抗生素发酵菌丝在离子液体中的溶解及其利用

发布时间：2020-07-20 13:38

【摘要】：我国是世界上最大的抗生素生产国,每年约有200万吨抗生素发酵菌渣作为危险固体废弃物亟待处理。菌丝是菌渣的主要组成成分,菌丝中含有大量蛋白质、几丁质、葡聚糖等聚合物,具有较高的资源化利用价值。但菌丝在水、稀酸、稀碱和常规有机溶剂中均很难溶解,限制了菌体中聚合物的提取及利用。本文以青霉素发酵菌丝为研究对象,研究了菌丝在离子液体(ILs)中的溶解过程,探索了离子液体类型与溶解性能的关系,阐明了菌体溶解及其再生的机理,建立了菌丝中聚合物高效溶解与回收新工艺,为抗生素发酵菌渣的资源化利用提供一种新方法。本论文的主要研究内容及结果如下:(1)研究了不同类型离子液体、以及有机溶剂-离子液体复合溶剂体系对菌丝的溶解行为,考察了影响溶解过程的关键因素,确定了最佳溶解体系和溶解工艺。实验结果表明,以亲水性离子液体为溶剂,在常温下可以实现菌丝的良好溶解,菌丝的溶解度随着温度的升高而增大。[Bmim]Ac对青霉素菌丝具有最佳的溶解性能,最佳工艺条件为:温度90℃、[Bmim]Ac与菌丝质量比3.90:1、溶解时间60min。在最佳工艺条件下,菌丝的溶解率和溶解度分别达到84.70%(wt)和43.08g·mol-1。极性非质子溶剂与[Bmim]Ac存在菌丝溶解协同效应,菌丝在DMSO/[Bmim]Ac复合溶剂中的溶解度提高了35.50%。(2)采用溶剂化显色探针研究了离子液体溶解菌丝的构效关系,采用核磁共振、红外光谱表征了菌丝的溶解机理。结果表明,离子液体阴离子的氢键接受能力、阳离子的氢键给予能力均与菌丝溶解度间存在正相关的线性关系。核磁共振、红外光谱结果表明,离子液体与菌丝间形成氢键是菌丝溶解过程的推动力。离子液体[Bmim]Ac的作用位点为Ac-中C=O与C-O的电负性氧原子与咪唑环中H2、H4、H5。(3)基于离子液体高效溶解菌丝的研究结果,进一步研究了溶解液中聚合物的回收过程,考察了不同沉淀剂对聚合物回收得率的影响,建立了聚合物的回收工艺,制备了片状聚合物产品,分析了产品的元素组成,采用FT-IR光谱分析了聚合物沉淀再生机理。结果表明,沉淀剂的氢键给予能力影响聚合物回收得率。以水为沉淀剂时,沉淀与浓缩蒸干两步回收总得率为73.93%。经沉淀回收的产物主要为蛋白质与总糖,蛋白质和总糖质量分数分别为44.59%和48.47%。萃取除去离子液体后,浓缩蒸干的产物主要为水溶性糖类。在聚合物的沉淀回收过程中,聚合物内的官能团重新形成了氢键,实现了聚合物与离子液体的分离。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X705;TQ413.2

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