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摘 要

丁醇作为下一代动力燃油已经获得了越来越多的关注。丁醇的生物合成途径如下：梭菌以碳水化合物为底物，通过厌氧发酵获得丙酮（Acetone）、丁醇（Butanol）、乙醇（Ethanol）等溶剂，又称ABE发酵。文中使用的拜氏梭菌利用底物种类的范围则较为广泛，可以利用小麦秸秆、玉米秸秆等生物质材料作为原料发酵生产丁醇。本文探索了影响ABE发酵的三个条件：发酵方式、初始糖浓度、以及影响传质传热的蠕动泵循环转速。得出固定化发酵、初始糖浓度18g/L、蠕动泵转速30rpm为最佳条件，发酵批次稳定，批次发酵周期为8.5小时左右，平均丁醇浓度4.6 g/L，得率0.26；ABE得率0.39，生产强度1.24 g/L/h。

廉价木质纤维转化生产溶剂成为研究热点，拜氏梭菌利用玉米芯水解液作为发酵液时，主要由于酚类物质对菌体的毒害作用，使得发酵结果并不理想。后期希望通过诱变选育高抗逆性菌株或基因工程手段获得高抗逆性菌株来解决此问题。

关键词：拜氏梭菌 发酵条件优化 玉米芯水解液

Long-term production of ABE( acetone - butanol - ethanol) by immobilization of Clostridium.beijerinckii

Abstract

As next generation fuel, butanol has been gotten more and more attention. ABE fermentation is the main technique to product butanol. C. beijerinckii NCIMB 8052 was used in ABE fermentation, in which three factors have been researched: initial concentration of sugar, free or immobilized C. beijerinckii, and the rate of the peristaltic pumps. We have found 18g/L initial sugar, immobilization of C. beijerinckii and 30rpm of peristalitic pumps are the optimum conditions of ABE fermentation. Lignocellulosic as the substract for ABE fermentation to produce solvent has become a hot topic , when corncob hydrolyzate as the fermentation broth for ABE fermentation by C. beijerinckii NCIMB 8052, it mainly due to the toxic effects of phenolic substances on the cells, lead to the reault of ABE fermentation was not satisfactory . we would using high-throughput screening by mutanting or genetic engineering to obtain high tolarence strains to resolve this problem for the further study.

Key words: C. beijerinckii; Optimization of fermentation condition; corncob hydrolyzate

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 丁醇的性质和用途 1

1.1.1 丁醇的性质 1

1.1.2 丁醇的主要用途 1

1.2 丁醇的生物合成 2

1.3 生物丁醇发酵的发展与现状 5

1.4 丁醇的固定化高效合成 5

第二章 C. beijerinckii NCIMB 8052制备丁醇的发酵调控研究 7

2.1 材料与方法 7

2.1.1 菌株 7

2.1.2 主要试剂 7

2.1.3 实验仪器 8

2.1.4 DNS制备 8

2.1.5 培养基 9

2.1.6 玉米芯水解液的制备 9

2.1.7 种子制备 10

2.1.8 细胞的固定化 10

2.1.9 分析方法 11

2.2 发酵条件的探索 12

2.2.1 发酵方式 12

2.2.2 蠕动泵转速 13

2.2.3 初始糖浓度 14

2.3 使用玉米芯水解液进行发酵 16

第三章 总结与展望 18

参考文献 19

致谢 21

第一章 文献综述

1.1 丁醇的性质和用途

1.1.1 丁醇的性质

丁醇，四碳骨架有机物，分子式C₄H₉OH。丁醇为无色有刺激性气味的液体，对粘膜有强烈的刺激性，高浓度的蒸汽则有麻醉作用。丁醇能够与有机溶剂完全混溶，并部分溶于水^[1]。

1.1.2 丁醇的主要用途

当今，丁醇被认为是最重要的下一代动力燃油之一，与乙醇相比，虽然后者受到了十分广泛的关注，然而丁醇具有的理化性质比乙醇更加优越 ^[1]，被称为第二代生物燃料，不仅清洁、可再生而且污染较低。从表1-1中可以看出，在辛烷值和热值上，丁醇与乙醇相比更加接近汽油，拥有疏水性、高热值和辛烷值的特点，低蒸汽压^[2]且易于运输，抗爆震性好，腐蚀性小的优点，另外丁醇还可以直接与现有的机动车动力系统对接，无需改造，能够汽油柴油以任意比例混合^[3]。

表1-1 丁醇与汽油，乙醇的性质比较^[1][3][4]

作为一种重要的化工原料，丁醇的主要用途为生产1,2-苯二甲酸、脂肪族二元酸和磷酸的正脂类增塑剂，它们是用于生产各种塑料和橡胶制品的原料。丁醇还可以作为如油脂等某些化学成分的提取溶剂，染料、油墨等的溶剂和脱蜡剂醇酸树脂的添加剂， ^[5]丁

醇也是制备丁醛、丁酸、丁胺等化工产品的原料^[6]。

1.2 丁醇的生物合成

生物合成法即发酵法，是通过丁醇生产菌经过厌氧发酵将底物转化为丙酮、丁醇和乙醇等溶剂的过程。近年来，以生物信息学和发酵性能为分析标准，工业上使用较多的菌株被分为4种：丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum、 拜氏梭菌Clostridium beijerinckii、糖乙酸多丁醇梭菌Clostridium saccharoperbutylacetonicum和糖丁酸梭菌Clostridium saccharobutylicum^[7]。

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