重組大腸桿菌KO11連續(xù)發(fā)酵海帶工業(yè)殘?jiān)a(chǎn)乙醇的不同工藝研究.pdf

1、海帶是海藻工業(yè)的重要原料，主要用于提取甘露醇、褐藻膠、礦質(zhì)元素等。海帶加工過程中會產(chǎn)生大量海帶殘?jiān)?，這種殘?jiān)型斜刃迈r海帶更豐富的纖維素與半纖維素，本課題以海帶工業(yè)殘?jiān)鼮樵希灾亟M大腸桿菌KO11為發(fā)酵菌株，對連續(xù)化水解發(fā)酵產(chǎn)乙醇工藝進(jìn)行了研究。本研究主要對原料的稀硫酸預(yù)處理?xiàng)l件、菌種發(fā)酵條件以及木質(zhì)纖維素乙醇共發(fā)酵工藝進(jìn)行了探索，并比較了不同發(fā)酵方式的特點(diǎn)，得到了一種以海帶工業(yè)殘?jiān)鼮樵舷蛏镆掖嫁D(zhuǎn)化的高效工藝。
　　本

2、實(shí)驗(yàn)首先分析了海帶渣的組分，采用NREL法測得其纖維素與半纖維素含量分別為25.88％、12.52%，以及少量酸不溶性木質(zhì)素，說明其具有作為生物乙醇轉(zhuǎn)化的潛力。
　　其次，綜合目前的技術(shù)條件與成本考慮，本實(shí)驗(yàn)采用稀硫酸預(yù)處理方式，考察了硫酸濃度、底物濃度對酶解率的影響，對預(yù)處理方式進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：硫酸濃度與底物濃度能明顯影響酶解率，得到最佳的預(yù)處理?xiàng)l件為：硫酸濃度2%（w/v）、底物濃度12.5%、121℃反應(yīng)1h，達(dá)到最高

3、酶解率93.32%。
　　KO11可以利用多種還原糖代謝生產(chǎn)乙醇，能夠提高原料利用率，是理想的乙醇發(fā)酵菌種之一。本環(huán)節(jié)對其發(fā)酵多種單糖的能力進(jìn)行了研究，并對其發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化，以溫度、pH、振蕩方式為因素，確定最佳發(fā)酵條件，最后對糖耐受性、雙糖混合發(fā)酵能力進(jìn)行了研究。結(jié)果為：(1) KO11發(fā)酵單糖生產(chǎn)乙醇的最佳條件：20g/L葡萄糖濃度，37℃、pH5.5、振蕩發(fā)酵4h后靜置發(fā)酵20h，20g/L木糖濃度37℃、pH5.5、振蕩

4、發(fā)酵12h后靜置發(fā)酵15h，相應(yīng)的最高乙醇轉(zhuǎn)化率分別為94.81%、94.15%；(2)KO11在43℃時仍有較高的乙醇轉(zhuǎn)化能力；(3)KO11能高效利用巖藻糖、木糖、甘露糖、半乳糖、葡萄糖轉(zhuǎn)化乙醇；(4)KO11能夠在高達(dá)50g/L的糖濃度下發(fā)揮正常的乙醇轉(zhuǎn)化能力；(5)在葡萄糖與木糖共存時KO11能夠優(yōu)先利用葡萄糖，直到葡萄糖濃度低于4g/L時KO11對木糖的利用率才會提高。
　　原料的利用和菌種的發(fā)酵能力是影響乙醇產(chǎn)量的重要

5、因素，而發(fā)酵方式對原料的水解與菌種的發(fā)酵效果也有重要影響。因此，恰當(dāng)?shù)陌l(fā)酵工藝能夠?yàn)樯锇l(fā)酵乙醇的產(chǎn)量的提高提供科學(xué)的指導(dǎo)。針對KO11的發(fā)酵特性，本環(huán)節(jié)主要對三種發(fā)酵工藝——分步糖化共發(fā)酵、同步糖化共發(fā)酵、不等溫同步糖化共發(fā)酵——進(jìn)行了考察，在不等溫同步糖化共發(fā)酵方式中討論了不同預(yù)水解時間對發(fā)酵結(jié)果的影響。此環(huán)節(jié)將原料預(yù)處理、酶水解與菌種發(fā)酵結(jié)合為一體，實(shí)現(xiàn)了海帶殘?jiān)镛D(zhuǎn)化工藝的連續(xù)化生產(chǎn)，以酶解和最終產(chǎn)物乙醇轉(zhuǎn)化率的綜合考量為標(biāo)準(zhǔn)