基于混合菌群的水稻秸秆丁酸发酵过程优化与机制研究
发布时间：2021-01-09 18:34
木质纤维素类生物质的储量巨大，以其为原料的生物基产品及其生产技术对于化工产业的持续发展、能源安全保障和环境保护均具有重要意义，发展前景广阔。在木质纤维素的生物转化过程中，其水解糖化是关键技术之一，目前最为有效的方法是酶解。然而，高昂的酶制剂极大地限制了以木质纤维素为原料的生物基产品生产技术的发展。而基于混合菌群的发酵，无需使用昂贵的纤维素酶就能将木质纤维素原料转化为各种化学品。丁酸被广泛应用于化工、食品饮料和制药等行业，还可进一步转化为生物燃料丁醇，是一种高附加值的生物基产品，但其生物转化的商品化进程受到酶解糖化成本高、发酵副产物多及产率低等问题的严重制约。本文以开发避免使用纤维素酶试剂的基于混合菌群的木质纤维素生物质丁酸发酵技术为目标，进行了水稻秸秆的预处理、丁酸发酵混合菌群的选育、丁酸发酵系统的构建及效能调控等研究，并从微生物学、生理生态学和代谢调控等方面探讨了混合菌群发酵秸秆产丁酸的机理。研究采用碱对水稻秸秆进行预处理，在50℃条件下，经1%氢氧化钠溶液浸泡72h，木质素去除率可达66%左右，而84%的纤维素和71%的半纤维素得到保留。同时，以牛粪、猪粪堆肥、玉米地土壤和腐木等为...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
-酰CO磷酸12：乙-1梭菌的丁酸OA酰基转移酸转丁酰基酶乙酸激酶，1酸代谢途径[移酶，4：β-羟，8：丁酸激3：乙醛脱氢[5]
第 1 章 绪 论- 11 - 图1-3 植物中纤维素、半纤维素和木素结构示意图[49]Fig.1-3 Diagram of plant components cellulose, hemicelluloses and lignin[49]秸秆预处理的目的是破坏木质素、半纤维素的结合层；脱去木质素，增加有效比表面积；降低纤维素的聚合度与结晶度。常用的预处理方法可分为物理法、化学法、物理化学结合法和生物法4大类（见表1-5）。同时，理想的预处理技术必须满足以下几个条件：①可以极大地提高酶解效率；②最大程度地避免糖类的损耗；③避免对酶解和发酵过程有抑制作用的副产物的产生；④性价比高。表1-5 几种常见木质纤维素生物质预处理方式比较[48]Table 1-5 Lignocellulose pretreatment methods[48]预处理方式 过程描述 特点描述稀酸水解法 将原料粉碎成粒径1 mm左右的颗粒，加入较低浓度稀硫酸，加热至160～200℃，保温时间从几秒钟到几分钟，使半纤维素水解，半纤维素糖的得率能达到75%～90%适合于大多数木质纤维生物质，半纤维素的得率较高；要求反应器的耐高温、耐高压和耐腐蚀；物料粉碎处理的能耗占总能耗的30%；水解液需要用石灰进行脱毒处理浓酸水解法 较低的温度和压力下进行
图 1-5 pH 和 ORP 对产酸发酵类型的影响Fig.1-5 The effects of pH and ORP on fermentation types菌群发酵产酸反应器及工艺 展示的是一种旋转反应器，适用于高固体含量的发酵反应。由橡胶塞固定的不锈钢钢管在旋转过程中起到搅拌混匀底
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维床固定化酪丁酸梭菌发酵木薯渣水解液生产丁酸的研究[J]. 高振,江凌,朱丽英,林明,李燕萍. 安徽农业科学. 2012(33)
[2]一个产氢产乙酸菌互营共培养体的培养基优化[J]. 李建政,高晨晨,张立国,刘崇,金羽,张岩. 哈尔滨工业大学学报. 2011(10)
[3]中国粮食作物秸秆焚烧释放碳量的估算[J]. 赵建宁,张贵龙,杨殿林. 农业环境科学学报. 2011(04)
[4]工业化UASB厌氧颗粒污泥产氢产乙酸菌群分析[J]. 马俊科,刘春,吴根,杨景亮,郭建博,李再兴. 浙江大学学报(工学版). 2011(03)
[5]产氢产乙酸菌ZR-1的分离鉴定及产酸特性[J]. 习彦花,程辉彩,张丽萍,崔冠慧,马金亮. 微生物学通报. 2011(02)
[6]产氢产乙酸互营共培养体7-m-2a的生长代谢特性[J]. 刘枫,李建政,昌盛,陈忠林. 哈尔滨工业大学学报. 2010(06)
[7]中国秸秆资源数量估算[J]. 毕于运,高春雨,王亚静,李宝玉. 农业工程学报. 2009(12)
[8]秸秆成型加工技术的试验研究[J]. 庹洪章,刘建辉,谢祖琪,余满江. 西南大学学报(自然科学版). 2009(11)
[9]底物浓度对多级逆流工艺厌氧发酵城市污泥产酸的影响[J]. 郭磊,刘和,堵国成,陈坚. 食品与生物技术学报. 2009(04)
[10]丙酮-丁醇发酵分离耦合技术的研究进展[J]. 童灿灿,杨立荣,吴坚平,张林,陈欢林. 化工进展. 2008(11)
博士论文
[1]纤维床固定化酪丁酸梭菌发酵廉价生物质生产丁酸的研究[D]. 江凌.华南理工大学 2010
[2]城市污泥厌氧发酵产酸条件优化及其机理研究[D]. 刘晓玲.江南大学 2008
[3]城市生活垃圾厌氧消化的关键生态因子强化研究[D]. 张记市.昆明理工大学 2007
硕士论文
[1]纤维床固定化酪丁酸梭菌产丁酸的研究[D]. 项宜娟.浙江理工大学 2010
[2]纤维素酶的液体发酵与杨木生物转化乙醇[D]. 艾斌凌.中南林业科技大学 2009
本文编号：2967184
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
-酰CO磷酸12：乙-1梭菌的丁酸OA酰基转移酸转丁酰基酶乙酸激酶，1酸代谢途径[移酶，4：β-羟，8：丁酸激3：乙醛脱氢[5]
第 1 章 绪 论- 11 - 图1-3 植物中纤维素、半纤维素和木素结构示意图[49]Fig.1-3 Diagram of plant components cellulose, hemicelluloses and lignin[49]秸秆预处理的目的是破坏木质素、半纤维素的结合层；脱去木质素，增加有效比表面积；降低纤维素的聚合度与结晶度。常用的预处理方法可分为物理法、化学法、物理化学结合法和生物法4大类（见表1-5）。同时，理想的预处理技术必须满足以下几个条件：①可以极大地提高酶解效率；②最大程度地避免糖类的损耗；③避免对酶解和发酵过程有抑制作用的副产物的产生；④性价比高。表1-5 几种常见木质纤维素生物质预处理方式比较[48]Table 1-5 Lignocellulose pretreatment methods[48]预处理方式 过程描述 特点描述稀酸水解法 将原料粉碎成粒径1 mm左右的颗粒，加入较低浓度稀硫酸，加热至160～200℃，保温时间从几秒钟到几分钟，使半纤维素水解，半纤维素糖的得率能达到75%～90%适合于大多数木质纤维生物质，半纤维素的得率较高；要求反应器的耐高温、耐高压和耐腐蚀；物料粉碎处理的能耗占总能耗的30%；水解液需要用石灰进行脱毒处理浓酸水解法 较低的温度和压力下进行
图 1-5 pH 和 ORP 对产酸发酵类型的影响Fig.1-5 The effects of pH and ORP on fermentation types菌群发酵产酸反应器及工艺 展示的是一种旋转反应器，适用于高固体含量的发酵反应。由橡胶塞固定的不锈钢钢管在旋转过程中起到搅拌混匀底
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维床固定化酪丁酸梭菌发酵木薯渣水解液生产丁酸的研究[J]. 高振,江凌,朱丽英,林明,李燕萍. 安徽农业科学. 2012(33)
[2]一个产氢产乙酸菌互营共培养体的培养基优化[J]. 李建政,高晨晨,张立国,刘崇,金羽,张岩. 哈尔滨工业大学学报. 2011(10)
[3]中国粮食作物秸秆焚烧释放碳量的估算[J]. 赵建宁,张贵龙,杨殿林. 农业环境科学学报. 2011(04)
[4]工业化UASB厌氧颗粒污泥产氢产乙酸菌群分析[J]. 马俊科,刘春,吴根,杨景亮,郭建博,李再兴. 浙江大学学报(工学版). 2011(03)
[5]产氢产乙酸菌ZR-1的分离鉴定及产酸特性[J]. 习彦花,程辉彩,张丽萍,崔冠慧,马金亮. 微生物学通报. 2011(02)
[6]产氢产乙酸互营共培养体7-m-2a的生长代谢特性[J]. 刘枫,李建政,昌盛,陈忠林. 哈尔滨工业大学学报. 2010(06)
[7]中国秸秆资源数量估算[J]. 毕于运,高春雨,王亚静,李宝玉. 农业工程学报. 2009(12)
[8]秸秆成型加工技术的试验研究[J]. 庹洪章,刘建辉,谢祖琪,余满江. 西南大学学报(自然科学版). 2009(11)
[9]底物浓度对多级逆流工艺厌氧发酵城市污泥产酸的影响[J]. 郭磊,刘和,堵国成,陈坚. 食品与生物技术学报. 2009(04)
[10]丙酮-丁醇发酵分离耦合技术的研究进展[J]. 童灿灿,杨立荣,吴坚平,张林,陈欢林. 化工进展. 2008(11)
博士论文
[1]纤维床固定化酪丁酸梭菌发酵廉价生物质生产丁酸的研究[D]. 江凌.华南理工大学 2010
[2]城市污泥厌氧发酵产酸条件优化及其机理研究[D]. 刘晓玲.江南大学 2008
[3]城市生活垃圾厌氧消化的关键生态因子强化研究[D]. 张记市.昆明理工大学 2007
硕士论文
[1]纤维床固定化酪丁酸梭菌产丁酸的研究[D]. 项宜娟.浙江理工大学 2010
[2]纤维素酶的液体发酵与杨木生物转化乙醇[D]. 艾斌凌.中南林业科技大学 2009
本文编号：2967184
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/2967184.html
