利用玉米加工廢棄物厭氧發(fā)酵制備丁二酸的研究.pdf

1、丁二酸是一種重要的碳四平臺化合物，廣泛應用于食品、醫(yī)藥、表面活性劑、綠色溶劑、生物可降解材料等領域。傳統(tǒng)丁二酸生產(chǎn)方法采用丁烷經(jīng)順丁烯二酸酐通過電解生產(chǎn)，因其污染大、成本高而嚴重抑制了丁二酸的發(fā)展?jié)摿?。與傳統(tǒng)化學法相比較，生物合成法采用可再生的生物質資源和溫室氣體二氧化碳為原料，具有不依賴化石原料、能耗低、環(huán)境污染小等諸多優(yōu)點，已成為全球性的研究熱點。目前隨著糧食價格上漲導致以傳統(tǒng)糧食性原料(葡萄糖、淀粉)為碳源厭氧發(fā)酵制備丁二酸的成本

2、較高，不利于生物合成法制備丁二酸的產(chǎn)業(yè)化。若能利用廉價的可再生生物質資源替代葡萄糖、淀粉等糧食性原料，不但可降低其原料成本，而且不會影響糧食安全，對促進生物合成法制備丁二酸產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。
　　 本文選用產(chǎn)琥珀酸放線桿菌NJ113為實驗菌株，利用玉米加工廢棄物(玉米皮與玉米芯)為原料厭氧發(fā)酵制備丁二酸，研究內容包括：建立水解糖液中總糖含量的快速檢測方法、玉米加工廢棄物稀酸水解工藝的優(yōu)化、水解糖液的脫毒脫鹽以及利用混合糖液發(fā)酵

3、制備丁二酸，主要研究結果如下：
　　 (1)DNS比色法測定戊糖與己糖的混合糖含量時存在較大誤差，故對DNS比色法進行合理改進。結果表明：采用改進DNS比色法測定玉米加工廢棄物多組分糖液中總糖含量的回收率在98.90％～100.81％之間，RSD=0.71％，明顯提高了DNS法測定混合糖含量的精確度，可用于多組分糖液中總糖含量的定量測定。
　　 (2)對玉米加工廢棄物酸水解制備混合糖液的工藝條件進行研究，以加酸量、物料粒

4、徑、水解溫度和反應時間作為主要考察因素，通過合理正交試驗獲得稀酸水解玉米加工廢棄物的優(yōu)化工藝條件如下：(Ⅰ)玉米皮水解工藝條件為加酸量1％、料液比18％、粒徑20～40目、水解溫度110℃、反應時間90min，該工藝條件下的總糖收率達到92.52％，總糖濃度為85g/L；(Ⅱ)玉米芯水解工藝條件為加酸量1％、料液比20％、粒徑20～40目、水解溫度126℃、反應時間90min，該工藝條件下的總糖收率達到90.11％，總糖濃度為60gg/

5、L。
　　 (3)針對兩種玉米加工廢棄物多組分糖液中各種發(fā)酵抑制物的特點，對其進行脫毒工藝的研究：(Ⅰ)玉米皮多組分糖液精制工藝條件為：活性炭用量1％、pH4.0、反應溫度30℃、反應時間30min，該工藝條件下精制后的糖液呈淺黃透明狀，各種抑制物的去除率依次為：糠醛75.43％、HMF53.63％、酚類化合物98.43％、甲酸4.84％、乙酸10.19％，糖液的脫色率為92.27％，總糖損失率僅為4.1％；(Ⅱ)玉米芯多組分糖

6、液精制工藝條件為：活性炭用量1％、pH4.0、反應溫度30℃、反應時間30min，并經(jīng)3mol/L Ca(OH)2去除硫酸根離子，該工藝條件下精制后的糖液呈無色透明狀，各種抑制物的去除率依次為：糠醛81.76％、HMF70.14％、酚類化合物99.40％、甲酸7.17％、乙酸12.10％、硫酸根離子99.97％，脫色率為97.42％，總糖損失率為12.47％。
　　 (4)以葡萄糖、木糖、阿拉伯糖的混合糖液為底物，考察玉米加工廢

7、棄物多組分糖液中各種抑制物(如糠醛、HMF、甲酸和乙酸)濃度對發(fā)酵制備丁二酸的影響，其外源性添加發(fā)酵抑制物的臨界濃度為：糠醛1.20g/L、HMF1.50g/L、甲酸4.00g/L、乙酸10.00g/L。
　　 (5)利用玉米加工廢棄物精制的多組分糖液替代葡萄糖作為碳源，經(jīng)Actinobacillus succinogenes NJ113厭氧發(fā)酵制備丁二酸：(Ⅰ)經(jīng)活性炭脫毒處理的玉米皮精制多組分糖液可替代葡萄糖作為碳源，當總糖