提高丁醇萃取发酵萃余废液回用率的研究

摘要

生物柴油是一种清洁、可再生能源。但生物柴油点火性能差，点火时有大量黑烟产生。以生物柴油为萃取剂开展丁醇萃取发酵，可以改善生物柴油的质量、产品可作为“高品质改良型”的生物柴油而直接使用。与此同时，还可缓解发酵过程的产物抑制，省去耗能的溶剂产品精馏回收过程。但是，该过程也产生了大量的萃余液(发酵废液)。直接回用萃余液于次轮发酵的拌料，回用率超过50%发酵就不能正常进行。
　　 本论文从节省宝贵水资源的角度出发，重点研究和探讨了将萃余液用于次轮发酵(一次回用、多次回用)的前处理工艺条件、限制因素和机理，主要结论如下:
　　 (1)研究探讨了高萃余液回用率条件下，丁醇发酵无法正常进行的各种可能的原因。结果表明:萃余液中的可溶性蛋白、残留溶剂和残淀粉不是主要的发酵抑制因素。可溶性大分子色素和未知的抑制性小分子是造成高萃余液回用率条件下发酵无法正常进行原因。
　　 (2)高萃余液回用率条件下，单去除萃余液中的小分子或大分子的抑制物质时，发酵性能有一定改善，但是和新鲜水配料时的发酵性能还有很大差距。采用3%硅藻土吸附小分子发酵抑制物质、配以膜过滤去除大分子发酵抑制物质的复合处理方式处理萃余液，可将一次性萃余液回用率从50%提高至75%，丁醇发酵性能与使用新鲜水配料时相近，可以节约大量而宝贵的水资源。另外，在使用相同萃余液前处理条件、发酵性能保持基本稳定的前提下，萃余液反复连续回用次数可达3-4次。
　　 (3)在利用萃余液调配培养基前，尽可能多地去除萃余液中的残留丁醇，可以避免残余的丁醇在拌料及灭菌过程中与萃余液中的各种残留物质发生反应生成新的发酵抑制物质，可以保持高萃余液回用率条件下发酵性能的稳定。
　　 (4)在传统发酵和以油醇为萃取剂的萃取发酵中，原位添加3%(w/v)的硅藻土，丁醇的生产强度可分别提高5%和8%。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

1.1 研究背景

1.1.1 丙丁梭菌生产发酵溶剂及其研究、利用现状

1.1.2 丁醇萃取发酵

1.1.3 生物柴油耦联丁醇萃取发酵和研究现状

1.1.4 大力回用发酵废水应对我国的缺水现状

1.2 立题意义

1.3 本课题的主要研究内容

1.3.1 课题整体研究思路

1.3.2 研究目标

1.3.3 研究内容

第二章 材料与方法

2.1 试剂与材料

2.2 仪器与设备

2.3 发酵菌种

2.4 培养基

2.5 培养方法

2.5.1 菌种活化方法

2.5.2 发酵方法

2.5.3 生物柴油处理方法

2.6 分析方法

2.6.1 溶剂产量的测定

2.6.2 产气量的测定方法

2.6.3 淀粉的测定方法

2.6.4 发酵液中蛋白质含量的测定方法

2.6.5 发酵液中蛋白质去除方法

2.7 发酵废液的回用方法

2.7.1 批量发酵萃余液的制备

2.7.2 发酵萃余液膜过滤方法

2.7.3 利用硅藻土处理发酵萃余液

2.7.4 利用萃余液制备调配发酵培养基

2.7.5 萃余液反复多次回用方法

第三章 结果与讨论

3.1 高萃余液回用率(≥75％)条件下的丁醇发酵抑制特征

3.2 高萃余液回用条件下发酵无法进行的原因和解决方法初探

3.2.1 高萃余液回用条件下发酵无法正常进行的可能因素

3.2.2 使用萃余液调配的培养基中残留溶剂的影响

3.2.3 萃余液中残留淀粉的影响

3.2.4 萃余液中的可溶性蛋白的影响

3.2.5 萃余液中的大分子色素物质的影响

3.2.6 萃余液可能存在的、未知小分子抑制物质的影响

3.2.7 高萃余液回用条件下发酵无法正常进行的原因总括

3.3 利用硅藻土+膜过滤复合式方法处理萃余液、提高萃余液回用率和发酵性能

3.3.1 复合处理方式处理萃余液，改善高萃余液回用条件下的发酵性能

3.3.2 萃余液反复多次回用的研究

3.3.3 去除萃余液中的残留丁醇、实现高萃余液回用条件下的发酵性能稳定

3.4 原位添加微量硅藻土强化丁醇发酵

3.4.1 原位添加硅藻土强化传统丁醇发酵的性能

3.4.2 原位添加硅藻土强化丁醇萃取发酵的性能

3.5 结论和展望

3.5.1 主要结论

3.5.2 展望

致谢

参考文献

附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文