基于DES预处理啤酒酒糟的资源化利用研究

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啤酒酒糟(BSG)是啤酒酿造业最主要的副产物,约占总副产物的85%。BSG不仅纤维素、半纤维素以及木质素含量丰富,还含有大量蛋白质(23.75%)。基于此,本论文首先开发了一种“发酵型低共熔溶剂(DES)”预处理BSG的方法,对BSG各组分有效分离进行了实验研究。其次分析了粘红酵母(Rhodotorula glutinis)对预处理过程中木质纤维素来源的抑制物的耐受能力。最后探究了以微生物发酵的方式利用半纤维素、蛋白质发酵油脂,以纤维素为主的固体残渣酶解发酵乙醇。(1)首先本论文开发了一种由甘油、氯化胆碱和磷酸组成的“发酵型DES”体系处理BSG的方法。随后对该方法预处理条件(组分摩尔比、固液比、加酸量、反应温度、反应时间)进行了探究,当氯化胆碱与甘油的摩尔比1:10,DES与BSG的固液比1:15,磷酸添加量6%,温度140℃处理4 h时,蛋白质(92.23%)、半纤维素(97.63%)和木质素(73.21%)被DES提取到预处理液中,无法被微生物发酵利用的木质素加水洗出;纤维素存在于固体残渣中。各组分有效分离为BSG的资源化利用提供了基础。(2)其次本论文以“发酵型DES”为唯一碳源设计培养基,分析了R.glutinis CGMCC No.2258对上述预处理条件下产生的呋喃类化合物(糠醛、糠醇、5-羟甲基糠醛)和酚类化合物(香草醛、阿魏酸)的耐受能力。低浓度(0.5 g/L)的呋喃类化合物即能抑制细胞生长和油脂积累。在3种呋喃类化合物中,该菌株对5-羟甲基糠醛的耐受性最高,生物量和油脂量为11.04 g/L、1.96 g/L,是空白对照组(12.10g/L、2.41 g/L)的90.90%、81.33%;糠醇次之;对糠醛的耐受性最低。而低浓度(0.5 g/L)的2种酚类化合物对菌体生长有抑制作用(11.21 g/L、10.94 g/L)但对油脂合成有促进作用(2.67 g/L、2.55 g/L)。证明了含有低浓度抑制物时该体系用于油脂发酵的可行性。(3)最后,对DES预处理液(包含半纤维素、蛋白质来源的可发酵糖和氮源)以及以纤维素为主的固体残渣酶解液进行了微生物发酵实验探究。利用DES预处理液培养R.glutinis CGMCC No.2258进行油脂发酵时,探究了DES预处理循环次数和预处理液的稀释倍数对发酵的影响。结果表明当循环处理5次后稀释4倍的DES预处理液培养R.glutinis,生物量和油脂量分别为9.21 g/L、2.34 g/L,半纤维素和蛋白质利用率为92.46%、81.58%。利用固体残渣纤维素酶解液培养酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)发酵乙醇时,探究了四种纤维素保留率较高的预处理条件对酶解效率以及发酵的影响,最高酶解效率为84.27%,乙醇的最大产量为10.12 g/L,纤维素利用率达到78.26%。基本实现了BSG的资源化利用。
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