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

发布时间：2020-05-18 18:05

【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)、6~10 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10.63~11.70g·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、CO_2、有机酸、氨基氮、NH_4~+、尿素、SO_4~(2-)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CO_2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。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ926

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本文编号：2670116