作為優(yōu)良的生物液體燃料,以木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)為原料的生物丁醇生產(chǎn)技術受到了廣泛關注和研究。然而,酶制劑使用量大、木糖發(fā)酵性能差、丁醇比產(chǎn)率低和發(fā)酵副產(chǎn)物多等不足,嚴重制約了傳統(tǒng)生物丁醇發(fā)酵技術的推廣應用。以開發(fā)更加經(jīng)濟高效的生物丁醇生產(chǎn)技術為目標,本文提出了木質(zhì)纖維素丁酸-丁醇分步發(fā)酵的技術思想,并在充分論證的基礎上,開展了水稻秸稈丁酸發(fā)酵菌群的構建與發(fā)酵條件優(yōu)化、秸稈糖化液和丁酸發(fā)酵液組分對丁醇發(fā)酵的影響與機制、秸稈丁酸-丁醇分步發(fā)酵系統(tǒng)的構建與效能評估等研究,以期為開發(fā)更加經(jīng)濟高效的生物丁醇生產(chǎn)技術提高理論與技術支撐。以有效提高水稻秸稈的降解和轉化率,基于不同菌種之間的代謝互補性,本文首先通過生物強化和菌種復配技術分別構建了中溫和高溫發(fā)酵混合菌群,用于發(fā)酵水稻秸稈生產(chǎn)丁酸,為后續(xù)丁醇發(fā)酵提供原料。結果表明,利用丁酸發(fā)酵菌Clostridium tyrobutyricum ATCC 25755對前期獲得的秸稈丁酸發(fā)酵菌群DCB進行生物強化,可顯著提高丁酸發(fā)酵菌ClostridiumⅣ簇的豐度,以及參與碳水化合物轉運和代謝、能量產(chǎn)生的功能基因拷貝數(shù),使菌群發(fā)酵秸稈的丁酸產(chǎn)量由5.53 ...

【文章頁數(shù)】：160 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
縮寫詞
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
        1.1.1 課題背景
        1.1.2 研究目的和意義
        1.1.3 課題來源
    1.2 生物質(zhì)能的開發(fā)與研究現(xiàn)狀
        1.2.1 生物質(zhì)能的研發(fā)趨勢
        1.2.2 生物質(zhì)的能源轉化技術
    1.3 生物丁醇的發(fā)酵機理與技術發(fā)展現(xiàn)狀
        1.3.1 丁醇的性質(zhì)與用途
        1.3.2 丁醇生產(chǎn)的發(fā)展趨勢
        1.3.3 生物丁醇發(fā)酵機理
        1.3.4 生物丁醇發(fā)酵技術的研究現(xiàn)狀
    1.4 開發(fā)纖維素丁醇面臨的關鍵問題與解決對策
        1.4.1 木質(zhì)纖維素丁醇發(fā)酵面臨的關鍵問題
        1.4.2 木質(zhì)纖維素丁酸-丁醇分步發(fā)酵技術的提出與可行性分析
    1.5 主要研究內(nèi)容和技術路線
        1.5.1 主要研究內(nèi)容
        1.5.2 研究的技術路線
第2章 實驗材料與方法
    2.1 實驗裝置與主要儀器
        2.1.1 實驗裝置
        2.1.2 主要儀器
    2.2 實驗材料
        2.2.1 水稻秸稈與菌種來源
        2.2.2 實驗試劑與培養(yǎng)基
    2.3 實驗方法
        2.3.1 水稻秸稈的預處理
        2.3.2 接種物制備
        2.3.3 水稻秸稈中溫丁酸發(fā)酵系統(tǒng)的運行與生物強化
        2.3.4 水稻秸稈高溫丁酸發(fā)酵系統(tǒng)的構建與運行
        2.3.5 秸稈糖化產(chǎn)物的丁醇發(fā)酵
        2.3.6 秸稈丁酸發(fā)酵產(chǎn)物的丁醇發(fā)酵
        2.3.7 水稻秸稈丁酸-丁醇分步發(fā)酵系統(tǒng)
        2.3.8 水稻秸稈糖化液的丁醇發(fā)酵
    2.4 檢測項目與分析方法
        2.4.1 常規(guī)分析項目及方法
        2.4.2 秸稈丁酸發(fā)酵系統(tǒng)群落結構分析
        2.4.3 關鍵酶基因轉錄水平的測定
    2.5 水稻秸稈丁酸發(fā)酵系統(tǒng)的碳平衡分析
第3章 水稻秸稈丁酸發(fā)酵菌群的構建與效能強化
    3.1 引言
    3.2 C.tyrobutyricum對中溫混合菌群發(fā)酵秸稈產(chǎn)丁酸的生物強化
        3.2.1 生物強化的效能分析
        3.2.2 群落演替規(guī)律分析
    3.3 秸稈高溫丁酸發(fā)酵復配菌群的構建及條件優(yōu)化
        3.3.1 C.thermocellum和C.thermobutyricum復配的可行性研究
        3.3.2 復配菌群發(fā)酵系統(tǒng)的pH緩沖劑選擇
        3.3.3 復配菌種接種比例的優(yōu)化
        3.3.4 復配菌群接種量的優(yōu)化
    3.4 水稻秸稈高溫丁酸發(fā)酵系統(tǒng)的調(diào)控與效能研究
        3.4.1 pH對復配菌群發(fā)酵效能的影響
        3.4.2 秸稈投加量對復配菌群發(fā)酵效能的影響
        3.4.3 復配菌群的補料分批發(fā)酵效能
        3.4.4 秸稈高溫丁酸發(fā)酵菌群的代謝機制
    3.5 秸稈中溫與高溫丁酸發(fā)酵效能的比較
    3.6 本章小結
第4章 秸稈降解產(chǎn)物對丁醇發(fā)酵的影響與機制
    4.1 引言
    4.2 秸稈酶解糖化產(chǎn)物的丁醇發(fā)酵特征
        4.2.1 葡萄糖的丁醇發(fā)酵
        4.2.2 木糖的丁醇發(fā)酵
        4.2.3 纖維二糖的丁醇發(fā)酵
    4.3 秸稈酶解糖化主要產(chǎn)物與丁酸為共底物的丁醇發(fā)酵特征
        4.3.1 丁酸作為葡萄糖的共底物
        4.3.2 丁酸作為木糖的共底物
        4.3.3 丁酸作為纖維二糖的共底物
    4.4 丁酸濃度與菌種接種量對丁醇發(fā)酵的影響
        4.4.1 初始丁酸濃度對丁醇發(fā)酵的影響
        4.4.2 菌種接種量對丁醇發(fā)酵的影響
    4.5 秸稈丁酸發(fā)酵副產(chǎn)物對丁醇發(fā)酵的影響
        4.5.1 乙酸對丁醇發(fā)酵的影響
        4.5.2 混合羧酸影響下的丁醇發(fā)酵特征
    4.6 基于關鍵酶基因轉錄的丁醇發(fā)酵機制分析
        4.6.1 丁酸影響下的關鍵酶基因轉錄
        4.6.2 乙酸影響下的關鍵酶基因轉錄
        4.6.3 混合羧酸影響下的關鍵酶基因轉錄
    4.7 本章小結
第5章 水稻秸稈丁酸-丁醇分步發(fā)酵及效能分析
    5.1 引言
    5.2 秸稈中溫丁酸發(fā)酵液對丁醇發(fā)酵效能的影響與機制分析
        5.2.1 中溫發(fā)酵液濃度對丁醇發(fā)酵效能的影響
        5.2.2 中溫發(fā)酵液影響下的關鍵酶基因轉錄
    5.3 秸稈高溫丁酸發(fā)酵液對丁醇發(fā)酵效能的影響與機制分析
        5.3.1 高溫發(fā)酵液濃度對丁醇發(fā)酵效能的影響
        5.3.2 高溫發(fā)酵液預處理及其對丁醇發(fā)酵的促進作用
        5.3.3 高溫發(fā)酵液濃度影響下的關鍵酶基因轉錄
    5.4 水稻秸稈丁酸-丁醇分步發(fā)酵系統(tǒng)的效能
        5.4.1 水稻秸稈糖化液的制備與條件優(yōu)化
        5.4.2 水稻秸稈糖化液的丁醇發(fā)酵效能
        5.4.3 基于水稻秸稈糖化液和中溫丁酸發(fā)酵液的丁醇發(fā)酵效能
        5.4.4 基于水稻秸稈糖化液和高溫丁酸發(fā)酵液的丁醇發(fā)酵效能
        5.4.5 關鍵酶基因轉錄水平的比較與分析
    5.5 水稻秸稈丁酸-丁醇分步發(fā)酵系統(tǒng)的綜合效能分析
    5.6 本章小結
結論
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個人簡歷



本文編號：3843826