利用玉米秸秆水解液制备生物柴油

发布时间：2020-06-16 19:49

【摘要】：单细胞油脂是制备生物柴油的重要组成部分,尽管生物柴油的应用范围广阔,但其较高的发酵生产成本限制了其商业化生产。为了有效降低原材料成本,实现廉价生物质材料的工业转换,基于生物质资源的经济型发酵工艺为研究目的,以生物柴油生产菌产油掷孢酵母,为出发菌株,对该菌株进行了一系列的菌种诱变及廉价碳源为底物的发酵条件优化研究。基于微生物油脂发酵生物质资源开发,讨论了玉米秸秆水解液中抑制剂对于油脂合成代谢过程中的影响,旨在为单细胞油脂的选育和廉价碳源的利用提供理论依据。具体操作与结论如下:1.考察优化诱变方法,比较紫外诱变分别与NTG和DES复合诱变,再分别采用马来酰肼和浅蓝菌素进行初筛,最后摇瓶发酵进行复筛。结果表明:当紫外照射时间30 s,DES诱变时间100 min,浅蓝菌素浓度17.9μmol/L时,突变株生物量,含油率及油脂产量较原始菌株分别提高了42.2%,60.0%,127.8%,说明此种复合诱变及筛选方法可以有效提高菌体的产油性能,且诱变后,不饱和脂肪酸的含量升高,二十碳脂肪酸的含量降低,说明油脂的低温流动性较原始菌株有所提高。2.考察混合碳源发酵对产油的影响。分别以木糖、葡萄糖和甘油为唯一碳源进行发酵产油,作为混糖对照结果,实验证明以葡萄糖为唯一碳源时发酵性能最优,生物量为30.7 g/L,含油率27.1%,油脂产量8.3 g/L。混碳发酵中,以葡萄糖和木糖为混合碳源,初糖浓度为3:1时,生物量27.3 g/L,含油率28.6%,油脂产量7.8 g/L;而以葡萄糖、甘油为混合碳源时,碳源比例对发酵结果影响不大,目标产物的收获量优于以甘油为唯一碳源时的产量;以木糖和甘油为混合碳源时,生物量急剧下降,最低为15.3 g/L,造成目的产物收获量不足,仅为2.9 g/L。3.考察玉米秸秆水解液中抑制剂对于菌株产油的影响。以糠醛为抑制剂时,在木糖为唯一碳源的培养基中,较低浓度的糠醛对菌株抑制明显,0.5 g/L时,菌体干重较对照降低了27.5%,含油率降低了13.9%,油脂产量降低了37.7%;而在含葡萄糖培养基中,糠醛浓度达到1.0 g/L才出现明显抑制,证明在葡萄糖培养基中菌株对糠醛的耐受性相较木糖培养基强。考察苯酚对菌株的抑制情况时发现,高浓度苯酚对菌株抑制明显,木糖培养基中菌株对苯酚的耐受性高于葡萄糖培养基;而低浓度苯酚(0.2 g/L),对木糖培养基则产生正效应。以乙酸为抑制剂时,0.9 g/L乙酸对木糖培养基中的菌株产生显著抑制;当其为1.2 g/L时,葡萄糖培养基中的菌株活力较低,生物量、含油率、油脂产量分别降低了29.6%、39.6%、55.9%。4.考察不同处理程度的玉米秸秆水解液的发酵能力。在玉米秸秆稀酸水解液中菌体的生物量、含油率和油脂产量分别为23.2 g/L,18.9%和4.4 g/L;在完全水解液中,经考察,最佳发酵时间为144 h,此时生物量为24.4 g/L,含油率达22.3%,油脂产量至5.4 g/L。
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE667
【图文】：

产油微生物,乙酰

图 1.2 产油微生物乙酰-CoA 合成1.2.3 微生物油脂研究进展目前对微生物油脂的研究多集中于发酵工艺和菌种改良，二者的研究方向、实验优化方法虽有不同，但最终目的却殊途同归，皆旨在提高产量。在发酵工艺方面，国内外的研究多集中于优化培养基成分、考察培养条件等，如碳源、氮源、无机盐的种类，含量，及彼此之间的搭配等。如江南大学马素梅等[16]对胶红酵母的发酵工艺进行考察，当发酵 5d，接种量为 12%，装液量为 30mL 时，此时菌株的生物量为 16.9 g/L，油脂产量为 4.4 g/L，含油率为 26.2 %；Kiran 等[17]以红冬孢酵母作出发菌株，粗甘油做碳源，此时菌株的生物量为 19.7g/L，油脂产量为 0.2g/g。本文以掷孢酵母作为出发菌株，考察了以葡萄糖、木糖、甘油及三者之间相互搭配作碳源时，菌株的产脂性能。菌株改良的方法一般包括诱变筛选和基因工程，国内外的学者对此进行了大量的实验。刘冬等[18]将一株油脂产量为 1.2 g/L 的酵母菌，通过 ARTP 诱变后，从 300 株存活菌株中得到一株名为 Y3的突变株，经培育后其油脂产量为2.4g/L，提高了 95.1%。

预处理

第 1 章绪论木质纤维素条件较为苛刻，在预处理时无法水解，往往需要通过添加纤维素酶才能使以被微生物所利用；半纤维素与之相比，水解条件则相对容易，在对木质预处理时，半纤维素往往已经水解为单糖了，微生物可以此为碳源发酵产用的化工产品。木质素的结构较为复杂，结构单元为苯基丙烷，具备芳香族的特性，以 C 键相连而成的无定型高分子化合物，其作用类似胶水，促使纤维素、半纤合[27,28]。结构决定性质，而性质决定用途，从结构上不难发现，木质素的单糖无关，难以为微生物所利用，又因其发挥的作用，大大降低了纤维素的利用率，同时，在预处理过程中还能产生抑制微生物生长繁殖的芳香酚。图 1.3 为不同预处理概述。

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