甘蔗渣的乙醇钠预处理和发酵产乳酸研究

发布时间：2020-04-05 23:25

【摘要】：生物质能源是低碳可再生能源,其开发利用成为世界研究热点领域之一。由生物质发酵产生乳酸主要经过预处理、酶解和微生物发酵三个步骤。本研究以甘蔗渣为原料,首次用乙醇钠进行预处理,在最佳发酵条件下用同步糖化发酵和分步糖化发酵法产乳酸;首次探索用明矾对甘蔗渣的乙醇钠预处理水解液进行脱毒,获得明矾脱毒的最佳浓度,并从浊度、抑制物等方面初步探讨明矾脱毒的机理。经不同浓度的乙醇钠溶液预处理甘蔗渣发现,以总酶解效率为标准,乙醇钠浓度2%处理组为最优,此时总酶解效率为83.81%,纤维素和木聚糖含量分别为54.61%和28.67%,与未预处理相比,酶解效率明显上升。对凝结芽孢杆菌进行发酵条件的单因素和正交优化实验发现,当底物葡萄糖浓度为15g/L、氮源酵母提取物浓度为1.6%、发酵初始菌种OD_(600)为0.4时,发酵效果最优,乳酸最高乳酸得率达0.96 g/g。以2%乙醇钠预处理的甘蔗渣为底物,在最优条件下进行发酵实验,分步糖化发酵中,乳酸最高浓度为10.93 g/L,得率为0.59 g/g,平均生产速率为0.91 g/L/h;同步糖化发酵中,乳酸最高浓度仅5.89 g/L,得率0.32 g/g,平均生产速率为0.16 g/L/h。用不同浓度的明矾对预处理水解液进行脱毒,以酶解72 h还原糖浓度为指标,探究明矾的脱毒效果。0.5%乙醇钠预处理液对酶解过程抑制作用不明显,随着乙醇钠浓度的升高,预处理液对酶解的抑制作用增大。当乙醇钠浓度为2%时,加入的明矾浓度为1%时,脱毒效果最佳。此时水解液中葡萄糖和木糖含量分别为37.31 g/L和18.88 g/L,葡萄糖和木糖浓度比不添加明矾分别提高了71.13%和75.86%;预处理水解液的表观变化明显,浑浊度从212.67下降至38.14;抑制物香草醛、糠醛、对香豆酸和丁香酸的去除率分别为57.69%、4.35%、18.05%和100%。
【图文】：

抑制物,木质素纤维,预处理,糠醛

8图 1-1 木质素纤维素材料预处理过程中抑制物的产生[63]Fig. 1-1 Inhibitors liberation in pretreatment process of lignocellulosic materials目前，鉴定出来的酚类副产物只有几十种，主要有对羟基苯甲酸、香草酸、紫丁香羟基苯甲醛、香草醛、紫丁香醛、对香豆酸和阿魏酸等酚类化合物，主要来源于木质降解。在乙醇或者乳酸发酵过程中，酚类抑制物都是抑制作用最强的一类，，其中对羟甲醛对 B. coagulans 抑制作用最强[64, 65]。由于酚类的分子质量较小，可渗透到细胞膜害细胞膜，降低细胞活性，使延迟期变长，发酵过程进行缓慢[66]。呋喃类抑制物主要包括糠醛和 5-羟甲基糠醛两大类。醛类可以增加细胞膜的通透性g2+离子通道特别容易受到损伤。细胞受到损伤后，Mg2+以主动运输的方式进入胞内，酵解途径中的一些酶活性降低[67]。也有研究表明，糠醛的毒性和活性氧的形成有关，可以促进活性氧的形成，故生长温度较低的菌株可以耐受较高浓度的糠醛[68]。agulans 表现出对糠醛具有一定耐受能力。当在 B. coagulans 培养基中添加 1 g/L 糠醛

甘蔗渣,木质素,酸可溶性,预处理

图 2-1 不同浓度 C2H5ONa 溶液预处理后甘蔗渣的主要成分ASL：酸可溶性木质素；AIL：酸不可溶性木质素；Control：未经处理的甘蔗渣Fig. 2-1 Chemical components of SCB before and after pretreatments with differentconcentrations of C2H5ONaAIL, acid insoluble lignin; ASL, acid soluble lignin; Control, untreated SCB甘蔗渣经过预处理之后的主要成分含量如图 2-1 所示。甘蔗渣初始成分含量分别为纤维素 39.50%、木聚糖 23.51%、酸可溶性木质素 5.17%和酸不可溶性木质素 15.92%。经过预处理，随着 C2H5ONa 浓度升高，与未经预处理甘蔗渣相比，甘蔗渣中的酸不溶性木质素显著降低，当浓度达到 5%时，酸不溶性木质素仅为 2.68%，总木质素含量仅为 7.58%，木质素去除率达到 64.05%。酸可溶性木质素的含量在预处理前后没有明显变化。木质素的去除使得甘蔗渣中纤维素和木聚糖的含量得到相应的提高。当 C2H5ONa 浓度上升至 2%时，纤维素含量和木聚糖含量分别为 54.61%和 28.67%，与未经预处理相比，纤维素和木聚糖分别上升了 38.23%和 21.91%。但当 CHONa 浓度继续升高时，纤维素和木聚糖由 3%时
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ921.3

【参考文献】