利用玉米秸稈水解液發(fā)酵生產(chǎn)2，3-丁二醇.pdf

1、2,3-丁二醇是重要的化工原料及液體燃料，利用生物質轉化生產(chǎn)2,3-丁二醇是替代傳統(tǒng)化工合成的一種可行途徑。由于石油資源的日漸緊缺，利用廉價的木質纖維作為原料發(fā)酵生產(chǎn)2,3-丁二醇更具有競爭力和應用價值，本文以玉米秸稈作為初始原料，研究了預處理、纖維素酶解、單批發(fā)酵、分批補料發(fā)酵、同步糖化發(fā)酵等各環(huán)節(jié)的關鍵技術參數(shù)，研究結果對于促進非糧食原料的生物轉化利用具有重要意義。
　　 對玉米秸稈的預處理技術進行了研究，結果表明：稀酸處理

2、可以脫除大部分的半纖維素，稀堿處理可以脫除大部分的木質素。纖維素酶水解實驗結果表明：堿處理后玉米秸稈酶解液中的單糖含量較高，主要得益于木質素的高脫除，以及潤張后的纖維素成分更容易被纖維素酶所降解，稀堿預處理是一種有效的預處理方案。
　　 預處理過程引入了無機鹽，當代表性無機鹽Na2SO4濃度低于20g/L時，對后續(xù)發(fā)酵無明顯影響。乙酸和乙醇是主要的發(fā)酵副產(chǎn)物，當濃度分別超過20g/L和5g/L時，會對菌株生長產(chǎn)生明顯抑制作用。<

3、br>　　 發(fā)酵適宜的初始pH值為6.0～6.5，總糖濃度為80～100g/L。產(chǎn)酸克雷伯菌Klebsiella oxytoca ZU-03利用秸稈纖維素水解液單批發(fā)酵實驗表明，在總糖濃度80 g/L，30℃的條件下發(fā)酵64 h，總糖利用率可達到99.36％，2,3-丁二醇的質量濃度為37.20 g/L，產(chǎn)率為0.468 g/g，達到理論產(chǎn)率的93.6％。在此過程中實現(xiàn)了來自半纖維素和纖維素的五碳糖和六碳糖的共利用。
　　 單

4、批發(fā)酵中出現(xiàn)的底物抑制瓶頸可以通過分批補料策略來克服。研究表明12h是比較合適的補料起始時間，比較合適的單次補料量是15 g/L。補料成分的較佳碳氮比為16，連續(xù)發(fā)酵204 h產(chǎn)物濃度達到100.14 g/L，最高產(chǎn)量達到108.13g/L，相對于單批發(fā)酵，產(chǎn)量提高了190.7％，通過分批補料操作獲得了較高的產(chǎn)物濃度，對于降低下游的分離成本具有實際價值。
　　 同步糖化發(fā)酵法(Simultaneous saccharificat

5、ion and fermentation，SSF)生產(chǎn)2,3-丁二醇整合了酶解和發(fā)酵兩個重要環(huán)節(jié)，不但省去了酶解液處理步驟，而且提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。Klebsiella oxytoca ZU-03利用纖維原料同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)2,3-丁二醇的適宜的溫度為31℃，初始pH值為6.0，纖維素酶的合適用量為25 FPIU/g底物，纖維二糖酶用量是20 CBIU/g底物，SSF進行36 h，發(fā)酵液中2,3-丁二醇的濃度為23.30 g/L