基于ABE发酵的半固态废弃毕赤酵母资源化和减量化的研究

论文摘要

高密度废弃半固态毕赤酵母细胞难以处理、是一种典型的工业固体废弃生物质。半固态废弃毕赤酵母含有丰富的碳水化合物和蛋白质,可以通过厌氧发酵得到高效的消化和回收再利用。本论文通过对半固态废弃毕赤酵母进行适当预处理、形成废弃酵母处理悬浊液,并以玉米粉/废弃酵母处理液为混合原料进行ABE发酵,旨在提高糖的利用效率、ABE总发酵浓度和废弃酵母的资源化/减量化率。与此同时,解决ABE发酵原料成本高、生产严重亏损等问题。主要研究结果如下:（1）对废弃毕赤酵母的预处理方式,以及初始玉米粉用量、废弃酵母和NaOH投料量进行了优化。结果显示,它们的最佳用量或投料量分别是8%、80 g·L-1、610 g·L-1。（2）依据上述优化结果,在100 mL厌氧瓶中开展了ABE发酵实验。相比于对照组,使用玉米粉/废弃酵母处理液为混合底物的ABE发酵系统的总糖利用效率可从40%左右大幅提高到90%以上;玉米粉用量可以节省57%;丁醇产量可以稳定在10.6311.70g·L-1的较高水平,比8%玉米粉对照批次提高了92.92%112.31%,大幅改善了ABE发酵性能。（3）在7 L静态厌氧发酵罐上对目标产物、氨基酸、总糖/寡糖、CO2、有机酸、氨基氮、NH4+、尿素、SO42-等各种发酵参数（浓度）的动态变化进行了分析。结果发现,投入废弃酵母处理液后,混合培养基中二糖/三糖的有效利用是总糖利用效率大幅提升的主要原因,同时溶剂产量大幅提升。这样,不仅大幅提高了培养基中玉米粉的资源化,还实现了废弃毕赤酵母的资源化。（4）混合底物条件下的ABE发酵体系中,有机酸浓度最高达到3.51 g·L-1,废弃酵母的最大液化率约11%;总产气量也大幅提升,由来于废弃酵母的最大CO2气化率高达48%,两者共同作用极大地促进了废弃酵母碳水化合物的减量（液化和气化）。（5）对使用玉米粉/废弃酵母处理液为混合底物下的ABE总产量（资源化）与废弃酵母中碳水化合物利用率之间的关系进行了研究。结果表明,添加40 g·L-1废酵母处理液时,碳水化合物利用率高达65%左右,但总ABE浓度较低、仅有14 g·L-1;而添加80 g·L-1废酵母处理液时,碳水化合物利用率约为52%,但ABE浓度却能达到18 g·L-1的较高水平。以上分析结果与实验数据基本吻合,可对所需的总ABE浓度与碳水化合物利用率实施自由调整和设定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
•   1.1 概述
•     1.1.1 废弃毕赤酵母简介
•     1.1.2 ABE发酵简介
•     1.1.3 丁醇简介
•     1.1.4 丙酮简介
•   1.2 ABE发酵的相关研究进展
•     1.2.1 利用基因工程技术改良ABE发酵菌株
•     1.2.2 自由控制ABE发酵产品中丁醇/丙酮比例的研究
•     1.2.3 利用原位分离技术和微生物共培养技术改善ABE发酵性能
•     1.2.4 利用可再生、廉价的发酵原料进行ABE发酵
•   1.3 本论文主要研究内容
• 第二章 材料与方法
•   2.1 主要试剂、仪器和发酵原料
•     2.1.1 主要试剂
•     2.1.2 主要仪器
•     2.1.3 发酵原料
•   2.2 实验菌株
•   2.3 培养基
•     2.3.1 菌种保藏、活化培养基
•     2.3.2 发酵培养基
•   2.4 废弃毕赤酵母预处理
•   2.5 菌种活化和发酵方法
•     2.5.1 菌种活化方法
•     2.5.2 ABE发酵方法
•   2.6 分析检测方法
•     2.6.1 ABE发酵产气的测定
•     2.6.2 糖浓度的测定
•     2.6.3 ABE发酵产物浓度的测定
•     2.6.4 氨基酸浓度的测定
• 2SO₄ 浓度的测定'>    2.6.5 Na₂SO₄浓度的测定
•     2.6.6 尿素含量的测定
• 4⁺浓度的测定'>    2.6.7 NH₄⁺浓度的测定
•     2.6.8 氨基氮浓度的测定
• 第三章 结果与讨论
•   3.1 酸水解法处理半固态废弃毕赤酵母条件下的ABE发酵性能
•   3.2 碱水解法处理半固态废弃毕赤酵母条件下的ABE发酵性能
•     3.2.1 最佳初始玉米粉用量、废弃毕赤酵母/NaOH投放量的确定
•     3.2.2 利用玉米粉/废弃酵母混合原料提高ABE发酵稳定性
•     3.2.3 利用玉米粉/废弃酵母混合原料提高ABE发酵性能和总糖利用效率
•     3.2.4 以玉米粉/废弃毕赤酵母混合底物进行ABE发酵时氨基酸的产生和利用
•     3.2.5 以玉米粉/废酵母为底物的ABE发酵体系实现废弃固态酵母的资源化
•     3.2.6 以玉米粉/废酵母为底物的ABE发酵体系实现废弃固态酵母的减量化
•     3.2.7 在合成培养基中添加废弃毕赤酵母处理液的实验尝试
•     3.2.8 玉米粉/废弃毕赤酵母混合原料ABE发酵体系的初步经济性评价
• 主要结论与展望
•   主要结论
•   展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 :作者在攻读硕士学位期间发表的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 许萌

导师: 史仲平

关键词: 发酵,丁醇,丙酮丁醇梭菌,固体废弃物资源化,减量化,糖利用效率

来源: 江南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,一般化学工业

单位: 江南大学

分类号: TQ926

总页数: 46

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