玉米秸秆原料生物炼制生产谷氨酸的研究

【摘要】：谷氨酸是一种极为重要的大宗化学品,在多个领域都具有广泛的应用,目前谷氨酸市场逐步扩大,需求逐年上升。谷氨酸生产普遍以粮食性原料如玉米淀粉等进行生产,不仅成本较高,且不符合生态可持续发展的原则。利用来源广泛、价格低廉的木质纤维素原料进行谷氨酸发酵具有较大的发展前景。本文通过对不同的谷氨酸发酵菌种在发酵培养基中谷氨酸发酵性能进行比较,筛选出一株发酵性能较好的菌株Corynebacterium glutamicum SIIM B460,该菌可以在预处理后未经脱毒的玉米秸秆水解液中较好的生长,进一步详细研究了木质纤维素预处理可能产生的抑制物对菌株生长及发酵的影响。选择了木质纤维素预处理及糖化过程中可能产生的十种典型抑制物,包括两种呋喃类衍生物,三种弱酸类物质和五种酚类抑制物,结果表明C. glutamicum SIIM B460对弱酸类抑制物具有极强的耐受性,在实验浓度范围内甲酸、乙酸、乙酰丙酸对菌株的生长及发酵都没有产生抑制作用；菌株对呋喃类抑制物耐受性也较强,与5-HMF相比,菌株对糠醛更为敏感；酚类抑制物中丁香醛、松柏醛、苯酚对菌株的抑制作用较强,香草醛及4-羟基苯甲醛对菌株的抑制作用则相对较弱。经检测,玉米秸秆中含有生物素,且含量高于谷氨酸发酵所需的生物素亚适量水平,因而该菌株可以在水解液中很好的生长但不能产生谷氨酸。通过添加青霉素诱导,菌株可以利用玉米秸秆水解液发酵生产谷氨酸。在30℃,转速200rpm, pH7.0,20%尿素,添加200mg/L青霉素诱导条件下,利用15%未脱毒玉米秸秆水解液进行发酵,经80h谷氨酸浓度可达31g/L,发酵性能与合成培养基相当。该研究结果为以价格低廉的木质纤维素原料进行谷氨酸发酵生产奠定了一定的基础。 【关键词】：玉米秸秆 谷氨酸 抑制物 Corynebacterium glutamicum SIIM B460
【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】：TQ922.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-9
• 前言9-10
• 第1章 文献综述10-21
• 1.1 谷氨酸概述10
• 1.2 谷氨酸的应用10-11
• 1.3 微生物发酵生产谷氨酸概述11-15
• 1.3.1 葡萄糖合成谷氨酸的代谢路径12-13
• 1.3.2 谷氨酸棒杆菌分泌谷氨酸的分子机制13-15
• 1.4 谷氨酸生产原料15-18
• 1.4.1 淀粉16
• 1.4.2 糖蜜16
• 1.4.3 木质纤维素原料16-18
• 1.5 利用木质纤维素原料发酵生产谷氨酸的工艺18-20
• 1.5.1 木质纤维素的预处理18
• 1.5.2 对预处理后物料的脱毒18-19
• 1.5.3 木质纤维素原料的糖化与发酵19-20
• 1.6 课题研究的内容与意义20-21
• 第2章 材料与方法21-27
• 2.1 实验材料21-23
• 2.1.1 实验试剂21-22
• 2.1.2 实验仪器22
• 2.1.3 菌种22-23
• 2.1.4 培养基23
• 2.2 培养方法23
• 2.2.1 菌种活化23
• 2.2.2 种子培养23
• 2.2.3 发酵培养23
• 2.2.4 菌种保藏23
• 2.3 玉米秸秆处理方法23-24
• 2.3.1 玉米秸秆预处理23-24
• 2.3.2 预处理后物料的生物脱毒24
• 2.3.3 水解液制作24
• 2.4 实验方法24-25
• 2.4.1 菌株的筛选24
• 2.4.2 谷氨酸棒杆菌的抑制物耐受性实验24
• 2.4.3 利用水解液发酵生产谷氨酸24-25
• 2.5 分析方法25-27
• 2.5.1 玉米秸秆水解液组分及添加抑制物浓度的测定25
• 2.5.2 糖浓度及谷氨酸含量的测定25
• 2.5.3 菌体量的测定25
• 2.5.4 生物素含量的测定25-27
• 第3章 结果与讨论27-52
• 3.1 谷氨酸棒杆菌的选育27-29
• 3.2 玉米秸秆水解液中C. glutamicum SIIM B460的生长及代谢29-32
• 3.2.1 已脱毒水解液中菌株的生长及代谢29-31
• 3.2.2 未脱毒水解液中菌株的生长及代谢31-32
• 3.3 水解液中生物素的测定32-33
• 3.4 青霉素诱导时水解液中菌株的生长及代谢33-37
• 3.4.1 不同青霉素添加时间时菌株的生长及代谢的影响33-36
• 3.4.2 青霉素诱导下不同培养基中菌株的生长及发酵情况36-37
• 3.5 C.glutamicum SIIM B460的抑制物耐受性37-52
• 3.5.1 C.glutamicum SIIM B460对呋喃类抑制物的耐受性38-40
• 3.5.2 C.glutamicum SIIM B460对弱酸类抑制物的耐受性40-44
• 3.5.3 C.glutamicum SIIM B460对酚类抑制物的耐受性44-50
• 3.5.4 多种抑制物共同作用下菌株的耐受性50-52
• 第4章 结论与展望52-54
• 4.1 结论52-53
• 4.1.1 菌株的筛选52
• 4.1.2 Corynebacterium glutamicum SIIM B460的抑制物耐受性52-53
• 4.1.3 玉米秸秆水解液中谷氨酸的发酵53
• 4.2 展望53-54
• 参考文献54-60
• 致谢60

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