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木糖醇是一种五碳糖醇,广泛应用于社会生活中的多种领域,具有重要的经济价值和社会价值。利用化学方法催化加氢生产木糖醇,工艺复杂且容易造成环境污染。本文从发酵菌株的选育开始,紫外诱变处理,对半纤维素水解液的制备以及水解液的脱毒处理、菌种的驯化改良、微胶囊固定化细胞、木糖醇发酵过程的调控与优化等关键技术进行了深入研究,考察了摇床转速、起始C/N比、起始pH、接种量、发酵时间、发酵温度等因素的影响。随着研究的不断深入,微生物发酵法生产木糖醇的良好应用前景越来越受到大家的重视。主要结果如下:
(1)本文针对可以发酵生产木糖醇的菌株:季也蒙假丝酵母(Candida guilliermondii)、莫格假丝酵母(Candida mogii)、产朊假丝酵母(Candida utilis),对其菌种生长、木糖消耗、木糖醇得率以及木糖醇生成的关键酶活力进行了比较,试验发现,季也蒙假丝酵母最适合作发酵生产木糖醇的菌株,发酵木糖液60h,最大得率为51.43%。紫外诱变育种是一种最常用的有效的手段,增加筛选优良菌株的机会,把筛选出的季也蒙假丝酵母菌株,经紫外诱变后发酵木糖液,木糖醇得率为64.82%,明显高于诱变前,为以后研究提供了优良菌株。
(2)微生物发酵法生产木糖醇,已成为当前的研究热点,尤其是发酵植物半纤维素水解液法生产木糖醇。本文研究了水解液的制备及脱毒,比如活性炭脱毒,石灰中和等,由于活性炭脱毒经济高效,对活性炭脱毒进行了着重研究,活性炭脱毒条件为:温度55℃,pH值为5,时间12h,此时脱毒效果比较理想。水解条件的选择:2.0%的硫酸,水解温度为105℃,液固比8:1条件下水解2h,此时的糖浓度为62.42g/L,得率为37.52%。
(3)季也蒙假丝酵母发酵半纤维素水解液生产木糖醇,从不同的初始pH、温度、转速、装液量、接种量这5方面优化,得到的最优发酵条件为:发酵温度30℃,转速180 r/min,初始pH5.5,接种量10%,初糖浓度为60.00 g/L,发酵后木糖醇产量43.31 g/L,木糖醇得率为72.18%,远高于优化前64.82%的得率。
(4)半纤维素水解液中的主要抑制物是乙酸、糠醛、单宁、香草醛等酚类化合物。已有研究结果表明:当乙酸浓度高于1.20 g/L、糠醛浓度高于0.50g/L时,木糖醇发酵被明显抑制。研究发现离子交换树脂脱毒效果良好,但成本相对较高;采用石灰中和对水解液中乙酸的去除率为6.23%,糠醛的去除率为5.67%,再同时结合浓缩汽提挥发脱毒处理,可使乙酸的去除率可达58.42%,糠醛的去除率为75.68%,该方法经济简便,具有良好的实际应用价值。
(5)利用微胶囊化固定季也蒙假丝酵母细胞发酵生产木糖醇,发酵半纤维素水解液产木糖醇效率明显提高。在摇瓶条件下,采用分批次发酵,结果如下:发酵温度30℃,初始pH值5.0,间断改变摇床转速,其中0~24h,200r/min;24~84h,180 r/min,固定化细胞凝胶珠与玉米芯半纤维素水解液体积比为1:3,利用固定化细胞重复进行8批次发酵,木糖醇得率平均值为77.02%,该结果比较理想。