本文關鍵詞：油脂酵母高效處理丁醇發(fā)酵廢水機理與集總動力學研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微生物油脂是指微生物在一定條件下合成并儲存在菌體內(nèi)的甘油脂,在輕工食品、醫(yī)療保健、能源化工領域有重要用途,是生物化工的研究熱點之一,選用廉價原料以降低生產(chǎn)成本是其產(chǎn)業(yè)化的關鍵所在。因有機酸不能在蒸餾過程中去除,丁醇發(fā)酵廢水(蒸餾后剩余的發(fā)酵液)含一定量有機酸,COD可達每升數(shù)萬毫克。利用油脂酵母處理丁醇發(fā)酵廢水可得到富含油脂與多糖的酵母菌體,在治理廢水的同時可獲得高附加值的產(chǎn)品,具有較好的應用前景。目前,尚缺乏有關丁醇發(fā)酵廢水中油脂發(fā)酵底物代謝與產(chǎn)物積累的系統(tǒng)研究,缺乏指導該生化轉(zhuǎn)化工藝優(yōu)化與調(diào)控的理論基礎。為了揭示丁醇發(fā)酵廢水中油脂發(fā)酵底物代謝與產(chǎn)物積累的規(guī)律,闡明其機理,本文以四株油脂酵母(皮狀絲孢酵母、淺白隱球酵母、Trichosporon dermatis與Trichosporon coremiiforme)為主要研究對象,首先研究酵母不同發(fā)酵模式對醇類發(fā)酵廢水中各成分的降解效果,建立不同油脂酵母發(fā)酵模式;在此基礎上,以集總動力學方法為核心,研究油脂酵母混菌發(fā)酵模式高效處理醇類發(fā)酵廢水中的基本問題,揭示油脂酵母發(fā)酵過程中各種有機成分的降解規(guī)律,以及酵母細胞生長與產(chǎn)物積累的變化規(guī)律,闡明底物代謝與產(chǎn)物積累的機理;最后通過與發(fā)酵工程中的常規(guī)動力學方法比較,闡明了集總動力學方法在生化研究中的優(yōu)勢。四株油脂酵母中,皮狀絲孢酵母與T.dermatis處理廢水時COD去除率較高,且可獲得較高的菌體生物量;T.coremiiforme可獲得較高的油脂含量與油脂產(chǎn)量,但所得油脂中不飽和脂肪酸含量特別是亞油酸含量遠遠低于其他三株酵母獲得的油脂;淺白隱球酵母處理丁醇發(fā)酵廢水的COD去除率最低,獲得的生物量最少。高COD濃度培養(yǎng)基環(huán)境中,皮狀絲孢酵母與T.dermatis展現(xiàn)出大大優(yōu)于T.coremiiforme與淺白隱球酵母的COD降解效果。皮狀絲孢酵母與T.dermatis在高效降低COD的同時,可在胞外合成一定濃度的多糖胞外產(chǎn)品(占剩余COD一定比例)。四株油脂酵母的油脂脂肪酸組成與培養(yǎng)基中碳源組成有關,除合成微生物油脂外,四株油脂酵母還能在胞內(nèi)大量積累多糖類物質(zhì)以及少量的蛋白質(zhì)與灰分。對于發(fā)酵5天后的酵母生物量與油脂含量,混菌發(fā)酵模式并未顯示出優(yōu)越性,這可能是因為提前進行油脂反轉(zhuǎn)(lipid turnover)的生理現(xiàn)象;T.dermatis+T.cutaneum的混菌發(fā)酵模式對油脂得率沒有促進作用,但其發(fā)酵后的油脂脂肪酸組成中油酸(C18:1)與亞油酸(C18:2)比例分別達到了29.46%與39.88%(不飽和度提高),該油脂產(chǎn)品比其它單菌發(fā)酵或者混菌發(fā)酵模式獲得油脂產(chǎn)品不飽和度更高,具有更高的應用價值。油脂酵母混菌發(fā)酵模式中不同菌株間存在代謝的協(xié)同作用及生長的競爭作用;補料混菌模式可以獲得比分批混菌模式更高的COD去除率,但去除更多的COD沒有轉(zhuǎn)化為酵母菌體。丁醇發(fā)酵廢水中不同單菌或混菌發(fā)酵模式下細胞生長速率十分接近,且會出現(xiàn)油脂反轉(zhuǎn)(lipid turnover)的生理現(xiàn)象,而多糖含量變化規(guī)律較為復雜,油脂通過復雜的機制在油脂反轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)化為多糖或者胞內(nèi)外其它產(chǎn)物。總的來說混菌發(fā)酵模式下胞內(nèi)多糖變化較單菌發(fā)酵模式穩(wěn)定。皮狀絲孢酵母與T.dermatis單菌與混菌在低溫(23 oC)、中溫(28 oC)、高溫(33 oC)下發(fā)酵,對其底物降解和產(chǎn)物積累進行比較,發(fā)現(xiàn):中溫有利于酵母發(fā)酵前期的生長與COD降解,但對最終的酵母生物量與COD降解量影響不大,且中溫發(fā)酵較快的生長速度會影響酵母的油脂積累,胞內(nèi)代謝途徑傾向于多糖合成。采用集總方法,把油脂酵母從底物到產(chǎn)物的整個代謝網(wǎng)絡劃分成COD、油脂、多糖、胞內(nèi)其它產(chǎn)物、胞外其它產(chǎn)物五個集總。集總動力學網(wǎng)絡中涉及的9個速率常數(shù)(k1-k9)對于不同的單菌或者混菌發(fā)酵模式存在一定的差異,集總動力學簡單有效地解釋了不同發(fā)酵模式生物轉(zhuǎn)化的異同。大部分發(fā)酵模式的k3,k4,k9值均為0,說明COD不能直接轉(zhuǎn)化為多糖與胞外其它產(chǎn)物,而胞內(nèi)油脂在油脂反轉(zhuǎn)(lipid turnover)的時候也不能直接轉(zhuǎn)化為胞外其它產(chǎn)物。常規(guī)發(fā)酵動力學對典型糖基培養(yǎng)基中油脂發(fā)酵的細胞生長、油脂合成與糖代謝均有較好的擬合效果,但很難反映丁醇發(fā)酵廢水中存在復雜的物質(zhì)轉(zhuǎn)化代謝規(guī)律與機理;集總動力學突破了常規(guī)發(fā)酵動力學限于某指定的經(jīng)驗方程,從發(fā)酵代謝網(wǎng)絡出發(fā),把網(wǎng)絡中物質(zhì)按不同性質(zhì)劃分為多個集總,并通過動力學分析獲得不同物質(zhì)之間轉(zhuǎn)化的規(guī)律與機理,實現(xiàn)“化繁為簡”,最終揭示與闡明復雜代謝網(wǎng)絡物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律與機理。通過本論文獲得了一種丁醇發(fā)酵廢水的高值化生化處理方法,本研究還將促進輕工技術與化學工程的進一步交叉發(fā)展,并闡明特殊環(huán)境下混菌發(fā)酵的一些基礎科學問題。而本文的研究獲得的碳源代謝規(guī)律及研究模式,能給其他醇類發(fā)酵廢水甚至有機酸類發(fā)酵廢水、制糖廠廢水、造紙廠廢水等類似的富含高濃度有機物的廢水處理提供研究基礎。
【關鍵詞】：集總動力學 丁醇發(fā)酵廢水 油脂酵母 轉(zhuǎn)化機理 混菌發(fā)酵
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X783
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第一章 緒論14-43
• 1.1 微生物油脂介紹14-18
• 1.2 利用廉價原料油脂發(fā)酵研究進展18-20
• 1.3 利用有機廢水油脂發(fā)酵研究進展20-23
• 1.4 混菌發(fā)酵模式在生物化工的應用23-25
• 1.5 集總動力學在化學工程機理中的研究進展25-26
• 1.6 本項目研究意義26-29
• 參考文獻29-43
• 第二章 油脂酵母單菌發(fā)酵處理丁醇發(fā)酵廢水規(guī)律研究43-60
• 2.1 引言43
• 2.2 實驗材料43-44
• 2.3 主要儀器與設備44
• 2.4 實驗方法44-46
• 2.4.1 丁醇發(fā)酵廢水成分高效液相色譜分析44-45
• 2.4.2 菌種培養(yǎng)方法45
• 2.4.3 菌種收集及生物量測定45
• 2.4.4 油脂提取45-46
• 2.4.5 殘?zhí)恰⒂袡C酸、醇類物質(zhì)測定46
• 2.4.6 微生物油脂脂肪酸組成成分分析46
• 2.4.7 COD與氨氮分析46
• 2.5 結(jié)果與討論46-58
• 2.5.1 淺白隱球酵母單菌發(fā)酵處理丁醇發(fā)酵廢水底物降解與產(chǎn)物積累規(guī)律研究47-50
• 2.5.2 皮狀絲孢酵母單菌發(fā)酵處理丁醇發(fā)酵廢水底物降解與產(chǎn)物積累規(guī)律研究50-53
• 2.5.3 四株油脂酵母單菌發(fā)酵處理丁醇發(fā)酵廢水效果對比研究53-58
• 2.6 本章小結(jié)58
• 參考文獻58-60
• 第三章 廢水中典型碳源對油脂酵母底物代謝與產(chǎn)物積累的影響規(guī)律研究60-75
• 3.1 引言60
• 3.2 實驗材料60-61
• 3.3 主要儀器與設備61
• 3.4 實驗方法61-62
• 3.4.1 發(fā)酵液組分高效液相色譜分析61
• 3.4.2 菌種培養(yǎng)方法61
• 3.4.3 菌種收集及生物量測定61
• 3.4.4 油脂提取61-62
• 3.4.5 殘?zhí)菧y定62
• 3.4.6 微生物油脂脂肪酸組成成分分析62
• 3.4.7 COD與總氮分析62
• 3.4.8 酵母胞內(nèi)外多糖與胞內(nèi)粗蛋白含量分析62
• 3.5.結(jié)果與討論62-71
• 3.5.1 乙酸培養(yǎng)基中四株油脂酵母對底物利用規(guī)律62-63
• 3.5.2 混合碳源中乙酸對四株油脂酵母發(fā)酵底物代謝的影響規(guī)律63-66
• 3.5.3 糖與乙酸共存環(huán)境中乙酸對四株油脂酵母發(fā)酵產(chǎn)物積累的影響規(guī)律66-71
• 3.6 本章小結(jié)71-72
• 參考文獻72-75
• 第四章 油脂酵母混菌發(fā)酵處理丁醇發(fā)酵廢水規(guī)律研究75-88
• 4.1 引言75
• 4.2 實驗材料75
• 4.3 主要儀器與設備75-76
• 4.4. 實驗方法76-77
• 4.4.1 發(fā)酵液組分高效液相色譜分析76
• 4.4.2 菌種培養(yǎng)方法76
• 4.4.3 菌種收集及生物量測定76
• 4.4.4 油脂提取76-77
• 4.4.5 殘?zhí)菧y定77
• 4.4.6 微生物油脂脂肪酸組成成分分析77
• 4.4.7 COD與總氮分析77
• 4.4.8 酵母胞內(nèi)外多糖含量分析77
• 4.5 結(jié)果與討論77-85
• 4.5.1 混菌發(fā)酵模式對丁醇發(fā)酵廢水中油脂發(fā)酵的影響規(guī)律77-80
• 4.5.2 油脂酵母混菌發(fā)酵模式對丁醇發(fā)酵廢水中COD去除的影響規(guī)律80
• 4.5.3 不同混菌時間對丁醇發(fā)酵廢水中油脂發(fā)酵產(chǎn)物積累與COD去除的影響規(guī)律80-81
• 4.5.4 不同混菌模式對丁醇發(fā)酵廢水中油脂發(fā)酵產(chǎn)物積累的過程影響研究81-83
• 4.5.5 不同混菌模式對丁醇發(fā)酵廢水中油脂發(fā)酵底物代謝的過程影響研究83-85
• 4.6 本章小結(jié)85
• 參考文獻85-88
• 第五章 油脂酵母發(fā)酵處理丁醇發(fā)酵廢水的集總動力學研究88-117
• 5.1 引言88
• 5.2 實驗材料88
• 5.3 主要儀器與設備88-89
• 5.4 實驗方法89-93
• 5.4.1 發(fā)酵液組分高效液相色譜分析89
• 5.4.2 菌種培養(yǎng)方法89
• 5.4.3 菌種收集及生物量測定89
• 5.4.4 油脂提取89-90
• 5.4.5 殘?zhí)菧y定90
• 5.4.6 微生物油脂脂肪酸組成成分分析90
• 5.4.7 COD與總氮分析90
• 5.4.8 酵母胞內(nèi)外多糖含量分析90
• 5.4.9 丁醇發(fā)酵廢水中集總動力學模型的構建90-92
• 5.4.10 常規(guī)發(fā)酵動力學方法在油脂發(fā)酵中的應用92-93
• 5.5. 結(jié)果與討論93-114
• 5.5.1 油脂酵母不同發(fā)酵模式處理丁醇發(fā)酵廢水底物降解與產(chǎn)物積累集總動力學基礎數(shù)據(jù)93-98
• 5.5.2 皮狀絲胞酵母處理丁醇發(fā)酵廢水底物降解與產(chǎn)物積累集總動力學研究 .. 85 5.5.3 T. dermatis處理丁醇發(fā)酵廢水底物降解與產(chǎn)物積累集總動力學研究98-101
• 5.5.3 T. dermatis 處理丁醇發(fā)酵廢水底物降解與產(chǎn)物積累集總動力學研究101-103
• 5.5.4 皮狀絲孢酵母：T. dermatis=1:1 混菌發(fā)酵模式處理丁醇發(fā)酵廢水底物降解IX與產(chǎn)物積累集總動力學研究103-106
• 5.5.5 皮狀絲孢酵母：T. dermatis=1:2 混菌發(fā)酵模式處理丁醇發(fā)酵廢水底物降解與產(chǎn)物積累集總動力學研究106-108
• 5.5.6 皮狀絲孢酵母：T. dermatis=2:1 混菌發(fā)酵模式處理丁醇發(fā)酵廢水底物降解與產(chǎn)物積累集總動力學研究108-111
• 5.5.7 集總方法與常規(guī)發(fā)酵動力學方法的比較111-114
• 5.6 本章小結(jié)114
• 參考文獻114-117
• 結(jié)論與展望117-121
• 攻讀博士學位期間取得的研究成果121-122
• 致謝122-123
• 附件123

【引證文獻】

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 熊蓮;黃超;陳新德;馬隆隆;陳勇;;秸稈綜合利用零排放工藝[A];中國化工學會2011年年會暨第四屆全國石油和化工行業(yè)節(jié)能節(jié)水減排技術論壇論文集[C];2011年

  本文關鍵詞：油脂酵母高效處理丁醇發(fā)酵廢水機理與集總動力學研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：469962