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少根根霉发酵生物柴油副产物--粗甘油生产富马酸的研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 富马酸简介

1.1.1 富马酸理化性质

1.1.2 富马酸的应用

1.1.3 富马酸的生产方法

1.2 根霉发酵生产富马酸的研究

1.2.1 根霉体内富马酸的合成机制

1.2.2 富马酸生产菌的菌种选育

1.2.3 根霉菌体形态的控制

1.2.4 富马酸发酵生产原料的开发

1.2.5 富马酸的分离提取

1.3 生物柴油副产物——粗甘油

1.3.1 粗甘油的生产

1.3.2 甘油的应用

1.4 本课题的研究内容和意义

1.4.1 本课题的研究思路

1.4.2 本课题的研究内容

1.4.3 本课题的研究意义

第二章 R.arrihizus以粗甘油为碳源菌体形态的控制

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.2.1 粗甘油的制备和预处理方法

2.2.2 菌种

2.2.3 培养基

2.2.4 培养方法

2.2.5 分析方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 以粗甘油为碳源R.arrihizus菌体形态的控制

2.3.2 不同碳源对R.arrihizus形态的影响

2.3.3 粗甘油菌球发酵产富马酸能力的验证

2.3.4 本章小结

第三章 R.arrihizus利用粗甘油发酵生产富马酸和诱变育种

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.2.1 菌种

3.2.2 培养基

3.2.3 培养方法

3.2.4 分析方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 R.arrihizus利用粗甘油发酵生产富马酸的条件优化

3.3.2 R.arrihizus的诱变育种

3.3.3 本章小结

第四章 R.arrihizus利用粗甘油和葡萄糖分步发酵生产富马酸

4.1 前言

4.2 材料与方法

4.2.1 菌种

4.2.2 培养基

4.2.3 培养方法

4.2.4 分析方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 种龄对富马酸和乙醇生产的影响

4.3.2 接种量对富马酸和乙醇生产的影响

4.3.3 装液量对富马酸和乙醇的影响

4.3.4 分步发酵和葡萄糖直接发酵的比较

4.3.5 本章小结

第五章 粗甘油和葡萄糖混合发酵生产富马酸

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.2.1 菌种

5.2.2 培养基

5.2.3 培养方法

5.2.4 分析方法

5.3 结果与讨论

5.3.1 游离R.arrihizus菌球利用粗甘油和葡萄糖混合发酵初试

5.3.2 固定化R.arrihizus和游离R.arrihizus菌球利用甘油和葡萄糖混合发酵的比较

5.3.3 固定化R.arrihizus利用粗甘油和葡萄糖混合发酵

5.3.4 本章小结

第六章 结论

第七章 问题与建议

参考文献

附录

致谢

研究成果与发表的学术论文

作者及导师简介

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摘要

富马酸是一种重要的不饱和二元羧酸,在食品、化工、材料和医药等行业应用广泛。本文创新性的使用生物柴油副产物——粗甘油作为发酵原料,研究少根根霉(Rhizopus arrihizus)利用粗甘油进行生长和生产富马酸的能力。研究发现R.arrihizus能利用粗甘油(不需脱色和精制)进行生长,并且通过种子培养基pH、粗甘油浓度、接种孢子浓度和酵母粉浓度的优化,得到了R.arrihizus在粗甘油种子培养基中形成菌球的条件:pH为3.5,甘油浓度为25g/L,接种孢子浓度为4.8×107/mL,酵母粉浓度为1.5g/L。在该条件下,R.arrihizus能形成大小均匀的独立分散的直径约为0.7mm的长绒毛菌球。通过比较不同碳源对R.arrihizus菌体形态影响,发现R.arrihizus以粗甘油为碳源时形成的菌球(粗甘油菌球)数量多,直径小,比表面积大,而且发酵产富马酸的能力较强,与葡萄糖菌球相比,粗甘油菌球发酵富马酸的产量提高了46.59%,且副产物乙醇产量低。 R.arrihizus以粗甘油为碳源发酵产酸时,经过粗甘油浓度和氮源的优化,发酵192h,富马酸的产量较低,仅有4.37g/L,而且发酵结束有大量甘油剩余。因而将粗甘油和葡萄糖分别作为R.arrihizus种子培养和发酵培养两个阶段的碳源,进行分步发酵生产富马酸。经过对分步发酵过程中种龄、接种量和装液量的优化,得到了最佳的发酵条件:种龄24h,接种量25%(V/V),装液量25mL;在该条件下富马酸的最高产量达到了34.51g/L,转化率达到了0.419;与葡萄糖直接发酵过程相比,富马酸的产量提高了11%。 利用粗甘油和葡萄糖混合发酵生产富马酸,通过甘油和葡萄糖浓度的优化,我们得到了混合发酵中最优的甘油和葡萄糖浓度:粗甘油30g/L,葡萄糖80g/L。在最优的浓度下,富马酸的产量达到了40.59g/L,转化率达到了0.369,与单独的葡萄糖发酵相比,富马酸的产量提高了41.8%。 通过分步发酵和混合发酵的方法,提高了R.arrihizus对粗甘油的利用和富马酸的产量,使粗甘油得到了有效的利用,在一定程度上也缓解了粗甘油生产过剩的问题,同时也降低了富马酸的生产成本,有利于推动富马酸工业化发酵生产进程。

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