废弃番薯藤应用于微生物油脂生产的研究

摘要

微生物油脂又称单细胞油脂(SCOs)，其组成与植物油类似，主要为中性脂、游离脂肪酸、磷脂及不皂化物，因其特殊功能而具有潜在的工业开发价值。微生物油脂是产油微生物在一定条件下体内合成积累的，生产周期短，不受场地和季节限制，是功能性油脂生产和生物柴油的良好原料。目前微生物油脂生产所需的合成培养基成本较高，限制了油脂的大规模生产。发酵性丝孢酵母（Trichosporonfermentans）可利用木糖产油脂，若其能以木质纤维素水解液为原料产油脂则能大大降低油脂生产成本。在本研究中，我们首次尝试对番薯藤进行纤维素酶解，使用其水解液作为产油微生物的底物，探索研究了番薯藤的组分对发酵性丝孢酵母的油脂积累行为及其功能的影响。
　　 本文的主要研究结果如下:
　　 (1)废弃番薯藤酶解液在T.fermentans油脂生产的研究本文首次提出番薯藤酶解液作为一种低有效氮的高效营养提供者能够作为T.fermentans的底物用于微生物油脂生产。基于金华番薯藤酶解液(jSVH)的基础培养基的批次发酵结果表明jSVH与含高糖含量的底物混合发酵产微生物油脂时会更加高效、经济。在以番薯藤水解液为底物的油脂生产过程发现在发酵前5天的培养物中含有大量不溶性胶状物质，并且到发酵后期这些胶状物质能被菌体吸收并用于自身的生长代谢。在以jSVH为唯一底物发酵时最大油脂产量和油脂含量分别为9.6g/l，35.6％。鉴于较高的C/N有利于油脂的积累，为了进一步提高jSVH中C/N，jSVH中分别单独添加了一定量果糖、木糖、葡萄糖，发酵结果表明微生物油脂的积累量显著提高，分别为27.6g/l，25.5g/l，24.6g/l。为了减少油脂生产成本，酸处理的小麦秸秆水解液(WSH)与jSVH的混合液为底物发酵产微生物油脂被证明是高效、经济的策略，其油脂产量能达到17.7g/l。动力学分析表明jSVH对T.fermentans的油脂生产具有正促进作用，同时对菌体生长及菌体对底物利用也起到显著地促进作用。
　　 (2)番薯藤组分与T.fermentans发酵行为的研究以同一品种，不同栽培方式的番薯藤酶解液(jSVH，dSVH)为底物的Trichosporonfermentans油脂生产行为有显著性差异。以东阳番薯藤水解液(dSVH)为基础培养基的批次发酵实验表明以dSVH为唯一底物培养时只有5.6g/l的油脂产量，额外添加了葡萄糖到dSVH的混合培养基和只添加了25mldSVH葡萄糖混合培养基(V=100ml)为底物时都能促进菌体的油脂积累，其产量分别达到13.2g/l，21.5g/l。dSVH，jSVH组分分析表明dSVH，jSVH中的TN，COD，TS及RS含量具有显著差异。jSVH作为底物时菌体油脂积累能力大于dSVH的主要原因可能如下:首先，高的C/N有利于微生物油脂的积累，而dSVH的C/N(30.64)明显要低于jSVH(68.91);再者，dSVH中N含量过高会抑制油脂的积累;此外，通过添加不同的dSVH量来降低N含量的产油发酵结果表明dSVH添加量为25ml时油脂产量最佳。东阳番薯藤的可浸提组分(edSVH)及不可浸提组分(rdSVH)酶解液的产油发酵实验得出以下结论:(1)番薯藤的可浸提组分与胶状物质的产生有很大的关系并且该组分对微生物油脂积累起促进作用;(2)不可浸提组分酶解液可代替蛋白胨，酵母膏，无机盐，与葡萄糖混合微生物油脂生产;(3)虽然在发酵前期产生的胶状物能够为菌体利用，但是其主要的作用并非在于促进菌体的自身生长及油脂积累，而是导向于其它的代谢途径，具体需要进一步的研究。
　　 因此，当番薯藤水解液中N含量较高的时，其以营养添加剂的形式用于微生物油脂生产时更具有潜力。本研究为番薯藤在微生物油脂生产领域提供了理论基础。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 文献综述

1．1 微生物油脂的研究与应用

1．1．1 微生物油脂的优点

1．1．2 产油脂微生物的种类

1．1．3 微生物油脂合成代谢调控

1．2 生物质资源的研究背景及意义

1．3 本研究的主要内容和意义

第二章 废弃番薯藤酶解液用于T．fermentans油脂生产的潜力研究

2．1 材料

2．1．1 菌种和原料

2．1．2 培养基

2．1．3 主要试剂

2．1．4 主要仪器设备

2．2 方法

2．2．1 细胞培养方法

2．2．2 番薯藤酶解液制备方法

2．2．3 小麦秸秆水解液(WSH)制备方法

2．2．4 木质纤维素成分测定方法

2．2．5 番薯藤酶解液中还原糖(RS)的测定方法

2．2．6 番薯藤酶解液中总糖(TS)的测定方法

2．2．7 番薯藤酶解液中铵态氮的测定方法

2．2．8 番薯藤酶解液中粗多糖的测定方法

2．2．9 番薯藤酶解液中蛋白质的测定方法

2．2．10 番薯藤酶解液中COD的测定方法

2．2．11 番薯藤酶解液中总氮测定方法

2．2．12 番薯藤水酶液中矿质元素测定方法

2．2．13 扫描电子显微(SEM)镜和光学显微镜观察

2．2．14 生物量(DMW)测定方法

2．2．15 油脂提取和测定方法

2．2．16 油脂脂肪酸组成分析方法

2．2．17 发酵性丝孢酵母的油陷发酵的统计学及其动力学模型的构建方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 番薯藤的组分及其酶解液组分

2．3．2 T．fermentans利用jSVH发酵产油酯

2．3．3 jSVH与各种单糖的T．fermentans的混合发酵

2．3．4 jSVH和WSH混合培养基的T．fermentans发酵

2．3．5 jSVH的不同添加量对T．fermentans的油酯生产的影响

2．4 本章小结

第三章 番薯藤组分与T．fermentans发酵行为的研究

3．1 材料

3．1．1 菌种和原料

3．1．2 培养基

3．1．3 主要试剂

3．1．4 主要仪器设备

3．2 方法

3．2．1 细胞培养方法

3．2．2 番薯藤酶解液制备方法

3．2．3 热水浸提后的番薯藤渣酶解液(rdSVH)的制备方法

3．2．4 东阳番薯藤的热水浸提液的酶解液(edSVH)的制备方法

3．2．5 木质纤维素成分测定方法

3．2．6 番薯藤水解液TS、RS、粗多糖、COD、TN、蛋白质、铵态氮、矿质元素的测定方法

3．2．7 DMW测定方法

3．2．8 油脂提取和测定方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 jSVH，dSVH，rdSVH的组分分析

3．3．2 基于jSVH，dSVH，rdSVH和edSVH为底物的T．fermentans发酵油脂的生产

3．3．3 以dSVH，rdSVH不同添加量的高葡萄糖混合液为底物时对T．fermentans发酵的影响

3．4 本章小结

第四章 结论与展望

4．1 全文主要结论

4．2 创新点

4．3 展望

参考文献

个人简历