本文關(guān)鍵詞：油脂酵母利用粗甘油發(fā)酵產(chǎn)微生物油脂的研究

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【摘要】：微生物油脂,又稱單細(xì)胞油脂,具有與植物油脂相似的脂肪酸組成,是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ纳锊裼陀椭�。但油脂微生物發(fā)酵采用的傳統(tǒng)培養(yǎng)基成本過(guò)高,采用木質(zhì)纖維素或工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物為原料發(fā)酵產(chǎn)微生物油脂可有效降低其成本。粗甘油是生物柴油生產(chǎn)過(guò)程中的主要副產(chǎn)物,隨著生物柴油生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大,其量愈來(lái)愈大,對(duì)其有效回收利用成為生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展中必須解決的問(wèn)題之一。利用粗甘油為培養(yǎng)基發(fā)酵產(chǎn)油脂,不僅可降低微生物油脂的生產(chǎn)成本,而且可以實(shí)現(xiàn)粗甘油的有效回收利用,因此,本課題對(duì)比研究不同油脂酵母利用粗甘油產(chǎn)油脂的情況,考察表面活性劑對(duì)其細(xì)胞生長(zhǎng)和油脂積累的影響,并在5 L發(fā)酵罐中對(duì)發(fā)酵結(jié)果較好的油脂酵母進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng),建立相應(yīng)的發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型,為油脂微生物利用粗甘油發(fā)酵產(chǎn)油脂提供理論和實(shí)踐依據(jù)。利用粗甘油為碳源考察了培養(yǎng)基組成和培養(yǎng)條件對(duì)發(fā)酵性絲孢酵母(Trichosporon fermentans)、皮狀絲孢酵母(Trichosporon cutaneum)和斯達(dá)氏油脂酵母(Lipomyces starkeyi)發(fā)酵產(chǎn)油脂的影響。對(duì)T.fermentans、T.cutaneum和L.starkeyi而言,最適的甘油濃度分別為50 g/L、70 g/L和70 g/L。三種酵母菌進(jìn)行油脂發(fā)酵適宜的氮源、碳氮比、接種量和pH分別為:酵母浸膏+蛋白胨、60、10.0%和6.0;而T.fermentans、T.cutaneum和L.starkeyi最適培養(yǎng)溫度分別為28oC、30oC和30oC。在優(yōu)化條件下,T.fermentans、T.cutaneum和L.starkeyi的最大生物量、油脂含量、油脂產(chǎn)率及油脂得率系數(shù)分別為16.04g/L、32.35%、5.19 g/L和0.16 g/g;17.35 g/L、32.15%、5.58 g/L和0.17 g/g以及21.06 g/L、35.70%、7.25 g/L和0.17 g/g。結(jié)果表明,三種酵母菌均可高效利用粗甘油產(chǎn)油脂,而與T.fermentans和T.cutaneum相比,L.starkeyi利用粗甘油發(fā)酵產(chǎn)油脂時(shí)獲得更高的生物量、油脂含量和油脂產(chǎn)率。進(jìn)一步研究了粗甘油中存在甲醇時(shí)對(duì)三種酵母菌發(fā)酵產(chǎn)油脂的影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)甲醇濃度高達(dá)14 g/L時(shí),T.fermentans、T.cutaneum和L.starkeyi的生物量和油脂含量無(wú)明顯降低,可見(jiàn),粗甘油中的甲醇未對(duì)油脂酵母的細(xì)胞生長(zhǎng)和產(chǎn)物積累產(chǎn)生顯著的抑制作用。因此,粗甘油是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ奈⑸镉椭l(fā)酵培養(yǎng)基。為進(jìn)一步提高酵母產(chǎn)油脂的能力,考察了表面活性劑(非離子、陽(yáng)離子和陰離子表面活性劑)對(duì)三種酵母菌發(fā)酵產(chǎn)油脂的影響。研究發(fā)現(xiàn)在非離子表面活性劑中,Tween 80對(duì)三種酵母菌的細(xì)胞生長(zhǎng)和油脂積累無(wú)明顯影響。T.fermentans和L.starkeyi的生物量和油脂含量隨PEG-200濃度的增加而下降,而對(duì)于T.cutaneum,即使PEG-200的濃度高達(dá)0.5 g/L時(shí),T.cutaneum的生物量和油脂含量亦無(wú)顯著變化。有趣的是,雖然Brij 35對(duì)三種酵母菌的細(xì)胞生長(zhǎng)有抑制作用,但卻能促進(jìn)油脂的積累。陽(yáng)離子表面活性劑DTAB、TTAB和BC對(duì)T.fermentans、T.cutaneum和L.starkeyi細(xì)胞生長(zhǎng)和油脂積累均有顯著的抑制作用,當(dāng)其濃度為0.5 g/L時(shí),酵母菌的生長(zhǎng)完全停止。在陰離子表面活性劑中,SDS對(duì)三種酵母菌的細(xì)胞生長(zhǎng)和油脂積累產(chǎn)生抑制作用;油酸鉀對(duì)三種酵母菌的細(xì)胞生長(zhǎng)無(wú)抑制作用,當(dāng)其濃度為0.1 g/L時(shí),能促進(jìn)三種酵母菌的油脂積累;硬脂酸鈉對(duì)T.fermentans的細(xì)胞生長(zhǎng)和油脂積累無(wú)顯著影響,而0.1 g/L的硬脂酸鈉能夠增加T.cutaneum和L.starkeyi的油脂含量。采用5 L發(fā)酵罐對(duì)搖瓶發(fā)酵效果最好的L.starkeyi進(jìn)行分批擴(kuò)大培養(yǎng)。發(fā)現(xiàn)L.starkeyi的生物量、油脂含量及油脂產(chǎn)率均隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,第10天時(shí)達(dá)到最大值,分別為29.21 g/L、42.93%和12.47 g/L。基于logistic、Lueeking-Piret和Luedeking-Piret-like方程構(gòu)建了L.starkeyi在發(fā)酵罐中細(xì)胞生長(zhǎng)、油脂積累和甘油消耗的動(dòng)力學(xué)模型,結(jié)果表明L.starkeyi在粗甘油中最大比生長(zhǎng)速率和油脂合成與菌體生長(zhǎng)的相關(guān)系數(shù)分別為0.40和0.56。本研究對(duì)促進(jìn)粗甘油在微生物油脂發(fā)酵中的應(yīng)用,降低微生物油脂的生產(chǎn)成本具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TE667;TQ920.6

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本文編號(hào)：1304899