玉米秸秆原料的黑曲霉发酵生产柠檬酸

【摘要】：柠檬酸是在饮料、制药、化妆品、农业等领域中有着广泛应用的重要有机酸。目前,工业上主要利用黑曲霉(Aspergillus niger),以淀粉类粮食为底物发酵生产柠檬酸。这一传统发酵工艺需要消耗大量的粮食作为黑曲霉生长和发酵的碳源。农作物秸秆等木质纤维素是最丰富的可再生碳水化合物资源,利用储量丰富、价格低廉的的秸秆发酵柠檬酸,可显著降低柠檬酸生产成本。但是,黑曲霉在预处理后木质纤维素体系中无法实现高浓度的柠檬酸积累。本文以玉米秸秆为原料进行柠檬酸发酵为出发点,进行了如下研究： 首先,对于三株候选柠檬酸生产菌株黑曲霉(A. niger) SIIM M203、M288、M228进行了柠檬酸生产能力的鉴定,发现这三株菌都具备生产柠檬酸的能力。然后,对比了这三株菌在玉米秸秆水解液中的发酵能力。结果表明,黑曲霉SIIM M288在木质纤维素水解液中生产柠檬酸的能力最强。 其次,测定了黑曲霉SUM M288对木质纤维素中主要抑制物的耐受性。玉米秸秆中的主要抑制物对黑曲霉SIIM M288生产柠檬酸都有抑制,糠醛等还抑制了菌体的生长。所以,黑曲霉SIIM M288必须以脱毒秸秆为底物进行柠檬酸发酵。 最后,对黑曲霉SIIM M288在25%脱毒玉米秸秆水解液中的发酵条件进行了优化。最优的发酵条件为：33℃、初始pH为6.0. NH4Cl为1.0g/L、不添加Mn2+的情况下。在此条件下,获得了98.27g/L柠檬酸,转化率为77.20%。 本文通过菌种筛选和条件优化,实现了在玉米秸秆水解液中积累柠檬酸,为玉米秸秆为原料工业化生产柠檬酸提供了借鉴。 【关键词】：柠檬酸 黑曲霉 玉米秸秆 木质纤维素
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ921.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 前言9-10
• 第1章 文献综述10-22
• 1.1 柠檬酸概述10-13
• 1.1.1 柠檬酸性质及应用10
• 1.1.2 柠檬酸发酵微生物及其原理10-13
• 1.1.3 柠檬酸生产现状13
• 1.2 木质纤维素概述13-16
• 1.2.1 木质纤维素结构13-14
• 1.2.2 纤维素酶组成14-15
• 1.2.3 预处理15
• 1.2.4 抑制物及脱毒方式15-16
• 1.3 木质纤维素柠檬酸的生产工艺16-21
• 1.3.1 生产木质纤维素柠檬酸的步骤以及瓶颈16-17
• 1.3.2 优化柠檬酸生产的技术及工艺17-21
• 1.4 选题依据和研究思路21-22
• 第2章 材料与方法22-28
• 2.1 菌体、试剂及仪器设备22-24
• 2.1.1 菌株22
• 2.1.2 试剂22-23
• 2.1.3 培养基23
• 2.1.4 实验仪器23-24
• 2.2 实验方法24-27
• 2.2.1 菌种保藏24
• 2.2.2 菌种活化24
• 2.2.3 玉米秸秆预处理及评价测定方法24-26
• 2.2.4 脱毒步骤26
• 2.2.5 水解液制备26
• 2.2.6 接种方法26-27
• 2.2.7 发酵条件27
• 2.2.8 样品处理27
• 2.3 分析方法27-28
• 2.3.1 葡萄糖、木糖、柠檬酸、糠醛和羟甲基糠醛浓度测定27
• 2.3.2 菌体干重的测定27
• 2.3.3 柠檬酸产量和转化率的计算27-28
• 第3章 结果与讨论28-53
• 3.1 鉴定候选菌株的产酸能力28-34
• 3.1.1 M203的鉴定结果28-30
• 3.1.2 M288的鉴定结果30-31
• 3.1.3 M228的鉴定结果31-33
• 3.1.4 鉴定小结33-34
• 3.2 预处理效果评价34-35
• 3.3 柠檬酸生产菌株的筛选35-39
• 3.4 抑制物对发酵的影响39-46
• 3.4.1 呋喃类抑制物39-42
• 3.4.2 弱酸类抑制物42-45
• 3.4.3 酚类抑制物45
• 3.4.4 M288对玉米秸秆中主要抑制的耐受性小结45-46
• 3.5 M288在脱毒玉米秸秆水解液中的发酵条件的优化46-53
• 3.5.1 温度梯度对M288在脱毒玉米秸秆水解液中的发酵影响46-47
• 3.5.2 初始pH梯度对M288在脱毒玉米秸秆水解液中的发酵影响47-49
• 3.5.3 NH_4Cl梯度对M288在脱毒玉米秸秆水解液中的发酵影响49-50
• 3.5.4 MnCl_2梯度对M288在脱毒玉米秸秆水解液中的发酵影响50-52
• 3.5.5 M288在脱毒玉米秸秆水解液中最优条件下的发酵情况52-53
• 第4章 结论与展望53-55
• 4.1 结论53
• 4.2 展望53-55
• 参考文献55-59
• 致谢59

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