纖維床反應(yīng)器固定化細(xì)胞厭氧高產(chǎn)乳酸和丁酸的研究.pdf

1、L-乳酸和丁酸是二種重要的有機(jī)酸類學(xué)品，目前主要由石油化工下游產(chǎn)品經(jīng)過多步化學(xué)合成進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。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(jìn)行生產(chǎn)就變得非常有意義。
　　首先開展了以菊芋干粉為原料生產(chǎn)L-乳酸的研究?？疾炝讼∷釤崴饩沼蟾煞鄣念A(yù)處理?xiàng)l件，在較優(yōu)條件下還原糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到79％。在典型纖維床固定化批次發(fā)酵模式下，產(chǎn)物L(fēng)-乳酸的終濃度120.5 g/L，糖酸得率為0

2、.92 g/g，生產(chǎn)率為1.0 g/(L·h)，比相同發(fā)酵條件下的游離細(xì)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(xì)胞補(bǔ)料發(fā)酵時(shí)， L-乳酸產(chǎn)量達(dá)到142 g/L，比游離補(bǔ)料發(fā)酵模式下提高了27.92％;糖酸轉(zhuǎn)化率為0.73 g/g，同比游離補(bǔ)料發(fā)酵提高了28.57％。經(jīng)過纖維床反應(yīng)器的馴化，菌體可以適應(yīng)高濃度底物的起始生長(zhǎng)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(chǎn)率為0

3、.82 g/(L·h)，糖酸轉(zhuǎn)化率為0.74 g/g。這一高濃度底物批次發(fā)酵不僅操作簡(jiǎn)易，而且可以獲得高濃度終產(chǎn)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(xì)胞生產(chǎn)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(bǔ)料發(fā)酵，丁酸濃度及得率均達(dá)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(chǎn)率為0.41 g/(L·h)。在固定化補(bǔ)料發(fā)酵中，

4、丁酸的濃度最高達(dá)到65.1 g/L，比游離細(xì)胞的補(bǔ)料發(fā)酵提高了73.6％。然后在5000 L纖維床反應(yīng)系統(tǒng)上成功進(jìn)行了丁酸發(fā)酵的中試規(guī)模放大，補(bǔ)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(zhuǎn)化率和生產(chǎn)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(dòng)型纖維床(MFBB)應(yīng)用于酪丁酸梭菌的固定化細(xì)胞發(fā)酵。通過在多孔懸浮球載體中填充棉纖維基質(zhì)，并將懸浮球放入通常的厭氧反應(yīng)器

5、中，構(gòu)成一個(gè)原位的含多個(gè)懸浮球的厭氧移動(dòng)型纖維床反應(yīng)系統(tǒng)。結(jié)果表明，這一MFBB系統(tǒng)能夠固定化大量菌體細(xì)胞，在批次和反復(fù)批次發(fā)酵模式中，丁酸的最高得率為0.48g/g，補(bǔ)料發(fā)酵時(shí)丁酸濃度可達(dá)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(duì)纖維床反應(yīng)器應(yīng)用于2種有機(jī)酸的發(fā)酵，不僅能夠大幅度提高產(chǎn)物生產(chǎn)效率，而且還發(fā)展了新型的纖維床反應(yīng)器形式，對(duì)這一類產(chǎn)品的厭氧發(fā)酵工