米糠纤维床反应器固定化发酵产丁酸的研究

摘要

丁酸在农业、轻纺、食品、医药、饲料等行业应用广泛。在饲料行业，丁酸钠具有无污染、无有害残留和独特营养生理功能的特点，逐渐成为热门的抗生素替代品之一。为降低发酵法生产丁酸的成本，使用廉价的饲料原料做载体是一种有效的选择。本课题利用廉价的饲料原料作为固定化细胞的载体，构建了新型的内置式和外置式纤维床生物反应器应用于丁酸的生物发酵，开拓了一种新的思路。
　　对载体添加量、载体对丁酸钠和酪丁酸梭菌的吸附进行了研究，得到适宜的载体添加量为60 g/L，载体对丁酸钠的吸附量为0.02-0.08 g/g，满足饲料中丁酸钠和米糠的添加比例。米糠对酪丁酸梭菌的吸附效果优于麦麸，选择米糠作为固定化细胞的载体。
　　将米糠作为固定化酪丁酸梭菌的载体，构建了内置式纤维床反应器，应用于固定化发酵产丁酸试验。以酪丁酸梭菌为发酵菌株，进行了游离细胞和固定化细胞发酵比较。结果表明，固定化细胞分批发酵丁酸生产率为0.43 g/L/h，比游离分批发酵提高了38.71％。进行了重复分批发酵，5个批次的丁酸浓度平均值为21.22 g/L，丁酸生产率平均值为0.39 g/L/h，可以稳定多批次运行。固定化发酵后的米糠会吸附产物丁酸钠，吸附量为0.054 g/g，这有利于将反应后的米糠直接用来生产含丁酸钠的饲料添加剂。
　　为了进一步优化米糠固定化酪丁酸梭菌发酵生产丁酸，构建了米糠外置式纤维床反应器。利用此反应器固定化细胞分批发酵，丁酸的生产率为0.48 g/L/h，比游离分批发酵提高了55.21％。并进行了重复分批发酵，8个批次的丁酸浓度平均值为21.05 g/L，丁酸生产率平均值为0.40 g/L/h，米糠外置式纤维床反应器可以稳定生产丁酸。固定化发酵后的米糠同样会吸附产物丁酸钠，吸附量为0.105g/g，将反应后的米糠进行适当稀释后可直接用来生产含丁酸钠的饲料添加剂。
　　设计并采用简易的旋转制粒法。分别以羧甲基纤维素钠、阿拉伯树胶和玉米淀粉作为粘合剂将经过固定化发酵丁酸并吸附了一定量丁酸钠的米糠载体进一步制成含丁酸钠的米糠颗粒饲料。3种粘合剂均可较好地使米糠成粒，3种米糠颗粒饲料的粒度和水分含量满足预混料企业标准规定的要求，所含的丁酸钠含量均能满足饲料中丁酸钠与米糠的添加比例(0.004-0.06 g/g)。考虑到粘合剂的廉价和易购性，可选择玉米淀粉作为米糠颗粒饲料的粘合剂。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 丁酸概述

1．2 丁酸的生产

1．2．1 化学合成法

1．2．2 生物发酵法

1．3 丁酸的应用

1．3．1 化工领域

1．3．2 医药领域

1．3．3 食品领域

1．3．4 饲料领域

1．4 丁酸钠

1．4．1 丁酸钠的营养生理功能

1．4．2 丁酸钠的添加形式

1．4．3 饲料预混料载体

1．5 选题意义及研究内容

1．5．1 选题目的及意义

1．5．2 研究内容

第二章 固定化载体的选择

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 载体添加量实验

2．2．4 载体吸附实验

2．3 结果与讨论

2．3．1 载体添加量

2．3．2 载体对丁酸钠的吸附

2．3．3 载体对菌体的吸附

2．4 本章小结

第三章 米糠内置式纤维床反应器固定化发酵产丁酸

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 培养基

3．2．4 菌种培养及发酵

3．2．5 分析方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 游离细胞分批和补料分批发酵产丁酸

3．3．2 米糠内置式纤维床固定化分批发酵产丁酸

3．3．3 米糠内置式纤维床固定化补料分批发酵产丁酸

3．3．4 米糠对丁酸钠和酪丁酸梭菌的吸附

3．3．5 米糠内置式纤维床固定化重复分批发酵产丁暖

3．4 本章小结

第四章 米糠外置式纤维床反应器固定化发酵产丁酸

4．1 引言

4．2．1 实验材料

4．2．2 培养基

4．2．3 实验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 米糠填充量的确定

4．3．2 米糠外置式纤维床固定化分批发酵产丁酸

4．3．3 米糠外置式纤维床固定化补料分批发酵产丁酸

4．3．4 米糠对丁酸钠和酪丁酸梭菌的吸附

4．3．5 米糠外置式纤维床固定化重复分批发酵产丁酸

4．4 本章小结

第五章 米糠颗粒饲料的制备

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．2．1 实验材料

5．2．2 粘合剂溶液的制备

5．2．3 米糠颗粒饲料的制备

5．2．4 颗粒饲料添加剂的性状测定

5．3 结果与讨论

5．3．1 米糠颗粒饲料成粒情况

5．3．2 米糠颗粒饲料的粒度

5．3．3 米糠颗粒饲料的水分含量

5．3．4 米糠颗粒饲料中的丁酸钠含量

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简介