秸稈的催化水解和發(fā)酵制備2,3-丁二醇.pdf

1、2,3-丁二醇(2,3-BD)是一種重要的生物基化學(xué)品,以秸稈為原料制備2,3-BD對促進(jìn)秸稈原料的高值化利用具有重要意義。本文以麥稈和玉米芯為原料,通過預(yù)處理去除秸稈中的木質(zhì)素,利用酶催化水解將預(yù)處理后所得的纖維素和半纖維素降解為己糖和戊糖等可發(fā)酵的糖,并通過肺炎克雷伯氏桿菌的生理代謝將糖轉(zhuǎn)化為2,3-BD,最后從發(fā)酵液中分離出2,3-BD。
　　首先,對秸稈預(yù)處理和酶水解進(jìn)行研究,得出較優(yōu)的預(yù)處理?xiàng)l件:堿性H2O2溶液組成為2

2、％的NaOH和1.5%的H2O2,堿性H2O2與乙醇比為1:1,固液比1:20,80oC處理3h。處理后麥稈和玉米芯的木質(zhì)素脫除率分別達(dá)到91.0%和92.8%。酶水解條件優(yōu)化結(jié)果為:溫度50 oC,pH值4.8,初始底物濃度80 g/L,纖維素酶用量為28U/g(底物),β-葡萄糖苷酶用量為15U/g(底物),酶解80h,纖維素糖化率最高為87.6%。對酶催化水解后的麥稈和玉米芯水解液進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析,水解液主要成分為葡萄糖

3、和木糖。
　　其次,對2,3-BD的發(fā)酵條件進(jìn)行了探討,肺炎克雷伯氏桿菌代謝葡萄糖合成2,3-BD較優(yōu)發(fā)酵條件為:溫度30oC,起始pH值為7.0,搖床轉(zhuǎn)速150rpm,發(fā)酵96h,接種量8%(v/v),起始葡萄糖濃度為140g/L,蛋白胨濃度為6g/L;在此優(yōu)化條件下,2,3-BD濃度為61.78g/L。利用秸稈水解液發(fā)酵制備2,3-BD,發(fā)酵培養(yǎng)基為:起始還原糖濃度為120 g/L,蛋白胨濃度為6 g/L,加入0.05 g/L

4、的CaCO3,在發(fā)酵過程中控制pH在6.0到6.5之間,產(chǎn)物濃度最高可達(dá)到50.97g/L。在補(bǔ)料發(fā)酵中,以碳氮比為21:1的方式添加碳源和氮源,可使產(chǎn)物濃度最高達(dá)91.88g/L,占理論產(chǎn)率的86%,糖的利用率為94.95%。
　　最后,用乙醇/磷酸氫二鉀雙水相體系萃取2,3-BD,適宜的萃取條件為乙醇和磷酸氫二鉀的濃度分別是25%(w/w)和26%(w/w),此時(shí)2,3-BD的萃取率可達(dá)97.86%。通過調(diào)節(jié)pH值和加入乙醇對