白生产试验,于250 mL三角瓶中装入玉米芯水解液100 mL,进行酒精发酵3天,测得发酵液酒精含量为3.46 g/L,残糖含量为20.34 g/L,于500 mL,三角瓶中装入玉米芯水解液50 mL进行发酵3天,测得发酵液菌体浓度为7.8x108/mL,残糖含量为5.48 g/L,因此该菌体对于纤维素水解液的发酵生产存在一定的实际应用价值。

目录

文摘

英文文摘

1.前言

1.1 利用纤维质原料转化为燃料乙醇和菌体的生产必要性

1.2 利用纤维质原料生产酒精和菌体蛋白的发展与现状

1.3 有效利用木糖是开发利用纤维质原料的关键

1.4 与木糖发酵有关的微生物

1.4.1 细菌

1.4.2 真菌

1.4.3 酵母菌

1.4.4 藻类

1.5 木糖代谢途径

1.6 本课题的主要研究内容

1.7 本课题研究目的及意义

2 材料与方法

2.1 材料

2.1.1 菌株

2.1.2 木糖

2.1.3 培养基

2.2 分析方法

2.2.1 乙醇检测方法

2.2.2 还原糖定量检测法:3,5-二硝基水杨酸(DNS)比色法

2.2.3 菌体浓度测定方法

2.2.4 酒精发酵特性的研究

2.2.5 酵母木糖转化的研究

2.2.6 酵母菌株在玉米芯水解液上的初步应用

3 结果与分析

3.1 标准曲线

3.1.1 K2Cr2O7法标准曲线:乙醇浓度-OD610nm值

3.1.2 DNS法标准曲线:木糖浓度-OD540nm值

3.2 酒精发酵特性的研究结果

3.2.1 木糖发酵结果

3.2.2 不同通氧情况对木糖发酵结果的影响

3.2.3 高浓度菌体接种对木糖发酵结果的影响

3.2.4 氮源对木糖发酵结果的影响

3.2.5 木糖酒精发酵极限值的确定

3.2.6 代谢过程产物的发酵

3.3 酵母木糖转化的研究结果

3.3.1 不同木糖浓度对酵母木糖转化的影响

3.3.2 不同氮源对酵母木糖转化的影响

3.3.3 不同发酵温度对酵母木糖转化的影响

3.3.4 不同装量对酵母木糖转化的影响

3.3.5 不同接种量对酵母木糖转化的影响

3.3.6 分批补糖方式对酵母木糖转化的影响

3.4 酵母菌株在玉米芯水解液上的初步应用

3.4.1 玉米芯水解液的制备

3.4.2 玉米芯水解液木糖酒精发酵试验结果

3.4.3 玉米芯水解液酵母还原糖糖转化试验结果

4 小结与讨论

4.1 酒精发酵特性的研究试验

4.2 酵母木糖转化的研究试验

4.3 酵母菌株在玉米芯水解液上的初步应用

4.4 下一步的工作设想

参考文献

致谢