【摘要】：我國(guó)是世界上最大的抗生素生產(chǎn)國(guó),每年約有200萬(wàn)噸抗生素發(fā)酵菌渣作為危險(xiǎn)固體廢棄物亟待處理。菌絲是菌渣的主要組成成分,菌絲中含有大量蛋白質(zhì)、幾丁質(zhì)、葡聚糖等聚合物,具有較高的資源化利用價(jià)值。但菌絲在水、稀酸、稀堿和常規(guī)有機(jī)溶劑中均很難溶解,限制了菌體中聚合物的提取及利用。本文以青霉素發(fā)酵菌絲為研究對(duì)象,研究了菌絲在離子液體(ILs)中的溶解過(guò)程,探索了離子液體類型與溶解性能的關(guān)系,闡明了菌體溶解及其再生的機(jī)理,建立了菌絲中聚合物高效溶解與回收新工藝,為抗生素發(fā)酵菌渣的資源化利用提供一種新方法。本論文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:(1)研究了不同類型離子液體、以及有機(jī)溶劑-離子液體復(fù)合溶劑體系對(duì)菌絲的溶解行為,考察了影響溶解過(guò)程的關(guān)鍵因素,確定了最佳溶解體系和溶解工藝。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,以親水性離子液體為溶劑,在常溫下可以實(shí)現(xiàn)菌絲的良好溶解,菌絲的溶解度隨著溫度的升高而增大。[Bmim]Ac對(duì)青霉素菌絲具有最佳的溶解性能,最佳工藝條件為:溫度90℃、[Bmim]Ac與菌絲質(zhì)量比3.90:1、溶解時(shí)間60min。在最佳工藝條件下,菌絲的溶解率和溶解度分別達(dá)到84.70%(wt)和43.08g·mol-1。極性非質(zhì)子溶劑與[Bmim]Ac存在菌絲溶解協(xié)同效應(yīng),菌絲在DMSO/[Bmim]Ac復(fù)合溶劑中的溶解度提高了35.50%。(2)采用溶劑化顯色探針研究了離子液體溶解菌絲的構(gòu)效關(guān)系,采用核磁共振、紅外光譜表征了菌絲的溶解機(jī)理。結(jié)果表明,離子液體陰離子的氫鍵接受能力、陽(yáng)離子的氫鍵給予能力均與菌絲溶解度間存在正相關(guān)的線性關(guān)系。核磁共振、紅外光譜結(jié)果表明,離子液體與菌絲間形成氫鍵是菌絲溶解過(guò)程的推動(dòng)力。離子液體[Bmim]Ac的作用位點(diǎn)為Ac-中C=O與C-O的電負(fù)性氧原子與咪唑環(huán)中H2、H4、H5。(3)基于離子液體高效溶解菌絲的研究結(jié)果,進(jìn)一步研究了溶解液中聚合物的回收過(guò)程,考察了不同沉淀劑對(duì)聚合物回收得率的影響,建立了聚合物的回收工藝,制備了片狀聚合物產(chǎn)品,分析了產(chǎn)品的元素組成,采用FT-IR光譜分析了聚合物沉淀再生機(jī)理。結(jié)果表明,沉淀劑的氫鍵給予能力影響聚合物回收得率。以水為沉淀劑時(shí),沉淀與濃縮蒸干兩步回收總得率為73.93%。經(jīng)沉淀回收的產(chǎn)物主要為蛋白質(zhì)與總糖,蛋白質(zhì)和總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為44.59%和48.47%。萃取除去離子液體后,濃縮蒸干的產(chǎn)物主要為水溶性糖類。在聚合物的沉淀回收過(guò)程中,聚合物內(nèi)的官能團(tuán)重新形成了氫鍵,實(shí)現(xiàn)了聚合物與離子液體的分離。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X705;TQ413.2

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本文編號(hào)：2763516