以玉米棒芯为原料的Clostridium thermocellum与乙醇或丁醇产生菌偶联发酵的研究

摘要

以厌氧发酵直接将木质纤维素降解并进一步发酵成为生物燃料，一直是生物质化工重要的研究目标。将分别具有高效降解木质纤维素和发酵己糖、戊糖能力的两类微生物偶联，能够有效利用木质纤维素直接生产生物燃料。
　　乙醇是最容易进行工业化生产的优质液体燃料，也是具有发展潜力的替代传统化石燃料的新型能源之一。将降解纤维素能力强的纤维小体产生菌Clostridium thermocellum ATCC 27405与能够利用木质纤维素水解物发酵生产乙醇的Thermoanaerobacter ethanolicus ATCC31550混菌发酵，采用联合生物加工法发酵产乙醇。通过控制发酵pH6.5，并间歇补给玉米棒芯的发酵方式，单独培养C.thermocellum至发酵对数生长期时，进一步进行C.thermocellum和T.ethanolicus混菌发酵，发酵末期消耗玉米棒芯20.2 g·L-1，乙醇产量为6.45 g·L-1。
　　丁醇是一种重要的基础化工原料，同时也被公认为是比乙醇性能更优越的下一代清洁生物燃料。进一步研究C.thermocellum与能够利用木质纤维素水解物发酵生产丁醇的Clostridium beijerinckii NCIMB8052的偶联发酵，采用联合生物加工法发酵产丁醇。
　　首先采用分阶段控制发酵pH，并间歇补给玉米棒芯的发酵方式，C.thermocellum在120 h内降解94.3 g·L-1玉米棒芯，发酵上清液经稀硫酸水解后，测得总还原糖含量为37.4g·L-1，其中戊糖含量24.8 g·L-1，葡萄糖含量5.28 g·L-1。最后以玉米棒芯为原料，进行C.thermocellum和C.beijerinckii偶联发酵，发酵末期总溶剂浓度达16.0 g·L-1，其中丁醇产量高达8.75 g·L-1。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 生物法高效降解木质纤维素

1．2．1 C．thermocellum纤维小体结构

1．2．2 C．thermocellum高效降解木质纤维素发酵生产乙醇

1．2．3 C．thermocellum生物法降解木质纤维素的工业化优势

1．3 以木质纤维原料水解液为底物的丙酮／丁醇发酵技术

1．3．1 梭状芽孢杆菌生产丁醇的代谢途径

1．3．2 以木质纤维原料水解液为底物的丁醇发酵生产技术

1．3．3 以木质纤维原料水解液为底物的丁醇发酵影响因素

1．4 混菌发酵木质纤维素生产生物燃料

1．4．1 混菌发酵木质纤维素生产丁醇

1．4．2 混菌发酵木质纤维素生产乙醇

1．4．3 混菌发酵木质纤维素生产生物燃料的困难

1．5 以木质纤维素为原料的生物燃料发酵技术的产业化优势

1．6 研究方向与研究内容

1．6．1 研究方向

1．6．2 研究内容

第二章 实验仪器材料和方法

2．1 菌株

2．2 玉米棒芯来源

2．3 培养基

2．4 培养条件

2．4．1 种子培养条件

2．4．2 芽孢悬液制备

2．4．3 发酵培养条件

2．5 主要仪器设备

2．6 实验及分析检测方法

2．6．1 发酵液稀硫酸水解法

2．6．2 发酵液总还原糖含量测定

2．6．3 发酵液戊糖含量测定

2．6．4 发酵液葡萄糖含量测定

2．6．5 玉米棒芯半纤维素含量测定

2．6．6 玉米棒芯纤维素和木质素含量测定

2．6．7 发酵液底物玉米棒芯含量测定

2．6．8 发酵液产物含量测定

2．6．9 发酵液中乳酸含量测定

第三章 玉米棒芯预处理条件优化

3．1 引言

3．2 结果与讨论

3．2．1 料液比

3．2．2 氢氧化钠质量分数

3．2．3 预处理温度

3．2．4 不同预处理时间

3．3 小结

第四章 C．thermocellum以玉米棒芯为底物的发酵特性

4．1 引言

4．2 结果与讨论

4．2．1 氢氧化钠预处理对C．thermocellum降解玉米棒芯的影响

4．2．2 pH对C．thermocellum降解玉米棒芯累积水解糖的影响

4．2．3 控制发酵过程pH 6．5时C．thermocellum降解玉米棒芯的发酵特性

4．2．4 分阶段控制发酵pH，并间歇补给玉米棒芯时C．thermocellum的发酵特性

4．3 小结

第五章 C．thermocellum与T．ethanolicus混菌发酵玉米棒芯产乙醇

5．1 引言

5．2 结果与讨论

5．2．1 不同混菌时机对C．thermocellum和T．ethanolicus混菌培养产乙醇的影响

5．2．2 间歇补给玉米棒芯对C．thermocellum和T．ethanolicus混菌发酵产乙醇的影响

5．2．3 基因工程手段敲除C．thermocellum乙酸代谢途径的初步研究

5．3 小结

第六章 C．thermocellum与C．beijerinckii偶联发酵玉米棒芯产丁醇

6．1 引言

6．2 结果与讨论

6．2．1 C．thermocellum与C．beijerinckii偶联发酵玉米棒芯产丁醇

6．2．2 间歇补给玉米棒芯的C．thermocellum与C．beijerinckii偶联发酵产丁醇

6．2．3 C．beijerinckii以混合糖为底物发酵生产丁醇

6．2．4 结果讨论

6．3 小结

第七章 结论

参考文献

作者简历