基于原位分离的新型丁二酸发酵过程
文献类型：学位论文
| 作者 | 李强 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010-06-04 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 邢建民 ; 苏志国 |
| 关键词 | 丁二酸 产物原位分离 产丁二酸放线杆菌 双阶段发酵 吸附 经济评估 |
| 其他题名 | Efficient succinic acid production via a novel integrated fermentation process coupled in situ separation |
| 学位专业 | 生物化工 |
| 中文摘要 | 以生物质为原料发酵生产大宗化学品是替代化石资源的有效途径之一。然而，在丁二酸发酵过程中存在的产物反馈抑制是阻碍高浓度丁二酸发酵的主要瓶颈。本论文从牛瘤胃液中分离到一株产丁二酸的菌株，研究了丁二酸发酵过程的产物抑制，发酵工艺和提取工艺，建立了扩张床吸附原位分离耦合发酵生产丁二酸的新型发酵过程。首先从牛瘤胃液中筛选得到一株高产丁二酸的微生物菌株，经16S rDNA等鉴定方法确定为产丁二酸放线杆菌BE-1(A. succinogenes)。该菌株能够代谢戊糖，己糖和二糖等多种碳源，如葡萄糖，果糖，木糖，蔗糖，麦芽糖和纤维二糖，并能利用秸秆水解液为底物发酵生产丁二酸，其中利用棉秆水解液产丁二酸的转化率是葡萄糖的1.7倍。其次，研究了丁二酸和副产物甲酸、乙酸、乳酸对产丁二酸放线杆菌发酵过程的抑制机理。生长动力学和发酵动力学研究表明，甲酸、乙酸、乳酸和丁二酸浓度分别达到8.8g/L，10g/L，9g/L和40g/L时，产丁二酸放线杆菌生长和代谢受到抑制，丁二酸的转化率从1.11 g/g葡萄糖降到0.49 g/g葡萄糖。通过金属离子，溶氧和CO2对丁二酸发酵过程影响的研究发现，Mg2+和CO2对丁二酸的合成有促进作用；氧气通入可以改变碳源代谢流分布，发酵过程降低溶氧能够减弱乳酸脱氢酶活性，使更多的葡萄糖经过糖酵解后进入丁二酸和成的C4途径。在此基础上，建立了厌氧补料分批发酵高产丁二酸的工艺，丁二酸产量达到97g/L。静态吸附实验表明NERCB 09型阴离子交换树脂对丁二酸的吸附量为0.11g/g，固定床动态吸附的吸附量为0.56g/g。在中性和酸性条件下，NERCB 09对丁二酸具有高度选择性，不吸附葡萄糖和氨基酸等营养物质。利用数学模型模拟了树脂对丁二酸吸附的行为，结果显示吸附过程经1.5h就能够达到平衡，而温度对吸附速率影响甚微。树脂洗脱和再生简单，重复使用三十次吸附量仅下降5%。建立了以大孔弱碱性阴离子交换树脂为分离介质的丁二酸提取工艺。研究了丁二酸的快速结晶分离方法。利用自由酸和酸根离子的溶解度差异，通过调节pH可以实现丁二酸与乳酸、甲酸、乙酸的选择性分离。在pH 2.0，温度4ºC时，发酵液中的丁二酸形成结晶，乳酸、乙酸、甲酸仍然在水相中，一步法结晶的丁二酸收率为70%，纯度为90%。 首次将扩张床吸附(EBA)用于原位分离耦合(ISPR)发酵生产丁二酸的工艺过程。新的集成过程使BE-1的衰亡期从48 h延长到126 h，产量从73.8g/L增加到145.2g/L。产物原位分离过程能够有效解除产物抑制，实现了丁二酸发酵的高产量，高转化率和产率。使用SuperPro Designer软件设计模拟了丁二酸发酵、纯化精制和产物原位分离过程，初步评估了丁二酸发酵过程的经济性。 |
| 公开日期 | 2013-09-17 |
| 页码 | 212 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1509]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李强. 基于原位分离的新型丁二酸发酵过程[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：过程工程研究所
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