發(fā)布時間：2020-04-10 12:02

【摘要】：丁醇是一種具有較高的內(nèi)能與熱值,能與汽油以較高比例進行混合的能源。通過生物發(fā)酵法制備丁醇既有助于促進能源多樣化,幫助我們擺脫對傳統(tǒng)化石能源的嚴重依賴,也有利于減少溫室氣體排放,緩解對環(huán)境的壓力。但是,在實際生產(chǎn)過程中也存在著許多亟待解決的問題,例如目標產(chǎn)物對于產(chǎn)溶菌株的毒性作用大、發(fā)酵產(chǎn)品難分離等。針對這些問題,本文首先利用響應面法優(yōu)化探究丙酮丁醇梭菌與拜氏梭菌菌種吸附劑制備工藝條件,并通過丁醇在有機相中溶解度的不同,從油醇、正辛醇、油酸乙酯、油酸和醋酸丁酯5種有機溶劑中篩選出合適的萃取劑用作萃取發(fā)酵。研究結(jié)果表明,在菌種吸附劑制備中,當海藻酸鈉量為0.55 g,分散劑與菌種溶液比為1.05,氯化鈣濃度為8.24 g/L時,包埋丙酮丁醇梭菌和拜氏梭菌的海藻酸鈣吸附劑具備最大吸附性能;在5種有機溶劑中,由于正辛醇對丁醇分配系數(shù)最高且對乙醇和丙酮的分配系數(shù)低,因此選擇正辛醇作為萃取劑,進一步研究發(fā)現(xiàn)水相與有機相5:1的比例為最佳比例。其次,優(yōu)化發(fā)酵工藝,通過考察熱激對梭菌的影響,以及在不同比例的初始酵母抽提物濃度(0.0 g/L,0.01 g/L,0.05 g/L,0.1 g/L,0.15 g/L),不同比例的葡萄糖濃度(40g/L,50g/L,60g/L,70g/L)、不同pH(3.5,4.0,4.5,5.0,5.5,6.0,6.5)的情況下梭菌發(fā)酵結(jié)果。結(jié)果表明,當種子液經(jīng)過熱激后,初始酵母抽提物濃度0.1 g/L,葡萄糖濃度60 g/L,丙酮丁醇梭菌和拜氏梭菌發(fā)酵液初始pH分別為5.5和5.0時,發(fā)酵效果最好。優(yōu)化后的梭菌固定化耦合萃取連續(xù)發(fā)酵中,待穩(wěn)定后,折合發(fā)酵層總丁醇濃度基本穩(wěn)定在12 g/L左右。最后,本文針對丙酮丁醇梭菌與拜氏梭菌的固定化耦合萃取連續(xù)發(fā)酵結(jié)果,結(jié)合Logistics方程建立梭菌固定化耦合萃取連續(xù)發(fā)酵菌體生長動力學模型;以發(fā)酵產(chǎn)物丁醇濃度與時間的關(guān)系,使用Luedeking-Piret方程建立梭菌固定化耦合萃取連續(xù)發(fā)酵產(chǎn)物生成動力學模型;以葡萄糖濃度與時間的關(guān)系,根據(jù)基質(zhì)平衡原理建立梭菌固定化耦合萃取連續(xù)發(fā)酵底物消耗動力學模型。對以上模型進行驗證,結(jié)果表明實驗值與模型值匹配較好,利用該模型可預測丙酮丁醇梭菌與拜氏梭菌在固定化耦合萃取連續(xù)發(fā)酵產(chǎn)丁醇過程中菌體生長、底物消耗和產(chǎn)物生成的規(guī)律。
【圖文】：

２．４．３．１萃取劑的選擇逡逑選取油醇、正辛醇、油酸乙酯、油酸和醋酸丁酯５種萃取劑對丙酮、丁醇與逡逑乙醇的混合溶液進行萃取，，３邋ｈ后取樣分析，根據(jù)氣相分析得結(jié)果如圖２－８所示。逡逑４．0邋Ｆ邐■■丁醇逡逑？邐＿丙酮逡逑３邋５邋－邐Ｍ乙醇逡逑Ｉ邋Ｉ逡逑｜２－°；｜邋Ｉ邋｜邋Ｉ逡逑油醇正辛醇油酸乙酯油酸醋酸丁酯逡逑圖２－８不同萃取劑分配效果逡逑Ｆｉｇ．２－８邋Ｔｈｅ邋ｅｆｆｅｃｔｓ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｅｘｔｒａｃｔａｎｔｓ逡逑根據(jù)圖２－８結(jié)果可得，正辛醇與醋酸丁酯對正丁醇的分配系數(shù)相對較高，都逡逑高于油醇的分配系數(shù)。在丁醇、丙酮、乙醇同時存在的模擬發(fā)酵狀態(tài)下，正辛醇逡逑２９逡逑

酵液同時取樣，進行色譜分析。為了更清晰直觀的展示吸附劑耦合萃取發(fā)酵的丁逡逑醇產(chǎn)量結(jié)果，這里采用楊立榮［７３］的處理方案，即將油相丁醇濃度與水相丁醇濃度逡逑折合成水相總丁醇濃度。所得結(jié)果如圖２－１０所示。逡逑３０逡逑
【學位授予單位】：福州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ923

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本文編號：2622201