木质纤维素原料发酵法生产2，,3丁二醇的研究进展.pptVIP

木质纤维原料发酵法生产2,3-丁二醇的研究进展 报告人： 发酵菌株 发酵条件 结论与展望 主要内容 原料预处理 研究背景及意义 分离纯化 国内外研究概况 1 研究背景及意义 研究背景 化石能源枯竭，且化学合成2，3-丁二醇较困难，环境污染严重。 石油枯竭 生物转化法多以葡萄糖为碳源，符合绿色化工要求，但存在与人争粮及成本高等弊端。 粮食紧张 利用廉价木质纤维为原料发酵生产2，3-丁二醇，更具竞争力和应用价值。 木质纤维 1 研究背景及意义 2，3-丁二醇（2，3-BD）应用广泛。 化工原料：2，3-BD是生产甲乙酮、2-丁烯、1，3-丁二烯等化工产品的基本原料。 食品添加剂：经催化脱氢可得到乙偶姻和双乙酸化合物。乙偶姻是重要的香料，配制奶香型、肉香型、草香型香精;双乙酸在食品中作风味剂。 医药中间体和化妆品：酯化形式是合成聚酯和聚氨酯的前体，应用于药物、化妆品、洗涤液等。 其他：用于制作油墨、熏蒸剂、增湿剂、软化剂、增塑剂、炸药、抗冻剂等 研究意义 2原料预处理 木质纤维原料组成 木质纤维 纤维素 （30%-50%） 半纤维素 （20%-30%） 木质素（15%-20%） 纤维素和半纤维素可通过酶解成为可发酵糖, 进而 通过微生物发酵转化为2，3-BD。 2原料预处理 原料预处理的目的 脱除木质素的保护作用 降低纤维素和木质素的结晶度及提高基质的孔隙率。 增加酶与底物接触面积，提高酶解效率。 2原料预处理 原料预处理方法 稀酸处理可以得到半纤维素。 碱处理过程保留了大部分可以作为酶解底物的纤维素和 半纤维素。 预处理 物理法 联合法 生物法 化学法 碱水解 氧化分解 酸水解 有机溶剂分解 3发酵菌株 发酵 分析化学成分 分离 综合分析试验结果 简单实验流程 木质纤维原料 预处理 酸或碱 其中发酵过程至关重要，要求选择高产的发酵菌株 酶解 3发酵菌株 克雷伯氏菌属( Klebsiella) 芽孢杆菌属( Bacillus) 气单孢菌属( Aeromonas) 沙雷氏菌属(Serratia) , 如K. pneumoniae、 K. oxytoca、B. polymyxa、A. hydrophilia、P. poymyxa等。 产 2，3- BD 菌 株 其中以克雷伯氏菌属和芽孢杆菌属研究的最多。 其底物范围很宽, 适应环境能力较强； 并且产生副产物乙醇的量很少； 是最具工业化潜力的热门菌株之一。 4 发酵条件 温度 1.1 2.1 3.1 4.1 pH 溶解氧浓度 外源因子 酶活力很大程度上依赖于温度, 会影响各种酶反应的速率。产2, 3-BD的最适温度范围是30~38℃。 影响酶活性、生物细胞膜所带电荷状态及代谢过程从而影响代谢产物的质量和比例。大多数细菌生长的最适pH为6.3~ 7.5。 氧气超过了微生物代谢的需氧量, 糖代谢的唯一产物是二氧化碳；氧气被限制时, 生成乙偶姻、乙醇和乳酸。 在发酵过程中添加一定的外源因子可以有效地促进微生物合成2, 3-BD，如柠檬酸、乙酸、丙酸、丙酮酸和琥珀酸等。 5分离纯化 预处理：去除发酵液中微生物菌体及底物残渣。常用方法有离心、絮凝、膜过滤等。 分离纯化：过蒸发、膜蒸馏、真空膜蒸馏、超过滤、有机溶剂萃取、双水相萃取、盐析等。 6国内外研究概况 山东大学A.Wang等首次以玉米芯生产木糖醇后的废糖浆为原料，以Klebsiella pneumoniae分批发酵产2,3-BD。发现克雷伯氏菌利用废糖浆的顺序为：葡萄糖阿拉伯糖木糖。 张根林等利用脱毒后的棉秆稀酸水解液为底物发酵制备2,3-BD，发现补料批式发酵工艺可以缓解棉秆水解液对微生物生长与代谢的抑制作用。 清华大学Ke-Ke Cheng等以玉米芯酸水解液为原料，通过Klebsiella oxytocaACCC 10370发酵产2,3-BD。考察了水解液中的醋酸以及pH的影响。 中科院西双版纳热带园生物能源组蒋丽群等首次以小桐子壳作为原材料用于发酵生产2,3-BD，并取得高的产率。 6国内外研究概况 Ma等经过对K.pneumoniaeSDM菌的培养基的优化, 确定了培养基中玉米浆粉和磷酸氢二铵为影响发酵的最显著因素。 牛坤等选用Klebsiella pneumoniae ECU-15，以玉米秸秆水解液和同比例模拟合成培养基为底物，初步探明了该菌株利用水解液发酵联产氢气和2,3-丁二醇的可行性。 司阳等以玉米桔秆作为初始原料，研究了预处理、纤维素酶解、单批