PDF《博士学位论文》

学校代码:10251 学号:010070164 博士学位论文题目高温发酵木质纤维素生产 乙醇和乳酸 专业生物化工 研究方向 生物质能源 姓名楚德强 导师鲍杰 定稿时间:

2012 年4月27 日 分类号: Q815 密级: U D C: 华东理工大学博士专业学位论文高温发酵木质纤维素生产乙醇和乳酸 楚德强 指导教师姓名: 鲍杰 教授 华东理工大学生物工程学院 申请学位级别: 博士 专业名称: 生物化工 论文定稿日期: 2012.

4.27 论文答辩日期: 2012.5.5 学位授予单位: 华东理工大学 学位授予日期: 答辩委员会主席: 评阅人: 作者声明 我郑重声明:本人格守学术道德,崇尚严谨学风.所呈交的学位论文,是本人在导 师的指导下,独立进行研究工作所取得的结果.除文中明确注明和引用的内容外,本论 文不包含任何他人已经发表或撰写过的内容. 论文为本人亲自撰写, 并对所写内容负责. 论文作者签名: 年月日华东理工大学博士学位论文 第I 页 高温发酵木质纤维素生产乙醇和乳酸 摘要 木质纤维素原料同步糖化与发酵的主要不足是微生物发酵温度与纤维素酶最适温 度不匹配. 接近纤维素酶最适温度的高温发酵是木质纤维素生物转化过程的主要难点之 一.本论文首先研究了商业纤维素酶的水解行为并提出一种简化的纤维素酶活评价方 法, 然后对高温高固含量下不同发酵参数对酿酒酵母 Saccharomyces cerevisiae DQ1 同步 糖化与发酵玉米秸秆生产乙醇进行了研究, 同时发现并分离了一株用于发酵玉米秸秆的 木质纤维素依赖型嗜热乳酸菌 Pediococcus acidilactici DQ2, 成功实现了高温条件下从木 质纤维素原料生产高浓度乙醇和乳酸. 本文的第一部分提出了基于高效液相色谱分析的简化的纤维素酶活分析方法. 研究 发现, 纤维素酶活的对数值能够很好的关联液相色谱测定的水解产物中葡萄糖和纤维素 二糖浓度.基于此发现,本方法创新地使用了具有准确定量能力的液相色谱分析工具来 获得水解产物中葡萄糖和纤维二糖浓度之比, 从而表征纤维素酶水解纤维素生成单糖的 能力.不同的商业纤维素酶水解玉米秸秆时表现差异很大,添加葡萄糖苷酶能够提高纤 维素酶水解获得单糖的能力. 第二部分研究了高温高固含量下 Sacharomyces cerevisiae DQ1 同步糖化与发酵玉米 秸秆生产乙醇.玉米秸秆进行稀酸预处理,然后一次水洗降低抑制物浓度后作为发酵基 质,在有螺带桨的

5 升发酵罐中进行发酵实验,考察发酵参数对酿酒酵母 Sacharomyces cerevisiae DQ1 高温同步糖化乙醇发酵的影响.S. cerevisiae DQ1 在YPD 培养基中的培 养时,能够生长的温度可达

44 ℃,但是培养温度超过

40 ℃时生长和发酵能力降低. 在固含量 20%(w/w)和纤维素酶

5 FPU/g 干基质条件下,发酵温度从

30 ℃升到

40 ℃ 都能够生产乙醇,在高温时有更好的表现.但是在

40 ℃直接同步糖化与发酵,随着发 酵固含量或者纤维素酶浓度的提高,乙醇发酵变的缓慢,或者发酵停滞,这可能是由于

40 ℃时酵母的生长能力弱,同时抑制物和纤维素酶对酵母生长的抑制作用加强.在40 ℃发酵即使额外添加营养,也不能够改善发酵行为.发酵工艺模式能够影响发酵的 结果, 采用变温发酵模式时, 能够很好地克服直接发酵的问题. 在固含量 30%,

15 FPU/g 干基质, 采用变温同步糖化与发酵, 乙醇的浓度和得率分别是