【摘要】：丁醇因其優(yōu)越的燃燒性能成為最具前景的生物燃料之一,它通常以可再生資源為原料,經(jīng)丙酮-丁醇-乙醇(ABE)發(fā)酵獲得。盡管ABE發(fā)酵曾是最古老的大規(guī)模發(fā)酵工藝之一,但由于預(yù)處理成本高,菌株對糖的利用率低以及發(fā)酵液中丁醇濃度低等問題,導(dǎo)致丁醇的生物煉制仍然不具有經(jīng)濟競爭力。本論文以玉米秸稈為原料,對其進行兩步預(yù)處理,并對預(yù)處理工藝進行了優(yōu)化。此外,研究工作還對Clostridium beijerinckii BA101進行改造,以優(yōu)化的兩步預(yù)處理獲得的玉米秸稈水解液為原料使用改造菌株進行ABE發(fā)酵,評估改造菌株的發(fā)酵性能。由于稀H_2SO_4對半纖維素以及氨水對木質(zhì)素的高去除率,選擇先稀H_2SO_4后氨水的策略對玉米秸稈進行預(yù)處理。一方面通過酸解將半纖維素保留在酸解液中,另一方面利用氨水預(yù)處理去除木質(zhì)素,提高秸稈殘渣中的纖維素含量。為了提高糖得率,研究工作對第二步的氨水處理條件進行了優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)酸解后的玉米秸稈經(jīng)10wt.%氨水在80℃下處理24 h時還原糖濃度達到51.27 g/L,經(jīng)ABE發(fā)酵獲得最高丁醇和ABE濃度,分別為9.36 g/L、13.96 g/L。實驗發(fā)現(xiàn),在最優(yōu)預(yù)處理條件下,酸解得到的水解液中半纖維素的回收率為82.89%,第二步氨水預(yù)處理過程中木質(zhì)素去除率達到86.77%,最終獲得的玉米秸稈殘渣中纖維素含量高達76.14%。目前大部分研究都是通過水洗對預(yù)處理后的玉米秸稈進行中和,但水洗至中性會產(chǎn)生大量廢水、增加預(yù)處理成本,因此玉米秸稈水洗次數(shù)的優(yōu)化是至關(guān)重要的。研究發(fā)現(xiàn)水洗次數(shù)的優(yōu)化既能改善酶解和發(fā)酵效果又可以減少水的用量。一方面,與不進行任何洗滌相比,玉米秸稈在每次預(yù)處理后各洗滌一次可以將糖產(chǎn)率從346.04 mg/g-玉米秸稈提高到401.76 mg/g-玉米秸稈,丁醇產(chǎn)量從9.33 g/L增加到10.89 g/L。另一方面,與傳統(tǒng)的稀酸或稀堿預(yù)處理方法相比,優(yōu)化后的預(yù)處理策略產(chǎn)生的廢水量分別從2.11 g/L-丁醇、3.46 g/L-丁醇降低至0.83 g/L-丁醇。為了探索基因改造對菌株Clostridium beijerinckii BA101發(fā)酵性能的影響,分別過表達基因cbei_0109、adhE、ald-ctfAB、敲除基因cbei_3304,成功獲得三株過表達菌株以及一株敲除菌株。研究工作以兩步預(yù)處理得到的玉米秸稈水解液為原料,探究改造菌株的發(fā)酵性能,發(fā)現(xiàn)敲除菌株BA101-3304發(fā)酵性能與BA101相似,過表達菌株BA101-0109、BA101-adhE和BA101-ald-ctfAB發(fā)酵獲得更多的副產(chǎn)品乙醇和丙酮,且乙酸合成及丁酸重吸收能力增強。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ923

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1 肖敏;以玉米秸稈為原料生產(chǎn)丁醇的菌株改造及工藝優(yōu)化[D];大連理工大學(xué);2019年

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本文編號：2610364