木薯生物煉制微生物油脂過程工藝研究.pdf

1、生物柴油作為一種可再生的清潔能源,因大氣污染和能源危機而備受關(guān)注。目前,制備生物柴油的主要原料為植物油脂。盡管生物柴油已在歐盟、美國等國家和地區(qū)得到應(yīng)用,然而過高的生產(chǎn)成本限制了生物柴油的推廣。生物柴油產(chǎn)業(yè)化及廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵在于開發(fā)廉價且可持續(xù)大量供應(yīng)的油脂資源。微生物油脂是產(chǎn)油微生物在一定條件下積累在體內(nèi)的油脂,其脂肪酸組成與植物油脂類似。利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)油脂,有望為生物柴油產(chǎn)業(yè)提供廉價原料。本文以本實驗室篩選的一株高產(chǎn)油脂酵母Tr

2、ichosporon cutaneum B3為對象,探索其利用木薯原料發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂的工藝條件。在采用搖瓶實驗優(yōu)化發(fā)酵條件的基礎(chǔ)上,研究2 L發(fā)酵罐中補料分批發(fā)酵產(chǎn)油脂工藝,并且在30 L發(fā)酵罐中進行中試,實現(xiàn)了微生物油脂的高密度發(fā)酵。此外,為降低生產(chǎn)成本,本文還研究了利用木薯淀粉同步糖化和發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂工藝,以及微生物油脂發(fā)酵過程中廢棄細胞作為有機氮源循環(huán)利用工藝。
　　搖瓶實驗表明:在木薯淀粉水解液60 g/L、玉米漿

3、6 ml/L條件下培養(yǎng)144 h,菌體生物量、油脂產(chǎn)量和油脂含量分別達到15.1 g/L、5.95 g/L和39.4％。此條件下,在2 L發(fā)酵罐中分批培養(yǎng)44 h后生物量、油脂產(chǎn)量和油脂含量分別達到28.7 g/L、12.27 g/L和42.8%。
　　在2L發(fā)酵罐中研究了不同補料策略對菌體生長和油脂積累的影響,研究結(jié)果表明:將發(fā)酵培養(yǎng)基中總糖濃度控制在5 g/L~30 g/L,發(fā)酵92 h后菌體生物量、油脂產(chǎn)量、油脂含量分別為1

4、05.3 g/L、50.4 g/L、47.9%,油脂產(chǎn)率達0.55g/(L·h)。在30 L發(fā)酵罐中進行中試,發(fā)酵104 h后菌體生物量、油脂產(chǎn)量和菌體內(nèi)油脂含量分別達到108.5 g/L、51.5 g/L和47.5%,油脂產(chǎn)率達到0.50 g/(L·h)。
　　研究了木薯淀粉同步糖化和發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂的工藝。采用Box–Behnken實驗設(shè)計建立了發(fā)酵溫度、α-淀粉酶用量和糖化酶用量與油脂產(chǎn)量之間關(guān)系的回歸模型。該回歸模型存在

5、最大穩(wěn)定點,即發(fā)酵溫度為27.4℃、α-淀粉酶添加量為13.5 U/g木薯淀粉、糖化酶添加量為1462.8 U/g木薯淀粉,此點的微生物油脂搖瓶預(yù)期產(chǎn)量為10.33 g/L。在同步糖化和發(fā)酵模式下,結(jié)合補料分批發(fā)酵工藝,在2 L發(fā)酵罐中培養(yǎng)96 h后油脂產(chǎn)量達到39.37 g/L。
　　采用酶水解法制備廢棄細胞水解液實現(xiàn)了微生物油脂發(fā)酵過程中氮源的循環(huán)利用,結(jié)果表明:在木薯淀粉水解液60 g/L的條件下,使用總氮含量為0.3 g/

6、L的酶解液作為氮源時的油脂產(chǎn)量達到4.41 g/L。在總氮含量為0.3 g/L的酶解液中添加3.0 ml/L玉米漿,菌體生物量和油脂產(chǎn)量分別達到18.5 g/L和7.09 g/L。使用酶解液與玉米漿組成的復(fù)合氮源用于2L發(fā)酵罐補料分批發(fā)酵產(chǎn)油脂,菌體生物量、油脂產(chǎn)量和菌體油脂含量分別達到111.6 g/L、50.9 g/L和45.6%。
　　生物柴油性能分析表明:以T. cutaneum B3所產(chǎn)油脂制備的生物柴油組成主要包括棕櫚