一株拜氏梭菌利用甘蔗廢糖蜜生產(chǎn)丙酮丁醇的研究.pdf

1、丙酮、丁醇發(fā)酵作為一種轉(zhuǎn)化生物質(zhì)為液體燃料(丁醇)和工業(yè)原料的重要手段又重新引起人們的重視。丁醇作為一種重要的化學(xué)品和新一代的生物燃料，其生物法制備方法已逐漸成為世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。當(dāng)前迫切需要解決的是進(jìn)一步降低生物丁醇的制造成本，以獲得相對于石化合成路線的市場競爭優(yōu)勢。根據(jù)我國農(nóng)產(chǎn)品種植結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)丙酮丁醇發(fā)酵中最常用的底物主要是玉米、薯干、谷物等淀粉質(zhì)原料，這些農(nóng)產(chǎn)品一定程度上可作為日常生活用糧，也用作禽畜飼料和工業(yè)用糧?？紤]到國家

2、的糧食安全問題，生物丁醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展的出路在于非糧食類底物的高效利用以及木質(zhì)纖維素用于溶劑發(fā)酵并達(dá)到工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的水平。在纖維丁醇生產(chǎn)工藝處于尚難產(chǎn)業(yè)化，有待完善的條件下，利用非糧廉價(jià)原料糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)丙酮丁醇有易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)化、管道化、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可在糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)酒精工藝的基礎(chǔ)上不需增加大的投資,只需改換菌種和有相應(yīng)的工藝條件即可利用糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)出丙酮丁醇產(chǎn)品。
　　 已被鑒定的糖-發(fā)酵菌株大多數(shù)屬于拜氏梭菌，本研究采用購自德

3、國微生物菌種保藏中心（DSMZ）的一株拜氏梭菌（Clostridium beijerinckiiDSM6422）進(jìn)行甘蔗糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)丙酮丁醇的初步研究。研究從發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及發(fā)酵培養(yǎng)條件入手，包括對初始糖濃度、原料的預(yù)處理、外加氮源、最佳氮源濃度、碳酸鈣的添加量、種齡、接種量、溫度、pH各方面進(jìn)行考察。研究顯示：用甘蔗糖蜜作為原料須進(jìn)行預(yù)處理，否則糖蜜中所含的一些膠體、不溶固體顆粒等雜質(zhì)等對發(fā)酵影響很大，且用硫酸預(yù)處理糖蜜效果最好；由

4、于糖蜜中已經(jīng)含有一些氮元素，菌株對外加氮源的選擇性并不強(qiáng)，然而糖蜜中氮元素還不能完全滿足發(fā)酵的需要，故從生產(chǎn)成本考慮，須選擇相對廉價(jià)的硫酸銨作為外加氮源，其濃度為2g/L；因?yàn)樵摼暝诎l(fā)酵過程中pH的波動較大，所造成的惡劣的環(huán)境不利于菌的生長與發(fā)酵，所以添加碳酸鈣對pH進(jìn)行適當(dāng)?shù)木彌_，碳酸鈣的添加量為10g/L；種子菌活力是否旺盛直接影響著發(fā)酵的時(shí)間與質(zhì)量，通過對種子菌培養(yǎng)時(shí)間的考察，確定22h為種子菌的培養(yǎng)時(shí)間；接種量的大小對發(fā)酵也有

5、一定影響，實(shí)驗(yàn)確定了用6％（v/v）的作為發(fā)酵的最適接種量；溫度對發(fā)酵的速率，發(fā)酵的質(zhì)量有較大的影響，30oC為該菌的最佳發(fā)酵溫度；初始pH對菌的生長很重要且易于調(diào)控，通過研究得出該菌的最適初始pH為7.0。
　　 通過對該菌最適發(fā)酵培養(yǎng)基及發(fā)酵條件的研究，在最佳條件下?lián)u瓶發(fā)酵96h后發(fā)酵液中的丁醇濃度為10.32g/L，總?cè)軇┊a(chǎn)量為16.27g/L，丁醇和總?cè)軇┊a(chǎn)量分別都比原來增長了3倍，殘?zhí)菑?8.82g/L降到了6.82g

6、/L，糖的利用率提高了53.3％。用5L發(fā)酵罐進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，從而研究該菌的具體發(fā)酵特性，在擴(kuò)大培養(yǎng)中該菌利用糖蜜發(fā)酵的初始總糖濃度為60 g/L，96h時(shí)總?cè)軇舛葹?6.18 g/L，其中丁醇濃度為10.08 g/L，總?cè)軇┊a(chǎn)率為30.2％，糖利用率為89.3％。發(fā)酵水平與搖瓶相當(dāng)，說明搖瓶優(yōu)化實(shí)驗(yàn)合理，發(fā)酵罐的控制良好。
　　 通過在5L發(fā)酵罐中進(jìn)行兩段式控溫的研究，菌體生長時(shí)用37oC進(jìn)行培養(yǎng)，發(fā)酵溫度控制在30oC，發(fā)酵