利用玉米秸秆和淀粉同步糖化发酵生产乳链菌肽与乳酸的研究

【摘要】：全球每年会产生约2×1011吨的生物质能原料,在目前世界的能源消耗中生物质能消耗占世界总能耗的14%,仅次于石油、煤炭和天然气,位居第4位。而在发展中国家,生物质能耗达到50%以上。生物质能源中广泛利用的是木质纤维素和淀粉。淀粉的组成较简单,是葡萄糖残基由α-4-糖苷键连接形成。而纤维素的组成较复杂,组成部分主要有纤维素,半纤维素和木质素,这使得木质纤维素原料的利用受限。将生物质能源利用现代技术开发利用,对于促进社会和经济的发展以及改善生态环境具有重大意义。本论文共分三个部分,分别探讨了玉米秸秆同步糖化发酵条件优化、不同预处理方式及同步糖化发酵和淀粉同步糖化发酵条件优化。在第一部分中,利用汽爆秸秆作为底物,利用乳酸乳球菌(Lactococcus lactis subsp.lactis ATCC 11454)进行同步糖化发酵。以生成的乳链菌肽效价量和乳酸浓度为标准,分别探究了底物浓度、酶浓度,初始pH值以及氮源浓度四种因素。结果表明最佳底物浓度为3%,酶浓度为25FPU/g纤维素,初始pH值为6.0,氮源浓度10g/L。在最优条件下进行同步糖化发酵,产物乳链菌肽最高效价为1428.35IU/ml,乳酸最大浓度为10.64g/L。此部分也充分证明利用生物质同时生产乳链菌肽和乳酸两种产物的可行性。在第二部分中,采用4种不同预处理方法对玉米秸秆进行预处理,分别进行了成分分析,酶解和同步糖化发酵的研究。在成分检测中,以纤维素含量为主要检测标准。分别通过4种预处理方式处理后,秸秆的纤维素含量均有变化且含量相似,但半纤维素和木质素之间含量差距较大。利用不同预处理底物进行酶解糖化和同步糖化发酵,分别以葡萄糖含量和乳链菌肽与乳酸产量为标准,得出NaOH预处理效果最好,糖化率最高达到93%,乳链菌肽和乳酸最高产量分别为1889IU/ml和13.41g/L。在第三部分中,利用另一种生物质-淀粉作为底物同步糖化发酵生产乳链菌肽和乳酸。为了优化同步糖化发酵工艺,对底物淀粉浓度、糖化酶用量、CaCO3添加量、Tween-80对乳链菌肽和乳酸的形成的影响进行了研究。实验结果显示:在该同步糖化发酵工艺中,最适底物浓度为40g/L,糖化酶添加量为100U/g,CaCO3添加量为2.5%,Tween-80添加量为1ml。利用以上最优条件进行实验,得到的产物乳链菌肽最高效价为2516.42IU/ml,乳酸浓度为37g/L,达到理论产率的84%。 【关键词】：生物质 木质纤维素预处理 同步糖化发酵 乳链菌肽 乳酸
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ920.6
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-29
• 1.1 研究背景11
• 1.2 生物质能11-15
• 1.2.1 纤维素生物质11-13
• 1.2.2 木质纤维素的预处理13-15
• 1.2.3 淀粉15
• 1.3 发酵方法15-17
• 1.3.1 分步糖化发酵（SHF)15-16
• 1.3.2 同步糖化发酵 (SSF)16
• 1.3.3 同步糖化共发酵（SSCF）16
• 1.3.4 一步法（CBP)16-17
• 1.4 乳链菌肽结构与性质17-23
• 1.4.1 乳链菌肽的生物合成18-19
• 1.4.2 乳链菌肽的抑菌谱与抑菌机制19-20
• 1.4.3 乳链菌肽的发酵生产20-21
• 1.4.4 乳链菌肽的应用21-23
• 1.5 乳酸的物理化学性质23-28
• 1.5.1 乳酸的生产24-25
• 1.5.2 乳酸发酵生产的影响因素25-27
• 1.5.3 乳酸的应用27-28
• 1.6 本论文立题意义与研究内容28-29
• 第2章 汽爆秸秆同步糖化发酵产乳链菌肽与乳酸条件优化29-42
• 2.1 引言29-30
• 2.2 材料与方法30-37
• 2.2.1 材料与试剂30-31
• 2.2.2 实验仪器31
• 2.2.3 试剂配制31-32
• 2.2.4 汽爆秸秆同步糖化发酵产乳链菌肽和乳酸32
• 2.2.5 分析方法32-37
• 2.3 结果与讨论37-41
• 2.3.1 不同底物浓度对乳链菌肽和乳酸产量的影响37-38
• 2.3.2 不同纤维素酶添加量对乳链菌肽和乳酸产量的影响38
• 2.3.3 不同初始pH值对乳链菌肽和乳酸产量的影响38-40
• 2.3.4 不同氮源浓度对乳链菌肽和乳酸产量的影响40
• 2.3.5 汽爆秸秆在最优条件下的同步糖化发酵40-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第3章 秸秆的预处理及同步糖化发酵42-50
• 3.1 引言42-43
• 3.2 材料与方法43-46
• 3.2.1 原料与试剂43
• 3.2.2 主要仪器43-44
• 3.2.3 试剂配制44
• 3.2.4 秸秆的预处理44-45
• 3.2.5 不同条件预处理秸秆的酶解45
• 3.2.6 预处理秸秆同步糖化发酵生产乳链菌肽和乳酸的比较45
• 3.2.7 分析方法45-46
• 3.3 结果与讨论46-49
• 3.3.1 预处理秸秆成分含量测定46-47
• 3.3.2 预处理秸秆的糖化47-48
• 3.3.3 预处理秸秆的同步糖化发酵48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第4章 淀粉同步糖化发酵产乳链菌肽与乳酸条件优化50-59
• 4.1 引言50-51
• 4.2 材料与方法51-53
• 4.2.1 材料与试剂51
• 4.2.2 实验仪器51-52
• 4.2.3 试剂配制52
• 4.2.4 淀粉同步糖化发酵产乳链菌肽和乳酸52-53
• 4.2.5 分析方法53
• 4.3 结果与讨论53-57
• 4.3.1 不同底物浓度对乳链菌肽和乳酸产量的影响53-54
• 4.3.2 不同糖化酶添加量对乳链菌肽和乳酸产量的影响54
• 4.3.3 不同CaCO3添加量对乳链菌肽和乳酸产量的影响54-55
• 4.3.4 不同Tween-80添加量对乳链菌肽和乳酸产量的影响55-56
• 4.3.5 淀粉在最优条件下的同步糖化发酵56-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第5章 结论与研究展望59-61
• 5.1 结论59
• 5.2 研究展望59-61
• 参考文献61-71
• 致谢71

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