高密度限氧酵母发酵木糖生产乙醇及其细胞应激乙醇耐受机理的研究

摘要

木糖是木质纤维原料中半纤维素水解的主要成分，充分利用木糖发酵生产乙醇对纤维乙醇的发展有重要的意义。目前，发酵木糖的自然菌对木糖的利用率低、发酵周期长，且产乙醇量低，从而限制自然发酵菌的大规模应用。通过选用自然发酵菌树干毕赤酵母进行高密度培养，并优化培养条件，实现发酵液中高细胞浓度，并对高密度限氧酵母的循环利用性、发酵性能和应激乙醇的耐受性进行研究。　　稀酸预处理秸秆中，酸水解的H+作用秸秆表面显露的官能团，使木糖从木聚糖结构链上释放出来。处理后的秸秆表面结构松散，内孔隙度增大，比表面积增大，有利于酶与秸秆接触，加快酶解糖化速率。通过二次回归正交设计对酸处理中时间、浓度和固液比进行优化，确定适宜的工艺条件：反应时间2 h，稀酸浓度4.1％、液固比22:1。　　在研究发酵过程的影响因素中发现，通过不同纱布层来限制发酵中氧的传递，保证发酵液中微量氧满足细胞代谢中的氧化还原平衡和细胞的生长。同时在发酵过程中适宜的转速有利于保证酵母的摄糖和摄氧能力，加强发酵液的流动性，保持细胞活力，并降低发酵产物对细胞生长和代谢的抑制作用。实验表明，当木糖浓度为60 g/L，转速为140 r/min下发酵48 h，糖的利用率达到99.57%。　　对比游离细胞发酵结果表明，高密度限氧酵母对糖的利用和产乙醇量高于游离细胞。在发酵半纤维素水解液得到的结果比不上纯糖发酵，但其效率要高于游离细胞。因此，利用高密度限氧酵母发酵可提高细胞浓度，缩短发酵周期，最终提高对木糖的利用率和发酵效率。　　最后，考察高密度酵母应激乙醇耐受性能的结果表明，外加高乙醇浓度的木糖发酵中，高密度限氧酵母细胞浓度和酒精度减少，对木糖的利用减慢。但相比于游离细胞而言，外加高浓度乙醇时，高密度细胞的木糖利用率要高于游离细胞，其受高浓度乙醇的影响小于游离细胞。说明高密度细胞在应激高浓度乙醇时，细胞内和细胞间相互起到保护和抵抗作用。

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第一章 绪论

1.1 前言

1.2 国内外生物乙醇的发展

1.3 木质纤维原料制取乙醇的研究

1.4 发酵菌种的选育

1.5 高密度细胞技术在生物乙醇中的发展及应用

1.6 课题的提出、意义及主要内容

1.7 本研究的创新之处

第二章 纤维乙醇工艺中酸处理秸秆反应条件的优化

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 分析方法

2.4 实验结果与讨论

2.5 本章小结

第三章 高密度限氧酵母菌的培养

3.1 实验材料

3.3 分析方法

3.4 实验结果与讨论

3.5 高密度限氧酵母菌发酵机理的初步探讨

3.6 本章小结

第四章 高密度限氧酵母菌发酵木糖

4.1 实验材料

4.2 实验方法

4.3 分析方法

4.4 实验结果与讨论

4.5 本章小结

第五章 高密度限氧酵母菌应激乙醇的耐受性机理

5.1 实验材料

5.2 实验方法

5.3 分析方法

5.4 实验结果与讨论

5.5 高密度限氧酵母菌应激乙醇的耐受性机理

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 研究展望

参考文献

攻读硕士研究生期间发表的文章

致谢