纖維床反應器固定化細胞厭氧高產乳酸和丁酸的研究.pdf

1、L-乳酸和丁酸是二種重要的有機酸類學品，目前主要由石油化工下游產品經過多步化學合成進行工業(yè)化生產。由于石油和煤炭等化石資源具有不可再生和易快速消耗的特性，通過環(huán)境友好的且基于可再生性資源的生物過程進行生產就變得非常有意義。
　　首先開展了以菊芋干粉為原料生產L-乳酸的研究。考察了稀酸熱水解菊芋干粉的預處理條件，在較優(yōu)條件下還原糖轉化率達到79％。在典型纖維床固定化批次發(fā)酵模式下，產物L-乳酸的終濃度120.5 g/L，糖酸得率為0

2、.92 g/g，生產率為1.0 g/(L·h)，比相同發(fā)酵條件下的游離細胞批次發(fā)酵模式分別提高了30.2％、35.3％和50％。采用固定化細胞補料發(fā)酵時， L-乳酸產量達到142 g/L，比游離補料發(fā)酵模式下提高了27.92％;糖酸轉化率為0.73 g/g，同比游離補料發(fā)酵提高了28.57％。經過纖維床反應器的馴化，菌體可以適應高濃度底物的起始生長環(huán)境，最高起始還原糖濃度為186 g/L，最終L-乳酸濃度為137.5 g/L，生產率為0

3、.82 g/(L·h)，糖酸轉化率為0.74 g/g。這一高濃度底物批次發(fā)酵不僅操作簡易，而且可以獲得高濃度終產物，提高發(fā)酵效率。
　　其次，開展了纖維床固定化酪丁酸梭菌細胞生產丁酸的研究。以木薯雙酶糖化液為碳源開展固定化批次和補料發(fā)酵，丁酸濃度及得率均達到與使用葡萄糖為碳源的發(fā)酵水平。在不添加任何氮源的批次發(fā)酵中，固定化發(fā)酵的丁酸濃度為33.4g/L，得率為0.48 g/g，生產率為0.41 g/(L·h)。在固定化補料發(fā)酵中，

4、丁酸的濃度最高達到65.1 g/L，比游離細胞的補料發(fā)酵提高了73.6％。然后在5000 L纖維床反應系統(tǒng)上成功進行了丁酸發(fā)酵的中試規(guī)模放大，補料發(fā)酵的丁酸濃度為51.63 g/L，與游離發(fā)酵相比提高了40％，而且批次發(fā)酵的平均糖酸轉化率和生產率分別比游離發(fā)酵分別提高了37％和67％。
　　最后研發(fā)了新型的移動型纖維床(MFBB)應用于酪丁酸梭菌的固定化細胞發(fā)酵。通過在多孔懸浮球載體中填充棉纖維基質，并將懸浮球放入通常的厭氧反應器

5、中，構成一個原位的含多個懸浮球的厭氧移動型纖維床反應系統(tǒng)。結果表明，這一MFBB系統(tǒng)能夠固定化大量菌體細胞，在批次和反復批次發(fā)酵模式中，丁酸的最高得率為0.48g/g，補料發(fā)酵時丁酸濃度可達到65.4 g/L。這一系統(tǒng)也能用于高濃度葡萄糖間歇發(fā)酵，最終得到的丁酸濃度為64.2 g/L。
　　總之，本論文對纖維床反應器應用于2種有機酸的發(fā)酵，不僅能夠大幅度提高產物生產效率，而且還發(fā)展了新型的纖維床反應器形式，對這一類產品的厭氧發(fā)酵工