木质纤维素原料干法生物炼制生产L-赖氨酸

发布时间：2020-08-14 19:03

【摘要】：L-赖氨酸是仅次于谷氨酸的大宗氨基酸发酵产品,目前工业上主要使用玉米、小麦和木薯等淀粉质原料发酵生产。利用木质纤维素原料替代淀粉质原料进行L-赖氨酸的生产能够显著降低原料成本和提高产量,对L-赖氨酸的市场拓展和化学品应用具有重要意义。本论文以玉米秸秆为原料,经过干酸预处理、固态生物脱毒、酶解糖化后得到葡萄糖,使用对木质纤维素来源抑制物具有较强耐受性的谷氨酸棒杆菌(Corvnebacterium glutamicum)SIUM B253作为发酵菌株生产L-赖氨酸。C glutamicurr SIIM B253利用玉米秸秆水解液进行L-赖氨酸发酵,初始阶段仅能积累7.3 g/L的L-赖氨酸,得率为0.13 g L-赖氨酸/g葡萄糖。通过优化添加到水解液中的营养成分和发酵条件,L-赖氨酸浓度和得率分别增加至14.7 g/L和0.29 g L-赖氨酸/g葡萄糖,分别比初始时提高了一倍以上。提高酶水解过程的玉米秸秆固体含量后,水解液中可发酵单糖浓度提高,添加L-甲硫氨酸(0.15 g/L)和L-苏氨酸(0.5 g/L)可以积累到28.4 g/L的L-赖氨酸。当尝试以同步糖化与发酵的方式进行玉米秸秆原料的L-赖氨酸发酵时,由于酶水解和发酵过程的最适pH值(分别为4.8和7.0)和最适温度(分别为50℃和30℃)不一致,同步糖化与发酵过程(pH 7.0、30℃)中纤维素酶的活性较低,酶水解获得的葡萄糖较少,与分步糖化与发酵相比,L-赖氨酸积累基本没有得到改善。当采取酶水解和L-赖氨酸发酵分阶段序贯进行的策略时,即在最适的酶水解pH值(4.8)和温度(50℃)下完成较为彻底的酶水解,然后不经固液分离直接调整水解液浆的pH值和温度至L-赖氨酸发酵条件(pH 7.0、30℃),L-赖氨酸的发酵性能得到较大提升。在玉米秸秆固体含量为30%(w/w)的条件下,L-赖氨酸的浓度、得率和产率分别达到33.8 g/L、0.24 g L-赖氨酸/g纤维素和0.28 g/L/h,均比分步糖化与发酵明显提高。本文以玉米秸秆为原料,通过优化发酵过程提高L-赖氨酸发酵水平,展示了利用木质纤维素原料替代淀粉质原料进行L-赖氨酸生产的潜力,为今后利用木质纤维素原料生产L-赖氨酸提供参考。
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ922.3
【图文】：

木质纤维素,半纤维素

物焚烧引起的环境污染。逡逑１．３．１木质纤维素逡逑如图１．２所示，木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素三种聚合物组成，还逡逑有少量的可溶性组分［４４］。木质纤维素中的纤维素与半纤维素相互缠绕，并被木质素所包逡逑裹。纤维素由Ｄ－葡萄糖亚基组成，通过卩－１，４－糖苷键连接，是大多数植物细胞壁的主要逡逑成分。半纤维素具有无规则和无定形的结构，由木聚糖、半乳甘露聚糖、阿拉伯木聚糖逡逑和葡甘露聚糖等几种杂聚物组成不同植物之间的半纤维素组成是高度可变的，软木逡逑中的半纤维素主要由葡甘露聚糖组成［４６］，而硬木中的半纤维素主要由木聚糖组成［３９］，玉逡逑米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、甘蔗渣等几种农业废弃物的半纤维素主要由木聚糖组成逡逑半纤维素的杂聚物由不同的５碳和６碳单糖单元组成，包括戊糖（木糖、阿拉伯糖），逡逑己糖（甘露糖、葡萄糖、半乳糖）和乙酰化糖［４５］。木质素是由芳香族化合物聚合而成，逡逑主要包括对羟苯基类、愈创木酚基类和丁香基类等三种酚类单体［４８］。在不同来源的木质逡逑纤维素中

添加量,硫酸铵,赖氨酸,菌体生长

添加量分别为邋５、１０、１５、２０、３０邋ｇ／Ｌ。发酵条件：３０邋°Ｃ、初始邋ｐＨ邋７．０、２００邋ｒｐｍ、１０％邋（ｖ／ｖ）接种逡逑量，每４ｈ用５ＭＮａＯＨ调节ｐＨ为７．０。逡逑从图２．２ａ可以看出，当硫酸铵添加量由５ｇ／Ｌ提高至２０ｇ／Ｌ，菌体的生长没有明显逡逑变化，但是当硫酸铵添加量达到３０邋ｇ／Ｌ，菌体生长受到抑制，最大ＯＤ６ＱＧ由１９．４降低至逡逑１４．５，菌体生物量减少，这表明了过高的硫酸添加量不利于菌体在水解液中生长。在图逡逑２．２ｂ中，硫酸铵添加量为５、１０、１５、２０、３０邋ｇ／Ｌ时，分别积累Ｌ－赖氨酸３．８、７．５、１２．０、逡逑１２．６和１１．４ｇ／Ｌ，得率分别为０．０８、０．１５、０＿２６、０．２８和０＿２６ｇＬ－赖氨酸／ｇ葡萄糖。硫酸逡逑

木质纤维素原料干法生物炼制生产L-赖氨酸

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【参考文献】