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生物丁醇是一种极具潜力的新型生物燃料,已在世界上引起了广泛的关注。利用淀粉质原料生产丁醇是一项传统技术,由于原料成本过高,价格上对石油燃料没有竞争性。菊芋是替代粮食类淀粉质原料生产生物丁醇和其它生物基化学品可供选择的原料之一。本文针对为生物丁醇提供廉价原料这一目标,以菊芋汁水解液以及水解液中的主要单糖(果糖和葡萄糖)为碳源,对丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum L7发酵生产丁醇进行了初步研究,主要研究结果如下:运用单因素实验和均匀设计法对C.acetobutylicum L7生产丁醇的发酵培养基及培养条件进行优化,得到丁醇最佳产量时关键因素的最优组合为:葡萄糖50g/L,醋酸铵2.3g/L,磷酸二氢钾0.5 g/L,磷酸氢二钾0.5g/L,七水硫酸镁0.2g/L,邻氨基苯甲酸0.01g/L,初始pH5.5,发酵温度37.5℃。在此条件下进行1 L发酵罐扩大培养,丁醇产量从优化前的5.84g/L提高到8.09g/L,增长了38.53%;总溶剂产量为15.07 g/L,比优化前提高了33.72%,且丁醇占总溶剂的百分比也提高了4.23%。对以菊芋为底物发酵生产丁醇进行了可行性探讨。分别比较了葡萄糖、果糖、菊芋三种底物和50g/L、60g/L、80g/L三种浓度的菊芋汁对C.acetobutylicum L7发酵的影响。结果显示,C.acetobutylicum L7能够很好的利用菊芋汁生长和代谢。以50 g/L不同底物发酵时,C.acetobutylicum L7利用葡萄糖更高效;以果糖和菊芋汁为底物的发酵相似,即溶剂生成较缓慢,且发酵终点有机酸浓度较高,可见由有机酸向溶剂的转化受到一定阻碍。以50g/L、60 g/L、80 g/L三种浓度的菊芋汁底物发酵时,随着糖浓度的升高,丁醇产量也相应增加,依次为8.67g/L、11.99g/L、12.56g/L。底物浓度达80g/L时,已存在严重的产物抑制和底物抑制的协同作用,糖利用率和丁醇得率均有所降低,分别为59.2%和0.13g/g。为了深入了解C.acetobutylicum L7的生长特性,本文还对C.acetobutylicum L7分批发酵进行了动力学分析。在分批发酵中,研究了C.acetobutylicum L7在不同pH条件下的菌体生长、底物果糖消耗以及丁醇、丙酮、丁酸、乙酸的产生特性。研究发现不同pH条件下产物的合成代谢有所不同,发酵pH越高,越有利于有机酸的合成,反之,则越有利于溶剂的合成。C.acetobutylicum L7生长繁殖的最适pH为pH 5.0～5.5,而pH5.5～6.0发酵主要产生的是有机酸—丁酸、乙酸,发酵过程中生成溶剂最适的pH值低于5.0。丁醇、丁酸和乙酸是丙酮丁醇发酵的重要抑制因子。