论文部分内容阅读
丁酸是一种在化工、食品、医药、农业等方面具有广泛用途的重要化工原料。为降低发酵法生产丁酸的成本，使用非粮原料及农林废弃物做底物是一种有效的选择。此外，丁酸的有效分离也亟待解决。本课题主要对玉米芯水解液为底物发酵生产丁酸及采用膜萃取-反萃一体法分离发酵液中的丁酸进行了研究。对玉米芯的水解条件及脱毒方法进行了研究。玉米芯经过脱木素处理，在固液比为1:6、温度为110℃、浓度为3%的稀硫酸下加压水解60min，水解液中还原糖浓度达61.5g/L，还原糖得率31.9%。水解液在70℃水浴下，用石灰乳调到pH10.0，过滤除去CaSO4沉淀，滤液立即用浓磷酸回调至pH7.0，过滤后即得到脱毒的玉米芯水解液。对酪丁酸梭菌利用玉米芯水解液发酵生产丁酸进行了研究。以模拟碳源（木糖与葡萄糖混合糖）为底物，采用游离细胞发酵与FBB固定化细胞发酵生产丁酸，结果表明固定化发酵时丁酸的产量及产率均较高。采用FBB固定化细胞补料流加发酵与反复批次发酵，以玉米芯水解液为碳源，考察酪丁酸梭菌合成丁酸的影响，补料发酵过程中，流加两次培养基后，丁酸的产量达到42.04g/L、丁酸产率（g/L·h）为0.296；反复批次发酵过程中，3个批次丁酸的产量平均值为26.2g/L，得率平均值约为0.39g/g。通过对木薯水解液的发酵实验可知，淀粉含量丰富的木薯不仅能够满足酪丁酸梭菌对碳源的需求，且其中所含的营养物质能替代发酵过程原培养基中的部分蛋白胨及酵母粉，是一种良好的潜在营养替代物。采用膜萃取-反萃一体化法对发酵液中丁酸进行分离，考察了萃取时间、丁酸初始浓度、发酵液初始pH、三相流速（水相、有机相、反萃相）对丁酸萃取率的影响。研究得出，60min时，几乎达到萃取平衡；随着初始丁酸浓度的增大，萃取率增大；发酵液初始pH、发酵液中丁酸浓度及发酵液流速对丁酸分离影响较大，有机相与反萃剂流速对萃取效果几乎无影响。在有机相与反萃剂流速均为90mL/min，发酵液流速为129mL/min，发酵液中丁酸含量为74.5g/L,发酵液初始pH为2.2时，采用膜萃取-反萃对发酵液中丁酸进行分离，得丁酸萃取率为85.22%。