共固定化细胞发酵玉米秸秆水解液产乳酸的研究

【摘要】：近些年来从能量互换的角度来看,生物质资源是太阳能的另外一种转化形式,是绿色植物进行光合作用的另外一种结果,全世界范围内的生物质每年生成量达到155×109t。贮存在这些生物质贮存内的总能量是目前全世界每年消耗总量的10倍,可以说生物质资源是一种储存丰富、可再生的、潜在的良好的绿色能源。陆地植物细胞壁的成分主要由纤维素、半纤维素和木质素等组成。植物界碳含量的50%以上是由纤维素构成的。纤维素是以p-1,4糖苷键构成D-葡萄糖的大分子多糖。纤维素虽然组成简单,但它的空间结构是最为复杂的,它的不溶性在于它是以多个分子通过紧密排列构成丝状微小纤维,多个微小纤维彼此以缠绕的方式构成绳索状的密实空间结构。 所以本试验对玉米秸秆纤维进行了四种预处理,通过试验可以比较出稀酸处理在试验操作和成本上都是最为适宜的,并且在提高酶解得率上也是最高的,所以后续试验中用到预处理方法也是稀酸处理。而后又为了提高纤维素原料对乳酸的转化率,将富含纤维二糖酶的黑曲霉孢子和德氏乳酸菌细胞共固定在海藻酸钙凝胶珠中,将共固定化细胞体系与纤维素原料的酶水解相耦联,组建成新型串联式生物反应器,通过这种方法得到乳酸浓度高达54.5g/L,说明乳酸转化率很高。纤维素对乳酸的转化率为89.5%,比传统的固定化细胞的反应提高了29.4%。通过试验分别测定两种菌的配比、温度对共固定化细胞发酵纤维素酶水解液产乳酸的影响以及共固定化细胞与纤维素水解液最适反应体积比的确定。通过试验条件优化我们得出：两种菌的配比为1：1时,共固定化产乳酸的转化率最高,可达到84.4%左右。当温度为48℃时,乳酸转化率最高为83.2%。当共固定化细胞体积为60mL时,乳酸达到最大浓度42.45g/L。然后利用响应曲面法优化发酵产乳酸的工艺条件,建立了菌种配比(X1),温度(X2),共固定化细胞与纤维素水解液反应体积比X3)之间的数学模型：Y=45.38-1.17X1-137X2-1.57X3+1.06X1X2-1.99X1X3-3.20X2X3-2.99X12-3.34X22-7.06X32。最佳挤压工艺条件为：菌种配比1：2、温度48.51℃、共固定化细胞与纤维素水解液反应体积比22%,在此条件下,乳酸浓度可达到为45.75%。 【关键词】：玉米秸秆 共固定化 乳酸发酵 响应面优化
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ921.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 前言8-15
• 1.1 秸秆资源开发利用的国内外研究现状8-9
• 1.2 秸秆类纤维原料预处理研究现状9-12
• 1.3 共固定化细胞技术的国内外研究进展12
• 1.4 乳酸的利用价值12-13
• 1.5 研究的目的、意义和主要内容13-15
• 2 材料15-23
• 2.1 材料与仪器15-16
• 2.2 试验方法16-23
• 3 结果分析23-34
• 3.1 秸秆预处理结果分析23-29
• 3.2 乳酸发酵结果分析29-34
• 4 讨论34-35
• 4.1 预处理讨论34
• 4.2 共固定化发酵产乳酸讨论34-35
• 5 结论35-37
• 5.1 预处理结论35
• 5.2 共固定化发酵产乳酸结论35-36
• 5.3 创新点36-37
• 参考文献37-40
• 作者简介40-41
• 致谢41

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