甜高梁莖汁酒精發(fā)酵高效酵母菌株選育及發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、學(xué)消化系統(tǒng)疾病分冊(cè)，2005，25：256-259. [59]莊東平，王碩豐，章越凡，等.水飛薊賓對(duì)小鼠腹腔巨噬細(xì)胞釋放纖維化因子的影響[J].藥學(xué)實(shí)踐雜志，2006，24(1)：20-22. [60]Videla LA,Valenzuela A. Alcohol ingestion, liver giutathione and lipoperoxidation: metabolic甜高粱是最有希望的再生能源作物，開(kāi)發(fā)甜高粱莖汁

2、酒精發(fā)酵技術(shù)在保障國(guó)家能源和糧食安全、調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進(jìn)農(nóng)民增收、保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境、推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展等方面具有重要意義。本論文研究了甜高粱莖汁主要成分，選育了酒精發(fā)酵高產(chǎn)酵母菌株，優(yōu)化了發(fā)酵條件，提出了分批發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型，可用于指導(dǎo)大型發(fā)酵工藝設(shè)計(jì)。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下： 1.研究甜高粱莖汁主要成分。采用3,5-二硝基水楊酸法(DNS)、高效液相色譜法(HPLC)、凱氏定氮法、原子吸收分光光度法測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)果表明：

3、7個(gè)供試甜高粱品種鮮莖汁總糖含量124.08g/L～176.69g/L，平均154.62g/L；還原糖含量15.10g/L～26.70g/L，平均20.36g/L。保存5個(gè)月的編號(hào)D(沈農(nóng)甜雜2號(hào))HPLC分析表明，甜高粱莖汁中糖分以蔗糖為主，含量126.40g/L，并含有果糖21.98g/L，葡萄糖20.57 g/L。莖汁含N 5.12g/L、K<'+>3.0250 g/L、Ca<'2+>0.6012 g/L、Mg<'2+>0.868

4、8 g/L、Fe3’0.0256 g/L、Na<'+>0.0264g/L、Mn<'2+>0.0045 g/L。甜高粱莖汁能為酵母細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖和酒精發(fā)酵提供較為充足的碳源、一定量的氮源和礦質(zhì)元素，是較為理想的酒精發(fā)酵原料。 2.篩選發(fā)酵菌株。以各菌株發(fā)酵周期、發(fā)酵液總糖利用率、殘?zhí)?、酒精產(chǎn)量、酒精得率等為指標(biāo)，進(jìn)行發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，確定各項(xiàng)指標(biāo)均較高的南陽(yáng)酵母為發(fā)酵菌株。主要特性：最適生長(zhǎng)溫度28℃，最適生長(zhǎng)pH值5.5，最適發(fā)酵溫度30

5、℃，最適發(fā)酵pH值5.0；接種量10％，130rpm保溫振蕩發(fā)酵，周期23h，總糖利用率84.74％，酒精產(chǎn)量63.12 g/L，酒精得率91.81％。菌株耐糖能力400g/L，耐酒精能力94.68g/L。 3.紫外與He-Ne激光復(fù)合誘變選育甜高粱莖汁酒精發(fā)酵高效酵母菌株。通過(guò)酶解法，采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，得出原生質(zhì)體制備與再生最優(yōu)條件：不進(jìn)行預(yù)處理，菌齡10h，酶濃度2.0％蝸牛酶加0.5％纖維素酶，酶解溫度30℃，酶解時(shí)間2.

6、5h，以蔗糖作再生培養(yǎng)基的滲透壓穩(wěn)定劑，原生質(zhì)體形成率92.40％，再生率10.56％。對(duì)南陽(yáng)酵母原生質(zhì)體形成率與再生率影響因素依次為：菌齡>酶解時(shí)間>酶濃度>滲穩(wěn)劑。 通過(guò)復(fù)合誘變、TTC平板初篩、發(fā)酵試驗(yàn)復(fù)篩，篩選到一株甜高梁莖汁酒精發(fā)酵高產(chǎn)菌株NY-07017，發(fā)酵周期20h，比發(fā)酵菌株縮短3h；總糖利用率96.69％，比發(fā)酵菌株增加11.00％，增幅12.84％；酒精產(chǎn)量78.27g/L，比發(fā)酵菌株提高19.24％；酒精

7、得率94.95％，比發(fā)酵菌株提高3.82％。 4.突變株NY-07017發(fā)酵條件優(yōu)化。借助DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和MATLAB平臺(tái)，通過(guò)二次回歸旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化，采用偏導(dǎo)數(shù)方法和降維分析法分別得出酒精產(chǎn)量的最佳添加量和有顯著性的交互作用直觀分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：在最適發(fā)酵條件下，氮源與營(yíng)養(yǎng)鹽添加量分別為CO(NH<,2>)<,2>0.733％、KH<,2>PO<,4>0.5％、MgSO4<,4>7H<,2>O0.048

8、4％、CaCl<,2>0.21 8％時(shí)，可達(dá)最高產(chǎn)量。菌株NY-07017的發(fā)酵周期19h，殘總糖1.13g/L，糖利用率99.32％，酒精產(chǎn)量80.48g/L，酒精得率95.00％。與優(yōu)化前比較，發(fā)酵周期縮短1h；殘總糖下降80.68％，總糖利用率提高2.63％；酒精產(chǎn)量提高2.21g/L，酒精得率提高0.05％。與發(fā)酵菌株比較，發(fā)酵周期縮短4h；總糖利用率提高14.58％，增幅17.20％；酒精產(chǎn)量提高17.36g/L，增幅27.5

9、0％；酒精得率提高3.19％。 5.首次研究甜高粱莖汁酒精分批發(fā)酵動(dòng)力學(xué)。建立了菌體生長(zhǎng)、酒精生成和底物消耗動(dòng)力學(xué)模型；跟蹤測(cè)試分批發(fā)酵過(guò)程，以一元非線(xiàn)性回歸對(duì)試驗(yàn)結(jié)果建立邏輯斯蒂方程，以麥夸特法擬合，通過(guò)矩陣線(xiàn)性方程求解，得出動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)。擬合結(jié)果良好，說(shuō)明所選模型較好地反映了甜高粱莖汁酒精分批發(fā)酵過(guò)程及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制，可用于進(jìn)一步設(shè)計(jì)大型發(fā)酵工藝。 南陽(yáng)酵母菌體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型：dx/dt=0.362868(1-x/7