2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
已閱讀1頁,還剩123頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領(lǐng)

文檔簡介

1、生物材料聚乳酸是受到廣泛關(guān)注的生物相容性良好和全生物降解材料,由乳酸聚合而成。如果聚乳酸單體乳酸能夠從廉價的生物質(zhì)資源通過生物煉制轉(zhuǎn)化而來,則無論對醫(yī)學(xué)發(fā)展、環(huán)境保護還是資源節(jié)約都具有重要意義。乳酸是基本的有機酸之一,是一種重要的平臺化合物,實現(xiàn)生物煉制生產(chǎn)也是未來生物基經(jīng)濟代替石油基經(jīng)濟的重要產(chǎn)業(yè)組成。要實現(xiàn)生物煉制生產(chǎn)乳酸目前尚有一些技術(shù)瓶頸需要被攻克,最主要的有兩點,一是將木質(zhì)纖維素原料低成本、高效率的轉(zhuǎn)化成可生物利用的小分子糖類

2、;二是生物發(fā)酵纖維素來源的糖類高效轉(zhuǎn)化生產(chǎn)乳酸。目前該領(lǐng)域的技術(shù)積累還不能完全滿足大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn),相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益還不能與以石油為基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)相比。本研究將針對這兩大技術(shù)瓶頸,圍繞農(nóng)作物秸稈木質(zhì)纖維素的高效糖化技術(shù)、米根霉固定化發(fā)酵生產(chǎn)乳酸等內(nèi)容展開研究。
  我國是農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)作物秸稈資源豐富,在各類秸稈資源中尤其以玉米秸稈最為豐富。如何提高玉米秸稈的糖化效率是利用該資源進行生物煉制,用于生產(chǎn)平臺化合物的關(guān)鍵。在利用纖維素酶

3、水解玉米秸稈纖維素生產(chǎn)葡萄糖的過程中,秸稈的致密結(jié)構(gòu)是酶解β-1,4-糖苷鍵的主要障礙,本研究中我們采用蒸汽爆破技術(shù)對木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)進行破壞,以提高纖維素酶解效率。
  在蒸汽爆破預(yù)處理玉米秸稈的研究中,以酶解還原糖產(chǎn)率為響應(yīng)值,采用均勻?qū)嶒炘O(shè)計得到最佳汽爆工藝條件,即汽爆壓力2.2MPa、液固比1:1、維壓時間9min、物料顆粒度40-60目。在此工藝條件下酶解還原糖產(chǎn)率是未處理原料的1.97倍?;瘜W(xué)組分分析顯示,蒸汽爆破處理后

4、秸稈物料中纖維素含量及木質(zhì)素含量相對于原料分別增加了29.73%和19.65%,說明通過蒸汽爆破預(yù)處理能夠提高秸稈物料中纖維素的相對含量。SEM觀察可見,蒸汽爆破處理后其結(jié)構(gòu)破壞明顯,表面出現(xiàn)褶皺,結(jié)構(gòu)變的蓬松,比表面積增大。
  以優(yōu)化工藝對玉米秸稈進行蒸汽爆破預(yù)處理,然后進行水/醇抽提處理,將纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等組分進行分離,進一步提高纖維素酶的可及性。對底物濃度、纖維素酶用量、酶解反應(yīng)時間等因數(shù)采用單因素分析和響應(yīng)面分

5、析實驗進行工藝優(yōu)化。以酶解還原糖產(chǎn)率為響應(yīng)值,對回歸方程求解得到的最佳工藝條件為:底物濃度53.28g/L,纖維素酶用量53.32FPU/g,酶解時間60.45h,此工藝條件下還原糖產(chǎn)率的最大預(yù)測值為694.11mg/g。經(jīng)過試驗驗證,得到酶解后還原糖產(chǎn)率為672.36mg/g,與模型預(yù)測結(jié)果接近。在相同酶解工藝條件下,經(jīng)過蒸汽爆破-水/醇處理后物料酶解還原糖產(chǎn)率較原料提高了170.46%,較單純蒸汽爆破后物料提高了28.97%?;瘜W(xué)組

6、分分析顯示,水/醇處理能有效分離纖維素、半纖維以及木質(zhì)素,進一步提高物料中的纖維素含量,SEM圖譜也顯示水醇處理使秸稈物料的結(jié)構(gòu)變的更加的蓬松,這些因素可有效增加纖維素酶對纖維素的可及性,提高了酶解效率。
  為了克服絲狀真菌發(fā)酵過程中細胞形態(tài)不易控制,機械運動易造成菌絲斷裂損傷;會形成大的菌絲團,阻礙氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的傳遞等不利生產(chǎn)的特點。對米根酶固定化發(fā)酵技術(shù)進行了研究,包括固定界面的選擇、固定支架的設(shè)計以及固定化效果的評價。并

7、利用玉米秸稈水解物為主要碳源,篩選出適合利用水解物發(fā)酵產(chǎn)酸的米根霉菌種,采用固定化發(fā)酵技術(shù)進行了搖瓶和反應(yīng)器發(fā)酵生產(chǎn)乳酸的研究,優(yōu)化了發(fā)酵工藝。
  通過多種米根霉和乳酸桿菌發(fā)酵產(chǎn)乳酸的比較,篩選出米根霉As3.3462菌種是適合發(fā)酵玉米秸稈酶解物生產(chǎn)乳酸的菌種。為了制作出適合米根霉固定化發(fā)酵的固定支架,試驗篩選出棉布是用于米根霉固定的良好纖維表面,六角星形載體菌絲層層固定后仍具有較大的表面積,多棱角的結(jié)構(gòu)使菌絲層內(nèi)部具有較好的物

8、質(zhì)傳輸特性,適合菌體生長和產(chǎn)酸。通過孢子固定動力學(xué)的研究發(fā)現(xiàn),米根霉孢子能完全固定在載體上,隨著菌絲的生長,吸附率急劇上升。通過對孢子固定動力曲線的數(shù)學(xué)擬合,發(fā)現(xiàn)孢子的吸附符合一級反應(yīng)動力學(xué)特征。載體尺寸、數(shù)量與反應(yīng)器容量以及孢子接種量間對于菌體生長和乳酸生產(chǎn)存在最佳比例關(guān)系。通過100mL的搖瓶實驗,直徑2.5cm、3個載體、1×106/mL的孢子接種濃度對菌體生長和乳酸生產(chǎn)最為有利。
  進一步研究As3.3462米根霉固定化

9、發(fā)酵玉米秸稈水解物生產(chǎn)L-乳酸。為了了解米根霉對玉米秸稈水解物的代謝特性,分別研究米根霉對葡萄糖和木糖的代謝,揭示木糖代謝的磷酸戊糖途徑乳酸轉(zhuǎn)化率低,但能有效提高生物量,以玉米秸稈水解物發(fā)酵生產(chǎn)乳酸主要通過葡萄糖代謝轉(zhuǎn)化。通過葡糖糖和木糖混合模擬玉米秸稈水解物,從糖消耗的動力學(xué)分析,米根霉優(yōu)先消耗葡萄糖,對木糖的消耗需要經(jīng)歷一段時間的“適應(yīng)性”調(diào)整,乳酸生成主要在葡萄糖消耗階段。玉米秸稈水解物包含22.8%的葡萄糖和27.2%的木糖,其

10、發(fā)酵動力學(xué)特點與1:1的混糖模擬類似。隨著葡萄糖被迅速消耗,木糖的消耗速度逐漸提高,發(fā)酵176h時乳酸生產(chǎn)水平達到最大15g/L,轉(zhuǎn)化率約30%,整個過程伴有乙醇的生成。在單因素分析的基礎(chǔ)上,通過均勻設(shè)計優(yōu)化了同步糖化發(fā)酵,使糖化和發(fā)酵過程良好耦合,秸稈轉(zhuǎn)化率接近15%。
  采用本室自行設(shè)計制作的鼓泡式生物反應(yīng)器,對米根霉固定化發(fā)酵的工藝進行了放大研究??疾炝朔磻?yīng)器中孢子的吸附和萌發(fā)狀況,結(jié)果顯示,通氣對孢子固定具有干擾作用,在

11、0.5vvm的通氣量下需要10h萌發(fā)的孢子才能全部固定。通過對菌絲層的通氣特性分析顯示,菌絲層厚與氧氣傳輸速率間非線性,超過15mm的臨界厚度,菌絲層會嚴重阻礙氧的傳輸,提示固定發(fā)酵的菌絲層厚要控制在15mm的范圍內(nèi)。通過比較固定發(fā)酵和游離發(fā)酵,前者乳酸轉(zhuǎn)化率可以達到72%,而后者只有40.4%,固定發(fā)酵顯著優(yōu)于游離發(fā)酵。同時進行了重復(fù)批次發(fā)酵和同步糖化發(fā)酵的研究,重復(fù)批次發(fā)酵可以連續(xù)發(fā)酵6批次,乳酸轉(zhuǎn)化率保持在40%以上,同步糖化發(fā)酵

12、可以達到57%的轉(zhuǎn)化率。
  綜上所述,為了有效的將玉米秸稈纖維素轉(zhuǎn)化成 L-乳酸,我們對玉米秸稈的物理和化學(xué)的預(yù)處理技術(shù)、生物酶解糖化技術(shù)進行了系統(tǒng)研究,建立了一種成本低、環(huán)境污染小、效率高的玉米秸稈木質(zhì)纖維素糖化技術(shù),為玉米秸稈資源用于生物煉制奠定了基礎(chǔ)。接著以米根霉發(fā)酵玉米秸稈水解物生產(chǎn) L-乳酸為目的,篩選出了適合發(fā)酵產(chǎn)酸的米根霉菌種 As3.3462,通過比較發(fā)現(xiàn)米根霉對葡萄糖和木糖轉(zhuǎn)化途徑的差異性,為有效利用秸稈資源提

13、出了新思路。通過不同性質(zhì)的材料對比篩選出適合米根霉固定的纖維材料,以增大表面積、提高菌團內(nèi)部物質(zhì)傳輸為目的,設(shè)計出了一種具有優(yōu)化幾何形狀的固定化載體,并用于玉米秸稈水解物的固定化發(fā)酵研究。根據(jù)該固定化特點,設(shè)計制作了鼓泡式生物反應(yīng)器用于工藝放大研究,通過建立氣竄實驗?zāi)P?,分析了玉米秸秸稈水解物發(fā)酵液中的溶氧特性和菌絲層中溶氧傳輸特性,確定了反應(yīng)器通氣控制。利用優(yōu)化的工藝進行補料分批發(fā)酵和同步糖化發(fā)酵試驗,證實該固定化發(fā)酵技術(shù)具有較好的穩(wěn)

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 眾賞文庫僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論