馬鈴薯淀粉衣康酸發(fā)酵研究.pdf

1、衣康酸是化工領(lǐng)域的重要工業(yè)原料和添加劑,被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)合成樹脂、塑料、表面活性劑等方面,市場(chǎng)需求逐年增加。隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,能源和環(huán)境問(wèn)題日益突出,用可再生能源逐步替代石油等不可再生能源的生物煉制新模式應(yīng)運(yùn)而生,并逐漸成為世界能源發(fā)展的新趨勢(shì)。作為生物煉制C5產(chǎn)品體系一部分的衣康酸,可以通過(guò)玉米淀粉、薯類淀粉等植物基淀粉發(fā)酵制得。我國(guó)作為馬鈴薯生產(chǎn)大國(guó),馬鈴薯種植面積和總產(chǎn)量均世界第一,具備發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的巨大基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)。通過(guò)馬

2、鈴薯淀粉的生物煉制生產(chǎn)衣康酸,不僅可以延長(zhǎng)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)鏈,優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),促進(jìn)農(nóng)民增收,還能拓展生物質(zhì)能源,節(jié)能減排,促進(jìn)環(huán)保。
　　 本論文對(duì)馬鈴薯淀粉發(fā)酵生產(chǎn)衣康酸進(jìn)行了研究。以土曲霉(Aspergillusterreus)CICC40205為出發(fā)菌株,通過(guò)誘變選育獲得高產(chǎn)菌株,對(duì)培養(yǎng)基組成、發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化,進(jìn)一步大幅度的提高了衣康酸產(chǎn)率。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 以土曲霉CICC40205為出發(fā)菌株,通過(guò)紫

3、外線誘變和硫酸二乙酯(DES)誘變處理后,經(jīng)平板菌落篩選、搖瓶篩選和連續(xù)傳代,得到衣康酸生產(chǎn)菌株土曲霉AT-DES-63,該菌株衣康酸產(chǎn)率為5.32%。
　　 應(yīng)用正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)法,確定了種子培養(yǎng)基的最佳組成為:葡萄糖40g/L、NH4NO34g/L、玉米漿2p/L、MgSO4·7H2O2g/L,pH4.0。并通過(guò)試驗(yàn)確定了衣康酸發(fā)酵過(guò)程的最適種齡為42h。
　　 根據(jù)搖瓶分批發(fā)酵的單因素試驗(yàn)結(jié)果,采用多元線性回歸方法對(duì)馬

4、鈴薯淀粉發(fā)酵生產(chǎn)衣康酸的搖瓶發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化。首先采用Plackett-Burman設(shè)計(jì)法從諸多因素中篩選出pH,轉(zhuǎn)速,溫度三個(gè)主要因素,再利用中心組合實(shí)驗(yàn)擬合得到響應(yīng)面,建立衣康酸產(chǎn)率的二次多項(xiàng)式回歸模型,并分析該模型的有效性和因子間交互作用。在優(yōu)化后的發(fā)酵條件下進(jìn)行衣康酸發(fā)酵,所得產(chǎn)率達(dá)到6.08%,比優(yōu)化前提高了14.3%。
　　 通過(guò)單因素試驗(yàn),確定了衣康酸發(fā)酵的起始碳源濃度范圍為110-130g/L,并選取玉米漿、NH

5、4NO3作為衣康酸發(fā)酵培養(yǎng)基的氮源。采用Plackett-Burman設(shè)計(jì)法從玉米漿、NH4NO3、MgSO4·7H2O等九個(gè)因素中篩選出碳源、玉米漿、MgSO49·7H2O、KH2PO4四個(gè)主要因素,再通過(guò)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì),對(duì)四個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在最佳發(fā)酵培養(yǎng)基組分:碳源濃度130g/L,玉米漿2.14g/L,MgSO4·7H2O2.19g/L,KH2PO40.14g/L,NH4NO33g/L,FeSO4·7

6、H2O0.10g/L,衣康酸產(chǎn)率達(dá)到7.04%,較優(yōu)化前提高了32.3%。
　　 以分批發(fā)酵最優(yōu)發(fā)酵條件為依據(jù),對(duì)土曲霉AT-DES-63進(jìn)行補(bǔ)料分批發(fā)酵的研究。確定了最優(yōu)補(bǔ)料分批發(fā)酵方式為:初糖濃度50g/L,初始NH4NO3濃度1g/L,于發(fā)酵第48h、60h、72h、84h分四次補(bǔ)加補(bǔ)料液,最終衣康酸產(chǎn)率為8.39%,較搖瓶分批發(fā)酵的衣康酸產(chǎn)率7.04%提高了19.2%,糖酸轉(zhuǎn)化率為64.5%。運(yùn)用高效液相色譜法對(duì)發(fā)酵液中