圆红冬孢酵母油脂生产加工副产物再利用的研究

发布时间：2017-07-26 00:08

  本文关键词：圆红冬孢酵母油脂生产加工副产物再利用的研究

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【摘要】：微生物油脂是具有广阔发展前景的新型油脂资源。有效利用微生物油脂生产加工过程产生的废弃物,可提高资源利用效率,显著改善其经济性,降低环境污染。为此,本论文以圆红冬孢酵母Rhodosporidium toruloides油脂生产为例,研究主要副产物菌渣、废甘油以及废水等再利用工艺,取得了如下结果。采用补料-批式培养模式制备R. toruloides含油60%(w/w)的菌体,利用研磨破碎-石油醚浸提工艺制备油脂和菌渣。分析结果表明：油脂中几乎不含磷脂和硫脂,而硫和磷两种元素很好的保留在菌渣中；菌渣中碳和氮元素分别达到干重的47.8%和3.6%,粗脂肪和粗蛋白含量分别为15.5%和22.5%,具有很好的开发利用价值。以R. toruloides胞壁多糖主要结构单糖葡萄糖和甘露糖的混合物为碳源,比较4种产油酵母的产油能力。结果表明R. toruloides油脂转化效率最高,达到0.2 g/g总糖,且能合成约200 μg/g DCW的类胡萝卜素；Lypomyces starkeyi能够同步利用葡萄糖和甘露糖,为富含葡萄糖和甘露糖的生物质转化产微生物油脂提供了新技术。建立了R. toruloides菌渣(SCM)再利用工艺----用于产油酵母培养和R. toruloides封闭/半封闭式循环发酵产油。研究发现SCM水解液(SCH)可直接用于培养产油酵母种子,效果达到或优于常用培养基YEPD;以SCH为营养源,葡萄糖为碳源培养产油酵母,半封闭循环模式下,经3次循环,生物量和油脂含量分别降低23%和24%；在封闭循环模式下,生物量和油脂含量变化均在5%左右。所有模式下类胡萝卜素含量低于200μg/g DCW。利用R. toruloides以SCH为营养源,玉米秸秆水解液为碳源进行发酵产油,半封闭循环模式生物量和油脂量的波动小于5%。封闭循环模式下,发酵废水回收利用效率可达90%,其中的营养物质得到回收利用的同时,降低了微生物油脂规模化生产造成水环境污染的风险。建立了R. toruloides两阶段转化粗甘油产油脂工艺。研究R. toruloides转化废甘油产油的性能,并考察培养条件和杂质对油脂和类胡萝卜素合成的影响,油脂得率可达0.20-0.22 g/g,达到理论得率的70%,比以往报道提高15%以上,与葡萄糖相当；类胡萝卜素含量不高于160μg/g DCW。最后,分析了利用酵母油脂生产加工副产物的物料平衡。表明副产物再利用不仅可实现酵母油脂的投入与产出的平衡,还可减少废弃物排放和环境污染,产生良好的环境效益和社会效益。
【关键词】：微生物油脂 菌渣 粗甘油 副产物 循环利用
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ641
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-15
• 图目录15-17
• 表目录17-19
• 1 绪言19-40
• 1.1 微生物油脂概述21-23
• 1.1.1 产油微生物的分类及特点21-22
• 1.1.2 酵母油脂的合成、种类和用途22-23
• 1.2 产油酵母菌株的筛选与改造23-25
• 1.2.1 产油酵母的筛选23-24
• 1.2.2 天然产油酵母菌株的筛选改造24-25
• 1.2.3 非产油酵母菌株的改造25
• 1.3 生产微生物油脂原料的开发和利用25-28
• 1.3.1 工业副产品25-26
• 1.3.2 甲壳素资源26-27
• 1.3.3 工业废水、城市污水的利用27
• 1.3.4 菊芋27
• 1.3.5 微藻生物质27
• 1.3.6 木质纤维素资源27-28
• 1.4 微生物油脂生产流程的优化28-30
• 1.4.1 原料预处理工艺的优化28-29
• 1.4.2 发酵过程的优化29-30
• 1.4.3 加工处理工艺的优化30
• 1.5 酵母油脂生产加工副产物的开发利用30-36
• 1.5.1 产油酵母菌渣30-32
• 1.5.2 废水32-33
• 1.5.3 色素33-34
• 1.5.4 磷脂34-35
• 1.5.5 粗甘油35-36
• 1.6 本论文的立题依据及研究思路36-40
• 1.6.1 组内研究R.toruloides已有的工作基础36-37
• 1.6.2 发酵副产物利用存在的问题37-39
• 1.6.3 研究工作设想39-40
• 2 R.toruloides油脂生产加工副产物构成的分析40-55
• 2.1 引言40
• 2.2 材料和方法40-45
• 2.2.1 菌株40-41
• 2.2.2 主要实验试剂41
• 2.2.3 主要实验仪器41
• 2.2.4 培养基41
• 2.2.5 实验方法41-42
• 2.2.6 分析方法42-45
• 2.3 结果与讨论45-54
• 2.3.1 R.toruloides含油菌体的制备45-46
• 2.3.2 油脂副产物组成分析46-48
• 2.3.3 菌渣水解条件的单因素考察48-52
• 2.3.4 水解条件的正交优化52-54
• 2.4 本章小结54-55
• 3 R.toruloides菌渣再利用工艺的研究55-77
• 3.1 引言55-56
• 3.2 材料与方法56-59
• 3.2.1 菌株56
• 3.2.2 主要的实验试剂56
• 3.2.3 主要实验仪器56-57
• 3.2.4 培养基57-58
• 3.2.5 培养方法58
• 3.2.6 分析方法58-59
• 3.3 结果与讨论59-75
• 3.3.1 常见产油酵母利用葡萄糖和甘露糖产油能力的比较分析59-64
• 3.3.2 菌株利用葡萄糖/甘露糖产油能力的比较分析64-65
• 3.3.3 SCM再利用工艺的可行性研究65-72
• 3.3.4 L.starkeyi同步利用葡萄糖甘露糖验证的研究72-75
• 3.4 小结75-77
• 4 R.toruloides两阶段转化粗甘油产油脂工艺的研究77-96
• 4.1 引言77-78
• 4.2 材料和方法78-80
• 4.2.1 菌株78
• 4.2.2 主要试剂78
• 4.2.3 主要设备78
• 4.2.4 培养基78-79
• 4.2.5 培养方法79
• 4.2.6 分析方法79-80
• 4.3 结果与讨论80-95
• 4.3.1 接种量与培养时间对利用甘油产油脂的影响80-82
• 4.3.2 甘油浓度对油脂和类胡萝卜素合成的影响82-84
• 4.3.3 发酵液pH对于油脂和类胡萝卜素合成的影响84-87
• 4.3.4 装液量对于油脂和类胡萝卜素合成的影响87-89
• 4.3.5 杂质对于油脂和类胡萝卜素合成的影响89-94
• 4.3.6 真实粗甘油的两阶段转化工艺的可行性94
• 4.3.7 脂肪酸成分分析结果94-95
• 4.4 R.toruloides转化粗甘油生产油脂过程中副产物的检测95
• 4.5 本章小结95-96
• 5 R.toruloides油脂副产物再利用质量衡算96-100
• 5.1 引言96
• 5.2 副产物再利用质量衡算96-99
• 5.2.1 菌渣和废水对生产原料投入影响的衡算96-97
• 5.2.2 粗甘油的再利用的影响97-98
• 5.2.3 其他副产物的产出98-99
• 5.2.4 氮元素的质量平衡99
• 5.3 本章小结99-100
• 6 结论与展望100-103
• 6.1 结论100
• 6.2 创新点100-101
• 6.3 展望101-103
• 6.3.1 L.starkeyi同步利用葡萄糖和甘露糖机理的研究101
• 6.3.2 胞壁多糖的开发利用101
• 6.3.3 R.toruloides异戊二烯途径和类胡萝卜素途径的改造101
• 6.3.4 絮凝型R.toruloides菌株的构建101-102
• 6.3.5 油脂分泌型产油酵母菌株的构建102
• 6.3.6 以玉米秸秆为碳源进行封闭式油脂循环发酵102-103
• 参考文献103-114
• 附录A 缩写词114-115
• 附录B DNS法测定葡萄糖和甘露糖标准曲线验证115-117
• 附录C 斯达氏油脂酵母同步利用葡萄糖甘露糖验证试验117-119
• 附录D 葡萄糖与木糖定量标准曲线119-120
• 附录E 两阶段发酵上清核磁及离子色谱检测结果120-123
• 附录F 甘油合成酵母油脂理论得率的计算123-125
• 致谢125-126
• 作者简介126-127

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本文编号：573878