文档介绍：丙酮丁醇梭菌发酵产丁醇试验的研究
低成本生产丁醇的必要性
生物燃料是可替代汽油等石油燃料的清洁能源。生物燃料主要包括生物柴油、生物乙醇和生物丁醇等。生物丁醇是一种极具潜力的新型生物燃料,被称为第二代生物燃料。与生物乙醇相比,它具有能量高于乙醇,有较好的燃料经济性,可提高汽车燃料效率和行车里程数等优点。丁醇的性质更接近于烃类,因此与汽油的配伍性好,无需改造汽车。作为新型的生物燃料,全球对于生物丁醇的需求量逐年增加,生物丁醇的研究也因此成为当前可再生资源开发利用的热点之一
传统发酵法生产丁醇主要以玉米和糖蜜为原料,但对中国这样的人口大国来说,粮食关系到国计民生,确保粮食安全是社会稳定最基本的需求。开发粮食替代资源,不与人争粮,不与粮争地,是我国大规模生物炼制技术开发和产业发展的基本国策。
原始农作物
玉米秸秆
植物秸秆主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。其中,纤维素、半纤维素是可发酵糖的来源,含量占66% ~75%(纤维质原料的绝干重量)。
但丙酮丁醇梭菌是无法直接利用木质纤维素为底物进行丁醇发酵,它需将木质纤维素水解产生葡萄糖、木糖等单糖再用于丁醇发酵。
本实验所用菌种
丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutylicum )
一种革兰染色阳性、细胞呈梭状、能产生丙酮和丁醇等溶剂的厌氧芽抱杆菌。细胞大小()um* ()um,常含细菌淀粉粒。以周生鞭毛运动。芽抱卵圆形,次端生。表面菌落圆形、突起,直径3一5mm,边缘不规则,色灰白,半透明,表面有光泽。严格厌氧。能分解蛋白质和糖类;生物素和对氨基苯甲酸作生长因子
试验内容
一、玉米秸秆水解实验设计
二、丙酮丁醇梭菌发酵产丁醇培养基及发酵条件优化
三、以玉米秸秆水解液为底物发酵产丁醇的研究
一、玉米秸秆水解实验设计
实验研究玉米秸秆经不同试剂预处理后对其酶水解的影响,以及pH值、时间、酶用量、底物浓度等因素对酶水解率的影响,从而得出最佳酶解条件。并利用最佳条件下的水解液进行丁醇发酵,从而达到农业秸秆的资源化利用。
1. 试验材料:玉米秸秆、纤维素酶、及其他试剂和器材
2. 试验方法:
(1) 玉米秸秆的预处理。碱浸泡法: 3%的NaOH,固液比
为1∶10,室温浸泡24 h,过滤,滤渣洗净后于60 ℃烘干水分至恒重。氨水浸泡: 10%的氨水,固液比为1∶10,室温浸泡24h,过滤,滤渣洗净后于60 ℃烘干水分至恒重。以不作处理玉米秸秆作为对照。
(2) 酶水解反应条件。称取1 g秸秆于250 ml锥形瓶,加入纤维素酶溶液(0. 05 mol/L, pH值4. 8的柠檬酸- 柠檬酸钠缓冲溶液) ,将三角瓶置于恒温水浴振荡摇床上进行酶解反应,温度50 ℃,转速100 r/min,反应时间36 h。反应结束,离心取上清液进行还原糖的分析。
(一)实验材料与方法
(1)秸秆成分分析。测定预处理前后1 g秸秆粉中的
纤维素、半纤维素及木质素含量。
(2)还原糖的测定。DNS法。
(3)酶水解率测定。
酶水解率(%) =﹛ a ×0. 9/m ×(1 - w) ﹜×100
式中, a为还原糖质量,m 为秸秆质量,w为含水率。
(二) 分析方法
设计因素:
:
该试验采用15目、60目和200目的秸秆粉碎程度考察粒径大小对酶水解的影响。
2. 温度对酶水解的影响:
设计30 ℃、35℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃。七个梯度对酶水解的影响。
(三)酶水解工艺的优化
:
分别设置200、400、600、800、1000、1200U /g 六个梯度。
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分别设置pH=3、4、5、6、7、8进行试验。
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设置固液比为1:10、1:20、1:30、1:40、1:50、1:60、1:70几种底物浓度做试验。