一種利用紅藻特征性硫酸多糖進行乙醇轉(zhuǎn)化的研究.pdf

1、目前，乙醇轉(zhuǎn)化的原料主要局限于淀粉及纖維素類等中性多糖，不但爭糧、爭地現(xiàn)象嚴重，而且原料預處理、糖化率提高及菌種對戊糖的利用等方面均進入了技術瓶頸階段，開發(fā)新型乙醇轉(zhuǎn)化原料勢在必行。海洋硫酸多糖作為一種聚陰離子多糖，來源廣泛、種類繁多、成本低廉，但在糖鏈的乙醇轉(zhuǎn)化方面卻未見報道；因此，基于海洋硫酸多糖將成為乙醇轉(zhuǎn)化的又一熱點。本文以紅藻特征性硫酸多糖-k-卡拉膠為原料，經(jīng)脫硫、專一降解酶系的定向水解及菌種發(fā)酵實現(xiàn)其乙醇轉(zhuǎn)化，研究了脫硫方

2、法的篩選和比較、k-卡拉膠及k-脫硫卡拉膠的結(jié)構分析、糖化參數(shù)的確定、糖化液組分分析及發(fā)酵工藝的優(yōu)化，初步探索了k-卡拉膠向乙醇轉(zhuǎn)化的可行性。主要研究結(jié)果如下：
　　 k-卡拉膠脫硫方法的篩選和比較：將k-卡拉膠通過改進的甲醇解法及有機溶劑法進行脫硫處理，以脫硫率、總糖得率、還原糖得率為指標，初步優(yōu)化出最佳的脫硫方法為甲醇解法。通過單因素試驗及正交試驗確定了甲醇解法的最佳脫硫條件為：底物濃度0.5％，HCl-甲醇濃度1.0 M，

3、溫度80℃，甲醇解時間20 h；在最適的甲醇解條件下，脫硫率達93％，總糖得率達90％，還原糖得率達18％。優(yōu)化的改進甲醇解法在脫硫率、總糖得率方面效果均優(yōu)于有機溶劑法。
　　 k-卡拉膠及k-脫硫卡拉膠的結(jié)構分析：采用紅外光譜對k-卡拉膠及k-脫硫卡拉膠進行結(jié)構分析，研究表明：同k-卡拉膠組分相比，k-脫硫卡拉膠原料的紅外吸收光譜圖有明顯的變化，總硫酸根的相對含量比值由2.2降至0.69，4-硫酸酯的相對含量比值由1.34降至

4、0.09，3，6-內(nèi)醚半乳糖的相對含量比值變?yōu)榱?。這說明經(jīng)改進甲醇解處理后的k-脫硫卡拉膠脫硫效果較好，而且改進甲醇法對3，6內(nèi)醚鍵有一定的破壞作用。因此，改進的甲醇解脫硫方法實現(xiàn)了硫酸多糖向中性糖的轉(zhuǎn)化，為進一步的糖化水解奠定了良好的基礎。
　　 k-脫硫卡拉膠糖化參數(shù)的優(yōu)化：將制備的k-脫硫卡拉膠經(jīng)不同的酶制劑(果膠酶、纖維二糖酶、纖維素酶、半纖維素酶、木瓜蛋白酶及卡拉膠酶)進行糖化水解，以還原糖得率為指標，初步篩選出最佳的

5、糖化酶制劑為果膠酶和纖維二糖酶。通過單因素試驗，初步優(yōu)化出果膠酶和纖維二糖酶的最佳pH為4.0、反應時間為72 h。基于單因素實驗，采用單一酶和復合酶分別對k-脫硫卡拉膠進行糖化水解，初步得出復合酶的水解效果較好。并通過響應面分析確定k-脫硫卡拉膠的最佳糖化參數(shù)為：果膠酶加酶量與纖維二糖酶加酶量比例為1.1:0.1(v/w：v/w)，反應時間為96 h，酶解溫度為55.48℃，在此條件基礎上進行糖化水解后，還原糖產(chǎn)量達81.29％。同時

6、，通過對k-脫硫卡拉膠及k-卡拉膠進行水解對比，結(jié)果表明k-脫硫卡拉膠的水解效果顯著優(yōu)于k-卡拉膠。因此，對k-脫硫卡拉膠糖化水解為后期的發(fā)酵工藝研究奠定了基礎。
　　 k-脫硫卡拉膠糖化液的組分分析：采用葡聚糖凝膠柱層析對k-脫硫卡拉膠糖化液進行分離純化，初步將不同分子量的組分分開，得到四個組分，其中組分4為主峰，分離效果較好。采用柱前衍生高效液相色譜(PMP-HPLC)測定了組分4的單糖組成，結(jié)果表明：組分4主要由半乳糖構成

7、，含量達65.15％。采用質(zhì)譜(MS)測定了組分4的單糖分子量，初步得出組分4的分子量為180 Da，證明k-脫硫卡拉膠糖化液可進一步經(jīng)適宜的菌種發(fā)酵后應用于生物乙醇的制備。
　　 k-脫硫卡拉膠糖化液發(fā)酵工藝的優(yōu)化：采用不同的乙醇轉(zhuǎn)化菌株對k-脫硫卡拉膠糖化液進行發(fā)酵，以乙醇產(chǎn)率為指標，初步篩選出最佳的發(fā)酵菌種為S。cerevisiae L-4。通過單因素試驗，初步確定了發(fā)酵工藝的最佳培養(yǎng)條件：2％半乳糖種子液，底物糖濃度為2

8、％，最佳的發(fā)酵液pH為5.0，接種量為8％，S.cerevisiaeL-4菌種發(fā)酵的最適溫度為42℃，反應時間72 h。同時，確定了無機鹽對菌種發(fā)酵的影響：硫酸銨添加量為3‰，磷酸鹽添加比例為5‰，鎂鹽添加比例為4‰。以1 g k-卡拉膠原料，經(jīng)以上的發(fā)酵條件得到乙醇產(chǎn)量達0.7g/100 mL發(fā)酵液，相當于0.273 g乙醇/g k-卡拉膠。
　　 本論文提供的k-卡拉膠的乙醇轉(zhuǎn)化方法具有原料蘊藏豐富、成本較低的特點，同時脫硫