论文-利用玉米秸秆水解液发酵生产2,3丁二醇

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1、浙江大学化学工程与生物工程学系硕士学位论文利用玉米秸秆水解液发酵生产2，3-丁二醇姓名：司阳申请学位级别：硕士专业：生物化工指导教师：夏黎明20100101浙江大学硕士学位论文摘要摘要2,3一丁二醇是重要的化工原料及液体燃料，利用生物质转化生产2，3．丁二醇是替代传统化工合成的一种可行途径。由于石油资源的日渐紧缺，利用廉价的木质纤维作为原料发酵生产2，3．丁二醇更具有竞争力和应用价值，本文以玉米秸秆作为初始原料，研究了预处理、纤维素酶解、单批发酵、分批补料发酵、同步糖化发酵等各环节的关键技术参数，研究结果对于促进非粮食原料的生物转化利用具有重要意义。对玉米秸秆的预处理技术进行了研究，结果表明：

2、稀酸处理可以脱除大部分的半纤维素，稀碱处理可以脱除大部分的木质素。纤维素酶水解实验结果表明：碱处理后玉米秸秆酶解液中的单糖含量较高，主要得益于木质素的高脱除，以及润张后的纤维素成分更容易被纤维素酶所降解，稀碱预处理是一种有效的预处理方案。预处理过程引入了无机盐，当代表性无机盐Na2S04浓度低于20g／L时，对后续发酵无明显影响。乙酸和乙醇是主要的发酵副产物，当浓度分别超过20班和5∥L时，会对菌株生长产生明显抑制作用。发酵适宜的初始pH值为6．0-,6．5，总糖浓度为80--,100g／L．产酸克雷伯菌KlebsiellaoxytocaZU．03利用秸秆纤维素水解液单批发酵实验表明，在总糖浓

3、度80∥L，30。C的条件下发酵64h，总糖利用率可达到99．36％，2，3．T-醇的质量浓度为37．20g／L，产率为0．468g／g，达到理论产率的93．6％．在此过程中实现了来自半纤维素和纤维素的五碳糖和六碳糖的共利用。单批发酵中出现的底物抑制瓶颈可以通过分批补料策略来克服。研究表明12h是比较合适的补料起始时间，比较合适的单次补料量是15g／L。补料成分的较佳碳氮比为16，连续发酵204h产物浓度达到100．14g／L，最高产量达到108．13g／L，相对于单批发酵，产量提高了190．7％，通过分批补料操作获得了较高的产物浓度，对于降低下游的分离成本具有实际价值。同步糖化发酵法(Sim

4、ultaneoussaccharificationandfermentation，SSF)生产2，3．丁二醇整合了酶解和发酵两个重要环节，不但省去了酶解液处理步骤，而且提高了生产效率，降低了成本。KlebsiellaoxytocaZU．03利用纤维原料同步糖化发酵生产2，3．T--醇的适宜的温度为31。c，初始pH值为6．0，纤维素酶的合适浙江大学硕士学位论文摘要用量为25FPIU／g底物，纤维二糖酶用量是20CBIU／g底物，SSF进行36h，发酵液中2，3．丁二醇的浓度为23．30g／L，产率为0．23g／g底物。利用玉米秸秆水解液发酵生产2，3．丁二醇，实现了农业废弃物的再利用。和化学合

5、成相比，生物转化过程相对比较温和，因此对设备的损耗和能源的需求较低。发酵得到了有用的化合物2，3．丁二醇。此过程的研究为促进可降解废弃物的生物转化和利用开拓了一个新的方向。关键词：玉米秸秆；预处理；纤维素；半纤维素；酶水解；2，3一丁二醇；分批补料发酵；同步糖化发酵II浙江大学硕士学位论文ABSTRACT2,3一butanediolisavaluablechemicalfeedstockandliquidfuel．Biologicalproductionof2,3一butanediolfrombiomassiSafeasiblealternativefortraditionalchemical

6、synthesis．Becauseoftheincreasingshortageofoilresources，fermentatveproductionof2,3-butanediolfromcheaplignocellulosematerialsbecomemoreandmorecompetiveandpracticable．Thisarticlestudiesthekeytechnicalparametersinpretreatment，cellulosehydrolysis，batchfermentation，fed．batchfermentation，simultaneoussacch

7、arificationandfermentationandotheraspectsusingCOrnstoverastheinitialrawmaterials，theresultshavesomesignificanceinpromotingbiotransformationofno—grainbiomass．Pretreatmentofcornstoverhasbeenstudied．Ther