连续发酵生产生物丁醇新工艺

摘要

随着能源危机的逐渐加剧，以可再生生物质能替代化石工艺路线十分必要。丁醇作为生物燃料具有一定的竞争优势。对于丁醇的生产，目前主要的瓶颈在于丁醇产物抑制导致菌体发酵丁醇浓度不高，需要采用连续化发酵策略实现丁醇的高效生产，并实现发酵分离耦合技术，解除丁醇的产物抑制，节约分离成本与能耗。
　　 本文立足与生物丁醇的高效连续化生产，通过进化工程手段筛选高产丁醇及高耐受丁醇的优势菌种，考察了菌体回收和细胞固定化连续发酵生物丁醇的工艺路线，并对甜高粱渣固定化过程中植物蜡对丁醇发酵影响进行探究。具体工作如下:
　　 (1)利用进化工程方法，连续驯化得到能够稳定遗传的高产丁醇菌株C.acetobutylicum ABE1201-1和ABE1201-2，批次丁醇发酵浓度分别达到14.6g/L和14.26g/L。筛选得到了丁醇耐受性达19g/L的高耐受菌株C.acetobutylicum ABE1301。
　　 (2)完成了二级菌体回收连续发酵不同稀释率的考察，稀释率在0.08/h时，丁醇发酵浓度维持在11～12g/L左右，残糖浓度维持在8～10g/L。在稀释率为0.16/h时平均的丁醇产量在～12.5g/L上下，ABE产量在20.5g/L左右。
　　 初步完成了二级菌体回收连续发酵与渗透汽化原位分离的耦合，成功分离得到含油水两相的透过侧液体，丁醇浓度在100～200g/L。
　　 (3)采用甜高梁渣为固定化载体发酵生产丁醇，优化了工艺参数，在反复批次培养考察过程中，固定化工艺稳定性较好，在10批次发酵过程中，丁醇浓度维持在10～12g/L的水平，ABE浓度维持在18～20g/L。考察了单级甜高粱渣固定化连续发酵丁醇情况。在稀释率为0.03/h的条件下，发酵液中丁醇浓度最大，达到～10g/L，ABE浓度在13.5g/L。当稀释率为率为0.12/h时，ABE产率最大，在～0.96g/L·h。
　　 (4)证实了高梁表皮植物蜡对生物炼制丁醇工艺过程中对梭菌的抑制作用，发现在植物蜡浓度为0.25g/L的发酵体系内，丁醇发酵浓度的抑制达到22.9％，ABE抑制达到25.4％。分析了植物蜡中的主要组分，对不同碳链的主要成分脂肪酸和脂肪醇的抑菌效果进行了对比分析。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

第一章 绪论

1．1 生物丁醇及其发展历史

1．1．1 生物丁醇概况

1．1．2 生物丁醇发展历史

1．2 丁醇发酵菌种及其筛选

1．2．1 丁醇发酵菌种

1．3 甜高梁及其研究进展

1．3．1 能源作物甜高梁

1．3．2 甜高梁研究进展

1．4 甜高梁表皮植物蜡及其研究进展

1．5 丁醇的发酵策略及细胞固定化技术

1．6 丁醇的发酵分离耦合

1．7 前人研究基础

1．8 本论文的研究思路和内容

第二章 产丁醇梭菌的筛选

2．1 引言

2．2 实验材料和方法

2．2．1 菌种和材料

2．2．2 培养基

2．2．3 筛选方法

2．2．3 分析方法

2．3 实验结果

2．3．1 ABE1201出发菌株性能鉴定

2．3．2 ABE1201菌株的复筛

2．3．2 高耐受产丁醇梭菌的筛选

2．4 小结

第三章 二级茵体回收连续发酵及渗透汽化耦联

3．1 引言

3．2 实验材料和方法

3．2．1 菌体和材料

3．2．2 培养基

3．2．3 渗透汽化膜的选择性及通量

3．2．4 装置及方法

3．2．5 分析方法

3．3 实验结果

3．3．1 单级连续发酵菌体回收实验

3．3．2 二级菌体回收连续发酵实验

3．3．3 二级菌体回收连续发酵耦合渗透汽化

3．4 小结

第四章 甜高梁渣固定化发酵生产丁醇

4．1 引言

4．2 实验材料和方法

4．2．1 菌种和材料

4．2．2 培养基及操作方法

4．2．3 分析方法

4．2．4 动力学方程

4．3 实验结果

4．3．1 固定化载体结构及菌体吸附情况

4．3．2 固液比对固定化发酵生产丁醇的影响

4．3．3 颗粒度对固定化发酵生产丁醇的影响

4．3．4 不同改性方法对固定化发酵生产丁醇的影响

4．3．5 反复批次固定化发酵生产丁醇

4．3．6 单级连续固定化发酵生产丁醇

4．4 小结

第五章 甜高梁表皮蜡抑制ABE发酵探究

5．1 引言

5．2 实验材料和方法

5．2．1 菌种和材料

5．2．2 分析方法

5．3 实验结果

5．3．1 不同高粱表皮蜡浓度的影响

5．3．2 高粱表皮蜡批次抑菌动力学

5．3．3 高梁表皮蜡主要成分分析

5．3．4 不同链长脂肪酸／醇的发酵抑制作用

5．4 小结

第六章 结论与建议

6．1 本研究的创新点

6．2 结论

6．3 建议

参考文献

附录Ⅰ 实验用试剂

附录Ⅱ 实验用仪器

研究成果和发表的学术论文

致谢