酪丁酸梭菌工程菌发酵木质纤维素生产丁醇工艺研究.pdf

硕士学位论文 （专业学位） 酪丁酸梭菌工程菌发酵木质 纤维素生产丁醇工艺研究 学位申请人：XX 指导教师 ：XX教授 学科专业 ：生物工程 学位类别 ：工学硕士 培养学院 ：生物科学与工程学院 答辩 日期 ：二〇二〇年五月 中图分类号： Q81 密 级： 公开 UDC： 57 学校代码： 酪丁酸梭菌工程菌发酵木质 纤维素生产丁醇工艺研究 Butanolproduction from lignocellulosic biomassehydrolysatesby Clostridium tyrobutyricumΔack-adhE2 学位申请人：XX 指导教师 ：XX教授 学科专业 ：生物工程 学位类别 ：工学硕士 培养学院 ：生物科学与工程 答辩 日期 ：二〇二〇年五月 摘 要 目前丙酮-丁醇-乙醇 （ABE）发酵的传统底物主要是糖和淀粉，这些底物原料的使 用导致了丁醇发酵成本的日益提高，同时影响了生物丁醇发酵最终规模化、工业化的进 展。因此如何提高生物丁醇的产量以及降低发酵原料的成本等相关问题成为研究发酵生 产丁醇的主要课题。 采用价格经济，储量丰富，容易获取，可再生性的木质纤维素作为发酵原料可以降 低产生物丁醇的成本。因此，本论文以酪丁酸梭菌工程菌 （Clostridiumtyrobutyricum） CtΔack-adhE2 为生产菌株，以木质纤维素为原料，对生物丁醇的发酵生产进行探索和 研究，主要结果如下： （1）利用响应曲面分析法优化产量最高的棉秸秆水解物发酵培养基，得到丁醇浓 度最大值的优化条件是硫酸亚铁浓度0.02 g/L 和磷酸氢二钾2.75g/L，硫酸铵浓度 5.71g/L，可得到的丁醇浓度预测值为15.21g/L。 （2）研究以玉米纤维水解物，棉秆水解物，大豆壳水解物或甘蔗渣水解物为底物 的发酵动力学，并在纤维床生物反应器中固定化细胞补料培养。CtΔack-adhE2 利用棉 秸秆水解物的发酵能力较高，棉秸秆水解产物的丁醇浓度为15g/L，丁醇转化率为0.30 g/g，生产效率为0.30g/L∙h. （3）利用 SuperProDesigner 软件进行流程模拟，并对生物丁醇进行经济性分析。 结果发现，对于年产50,000 吨的工厂而言，生物丁醇的生产成本为2.85$/ gal。 关键词：生物燃料；丁醇；酪丁酸梭菌；发酵；木质纤维素 Abstract At present, sugar and starch are the main substrates in acetone-butanol-ethanol (ABE) fermentation.The use of these substrates has led to the increasing cost and affected the final large-scale and industrialized progress of butanol fermentation. Therefore, how to solve the related problems such as how to improve the production of biobutanol and substrate cost has becomean important issueinbu