油脂酵母利用粗甘油发酵产微生物油脂的研究

发布时间：2017-12-18 16:40

  本文关键词：油脂酵母利用粗甘油发酵产微生物油脂的研究

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【摘要】：微生物油脂,又称单细胞油脂,具有与植物油脂相似的脂肪酸组成,是目前最具发展潜力的生物柴油油脂原料。但油脂微生物发酵采用的传统培养基成本过高,采用木质纤维素或工农业副产物为原料发酵产微生物油脂可有效降低其成本。粗甘油是生物柴油生产过程中的主要副产物,随着生物柴油生产规模的扩大,其量愈来愈大,对其有效回收利用成为生物柴油产业发展中必须解决的问题之一。利用粗甘油为培养基发酵产油脂,不仅可降低微生物油脂的生产成本,而且可以实现粗甘油的有效回收利用,因此,本课题对比研究不同油脂酵母利用粗甘油产油脂的情况,考察表面活性剂对其细胞生长和油脂积累的影响,并在5 L发酵罐中对发酵结果较好的油脂酵母进行扩大培养,建立相应的发酵动力学模型,为油脂微生物利用粗甘油发酵产油脂提供理论和实践依据。利用粗甘油为碳源考察了培养基组成和培养条件对发酵性丝孢酵母(Trichosporon fermentans)、皮状丝孢酵母(Trichosporon cutaneum)和斯达氏油脂酵母(Lipomyces starkeyi)发酵产油脂的影响。对T.fermentans、T.cutaneum和L.starkeyi而言,最适的甘油浓度分别为50 g/L、70 g/L和70 g/L。三种酵母菌进行油脂发酵适宜的氮源、碳氮比、接种量和pH分别为:酵母浸膏+蛋白胨、60、10.0%和6.0;而T.fermentans、T.cutaneum和L.starkeyi最适培养温度分别为28oC、30oC和30oC。在优化条件下,T.fermentans、T.cutaneum和L.starkeyi的最大生物量、油脂含量、油脂产率及油脂得率系数分别为16.04g/L、32.35%、5.19 g/L和0.16 g/g;17.35 g/L、32.15%、5.58 g/L和0.17 g/g以及21.06 g/L、35.70%、7.25 g/L和0.17 g/g。结果表明,三种酵母菌均可高效利用粗甘油产油脂,而与T.fermentans和T.cutaneum相比,L.starkeyi利用粗甘油发酵产油脂时获得更高的生物量、油脂含量和油脂产率。进一步研究了粗甘油中存在甲醇时对三种酵母菌发酵产油脂的影响,发现当甲醇浓度高达14 g/L时,T.fermentans、T.cutaneum和L.starkeyi的生物量和油脂含量无明显降低,可见,粗甘油中的甲醇未对油脂酵母的细胞生长和产物积累产生显著的抑制作用。因此,粗甘油是一种极具发展潜力的微生物油脂发酵培养基。为进一步提高酵母产油脂的能力,考察了表面活性剂(非离子、阳离子和阴离子表面活性剂)对三种酵母菌发酵产油脂的影响。研究发现在非离子表面活性剂中,Tween 80对三种酵母菌的细胞生长和油脂积累无明显影响。T.fermentans和L.starkeyi的生物量和油脂含量随PEG-200浓度的增加而下降,而对于T.cutaneum,即使PEG-200的浓度高达0.5 g/L时,T.cutaneum的生物量和油脂含量亦无显著变化。有趣的是,虽然Brij 35对三种酵母菌的细胞生长有抑制作用,但却能促进油脂的积累。阳离子表面活性剂DTAB、TTAB和BC对T.fermentans、T.cutaneum和L.starkeyi细胞生长和油脂积累均有显著的抑制作用,当其浓度为0.5 g/L时,酵母菌的生长完全停止。在阴离子表面活性剂中,SDS对三种酵母菌的细胞生长和油脂积累产生抑制作用;油酸钾对三种酵母菌的细胞生长无抑制作用,当其浓度为0.1 g/L时,能促进三种酵母菌的油脂积累;硬脂酸钠对T.fermentans的细胞生长和油脂积累无显著影响,而0.1 g/L的硬脂酸钠能够增加T.cutaneum和L.starkeyi的油脂含量。采用5 L发酵罐对摇瓶发酵效果最好的L.starkeyi进行分批扩大培养。发现L.starkeyi的生物量、油脂含量及油脂产率均随着发酵时间的延长而增加,第10天时达到最大值,分别为29.21 g/L、42.93%和12.47 g/L。基于logistic、Lueeking-Piret和Luedeking-Piret-like方程构建了L.starkeyi在发酵罐中细胞生长、油脂积累和甘油消耗的动力学模型,结果表明L.starkeyi在粗甘油中最大比生长速率和油脂合成与菌体生长的相关系数分别为0.40和0.56。本研究对促进粗甘油在微生物油脂发酵中的应用,降低微生物油脂的生产成本具有重要意义。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE667;TQ920.6

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