丁酸丁酯

丁酸丁酯

微生物厌氧发酵液中丁酸的高效分离方法

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  微生物厌氧发酵液中丁酸的高效分手方式

  浙江大学硕士学位论文落款 论文作者签名: 指点教师签名:论文评阅人1: 王盖传授3浙洹工业太堂 评阅人2: 评阅人3:隐名迁阅 评阅人4: 评阅人5: 答辩委员会主席: 王垩传授浙江工直太堂 委员1: 委员2.盐建垩传授浙江太堂 委员3: 委员4:委员5: 浙江大学研究生学位论文独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指点下进行的研究工作及取得的研究功效。 除了文中出格加以标注和称谢的处所外,论文中不包含其他人曾经颁发或撰写过的研究成 果,也不包含为获得.逝姿盘堂或其他教育机构的学位或证书而利用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明白的申明并暗示谢意。 学位论文作者签名: 签字日期:细,D 学位论文版权力用授权书本学位论文作者完全领会澎姿盘堂有权保留并向国度相关部分或机构送交本论 文的复印件和磁盘,答应论文被查阅和借阅。本人授权滥鎏盘鲎能够将学位论文的全 部或部门内容编入相关数据库进行检索和传布,能够采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后合用本授权书) 学位论文作者签名: 签字日期:如f口年彩月7日 导师签名: u签字日期.知f。年台月夕日Il 浙江大学硕士学位论文称谢 称谢 本论文是在岑沛霖传授和徐志南传授的指点下完成的.本工作是国度高手艺研究成长 打算(2009AA022206)的部门研究内容。 起首,感激岑沛霖传授,他德高望重、宽厚仁慈,碰到如许的导师是我的侥幸,思师 宽阔的胸怀、广博的学问、严谨治学的立场、诲人不倦的精力,是我终身进修的楷模.由 衷感激徐志南传授,徐教员深挚的理论根本、宽阔的思绪、对事业的固执追求给我留下了 深刻的印象,他的悉心指点不只使我在学术上受益,更让我快速的成长。谨向两位导师致 以最衷心的感激,还要感激林建平教员、蔡谨教员和黄磊教员。 感激与我旦夕相处、互帮合作的尝试室成员。感激江凌师兄,他在学术科研上经常给 予我激励和协助,感激丁酸课题组的另两名成员,项宜娟和舒成亮,虽然研究标的目的分歧, 可是大师一路切磋问题,互相协助,与你们共事的日子是难忘的。感激叶丹、沈文和、杨 贺明、符爽、陈睿、杨佳倩、周小艳等师兄师姐的指点和协助,感激章芸、张宁宁、周洁雯、吴明、连佳长、张彬、李丽、张露露、单晓琪等同级的同窗以及宋霄、徐晓琴、王金 等课题组的师弟师妹们,与大师相处的日子是求是园中最夸姣的回忆。 最初,感激我的亲人,他们的理解和支撑是我不竭前进的动力,无论何时,家人的期 望都是我不竭力量的源泉。 谨向所相关心和协助我的教员、同窗、伴侣和亲人暗示衷心的感激! 刚踏入求是园的情景历历在目,而现在,照旧怀着感恩与巴望的表情,即将分开这个 斑斓的校园,相信这里履历的一切都将是生射中的贵重财富。 III 二零一零年蒲月于求是园浙江大学硕士学位论文 摘要 摘要丁酸是一种主要的化工原料,在工业、农业、医药等范畴有着普遍的使用.丁酸能够 通过化学法和生物法出产。目前生物法出产丁酸的出产率低,分手T-E复杂、高贵,相对 于化学法出产在经济上没有合作力.然而,丁酸的发酵是典型的厌氧过程,能耗低,污染 少,同时能够发生氢气和二氧化碳,此外,发酵法出产丁酸也更顺应食物和医药等范畴的 利用要求,因而,目前很多学者努力于发酵法出产丁酸的研究。此中,成立从发酵液中高 效分手丁酸的方式显得更为主要和火急。 本论文通过离子互换法、萃取法和盐析法等手段,摸索从发酵液平分离丁酸的前提、 影响要素和优化工艺。 通过筛选,选定弱碱性阴离子树脂D301树脂为研究对象,对其静态吸附丁酸的性质, 及动态吸附的穿透和洗脱前提进行了研究,优化后的工艺为:初始pH值为2,吸附流速为 2BV/h,洗脱剂为1 M盐酸,洗脱流速为2 BV/h。 .在萃取法分手丁酸的研究中,对多种常见萃取系统进行了筛选,确定磷酸三丁酯 (TBP)为萃取剂,磺化火油为稀释剂,对该萃取剂对丁酸溶液的萃取和反萃取前提进行 优化,确定适宜的工艺为-初始溶液的pH值调至2,采用体积比为l的TBP与磺化火油 作为萃取剂以比拟1萃取,然后以1M Na2C03溶液为反萃剂,在25"C前提下以比拟为1 反萃取。四次萃取和反萃操作后,总收率可达99.33%。采用该工艺萃取丁酸和乙酸夹杂 溶液,并进一步研究了萃取法分手发酵液中的丁酸。 研究了操纵盐析效应分手丁酸的方式。从氯化钾,氯化钠,氯化镁和氯化钙当选择盐 析结果最好的氯化钙作为盐析剂,研究成果表白温度越低盐析结果越好。对丁酸一水.氯化 钙三元系统的研究表白,丁酸浓度越高,盐浓度越高,盐析感化越强。在盐析感化构成的 两相中,丁酸富集于上相,盐富集于下相,上相丁酸的浓度最高可达近900 析操作有益于提高收率。在此根本上,调查了氯化钙对乙酸溶液和丁酸、乙酸夹杂溶液的盐折感化,25"C前提下,在所研究的乙酸浓度范畴内(100 g/L.500 g/L),插手50 g/L.200 g/L的氯化钙时,无盐析现象;向丁酸和乙酸构成的模仿溶液中插手氯化钙则发生盐析, 上相两者浓度比力初始溶液有必然程度的提高,申明盐析感化在使丁酸获得浓缩的同时, 也使乙酸与丁酸获得了必然程度上的分手。对发酵液的研究表白,发酵液中杂质的具有会 削弱盐析效应。 .环节词:丁酸,离子互换,萃取,盐析,分手 lV 浙江大学硕士学位论文 摘要 Abstract Butyric acid importantchemical material hasvarious applications industryagriculture,medicine,etc.It call bothchemical methods biologicalmethods.With lowproductivitylow concentration finalproduct acomplicated,expensiveisolation process,biotechnological production butyricacid commerciallycompetitive chemicalproduction.Howeverbutyric acid fermentation atypicalprocess anaerobicprocess lowenergy consumption,and hydrogen can highyield onefuture clear energy.Besides,microbial fermentation abettermethod due increasingconsumer demands naturalfood ingredient.Therefore,many efforts have been paid butyricacid nowadays.Correspondentlyit verydemanding developnovel strategies separatingbutyric acid from fermentationbroth efficiently. To explore propermethods butyricacid separation from fermentation broth,in presentwork,three methods(ion exchange,extraction saltout)was studied. The weakly basic anion ion exchange resin D30 1Was screened out suitableresin separatingbutyric acid from fermentation broth.Adsorption dynamics,effect initialpH staticadsorption,the breakthrough elutioncondition dynamicadsorption were studied, properoperation conditions were determined follows:initialpH value 2.0,adsorptionflow rate 2BV h~,elution flow rate 2BV h.1,1 MNa2C03 solution eluent.In order extractbutyric acid effectively113P sulfonatedkerosene solvent.Theextract reextractprocess were optimized,and finally suitableconditions were determined follows:InitialpH 2.0,whileTBP sulfonatedkerosene volumeratio 1:1 WaS used 1MNa2C03solution reextractionwere operated both phaseratio 1.The recovery ratio could attain up 99.33%after four-time repeated extraction.It alsoshowed extractanthad agood regeneration performance.On previousstudytwo—component mixture buty’ricacid aceticacid process.Fermentation broth furtheremployed tO test aboveprocess. 浙江大学硕士学位论文摘要 In presentworkone novel separation methodology aideof‘‘salt out'’effect.Calcium chloride screenedout from different salts(potassium chloride,sodium chloride,magnesium chloride).In butyricacid water-calcium chloride system,the higher were butyric acid calciumchloride concentrations,the stronger saltout effect.In twophase formed saltout effect,butyric acid upperphase maximumconcentration approximately 900 g/L,whereas most calciumions contained lowerphase.Further study showed that“salt out’’effect could separatebutyric acid repeatedseparation procedure.The effect calciumchloride aceticacid solution two-componentmixture alsostudied.Phenomenon phasesplit Was observedwhen 50 g/L-200 calciumchloride 100g/L-500 aceticacid solution 25"C;phasesplit observedwhen calcium chloride simulatedsolution which consisted butyricacid aceticacid.Comparing initialconcentration ratio,the final concentration ratio butyricacid aceticacid upperphase could improvedsignificantly due distributioncoefficient.It indicated saltout effect onlyenriched butyric acid efficiently alsoseparated butyric acid aceticacid someextend. K呵words:butyric acid,ion exchange,extraction,salt outseparation 浙江大学硕士学位论文 目录 目录称谢…………………………………………………………………………………………………………………………III 摘要…………………………………………………………………………………………………………………………IV Abstract………………………………………………………………………………………………………………………..V 目录……………………………………………………………………………………………………………………….VII 绪论………………………………………………………………….j:……………….11.1媒介……………………………………………………………………………………………………………………l 1.2丁酸概述……………………………………………………………………………………l 1.3丁酸在体内的代谢…………………………………………………………………………..1 1.4丁酸的用处…………………………………………………………………………………2 1.4.1 工业范畴……………………………………………………………………………2 1.4.2医药范畴…………………………………………………………………………….2 1.4.3 农业范畴…………………………………………………………………………….2 1.4.4食物范畴…………………………………………………………………………….3 1.5丁酸的出产方式…………………………………………………………………………3 1.5.1 化学法………………………………………………………………………………3 1.5.2微生物法…………………………………………………………………………….4 1.6常用的无机酸分手方式……………………………………………………………………………….8 1.6.1 结晶法…………………………………………………………………………………………………………8 1.6.2蒸馏和精馏…………………………………………………………………………8 1.6.3 溶剂萃取法…………………………………………………………………………8 1.6.4离子互换法…………………………………………………………………………..9 1.6.5膜分手法……………………………:……………………………………………….9 1.6.6无机酸分手实例……………………………………………………………………10 1.7现有的丁酸次要分手方式………………………………………………………………12 1.7.1 成盐法…………………………………………………………………………………1 21.7.2蒸馏(精馏)法…………………………………………………………………。1 31.7.3 萃取法……………………………………………………………………………..1 31.7.4 离子互换法…………………………………………………………………………1 目录1.8萃取法分手丁酸的研究进展…………………………………………………………..14 1.8.1 丁酸溶液的萃取研究……………………………………………………………一14 1.8.2发酵液萃取研究…………………………………………………………………。19 1.9盐效应……………………………………………………………………………………2l 1.10国内多'1-T酸出产现状和市场前景……………………………………………………。21 1.11选题意义及研究内容…………………………………………………………………。2l 1.11.1选题的目标及意义…………………………………………………………………2l 1.11.2研究内容…………………………………………………………………………。22 尝试材料及方式……………………………………………………………………232.1尝试材料………………………………………………………………………………..23 2.1.1 尝试仪器与设备…………………………………………………………………~23 2.1.2尝试原料与试剂…………………………………………………………………。23 2.2尝试方式……………………………………………………………………………………….24 2.2.1发酵液预处置……………………………………………………………………….24 2.2.2离子互换尝试………………………………………………………………………24 2.2.3 萃取及反萃尝试…………………………………………………………………。26 2.2。4盐析尝试………………………………………………………………………………26 2.3阐发方式…………………………………………………………………………………..27 2.3.1 pH值的测定…………………………………………………………………………27 2.3.2无机酸含量的测定………j……………………………………………………….27 2.3.3钙离子浓度的测定…………………………………………………………………29 离子互换法分手丁酸的研究………………………………………………………313.1引言…………………………………………………………………………………………………….3 13.2材料与方式………………………………………………………………………………3 13-3成果与会商………………………………………………………………………………3 l3.3.1 离子互换树脂的筛选……………………………………………………………。31 3.3.2 D301树脂对丁酸和乙酸夹杂溶液的吸附研究…………………………………33 3.3.3 pH值对D301树脂吸附量的影响………………………………………………..33 3.3.4 丁酸在D301树脂上的离子互换动力学研究……………………………………34 3.3.5 离子互换吸附等温线……………………………………………………………。37 浙江大学硕士学位论文 目录 3.3.6固定床离子互换过程………………………………………………………………39 3.4本章小结………………………………………………………………………………………4l 萃取法分手丁酸的研究……………………………………………………………424.1引言…………………………………………………………………………………………….42 4.2材料与方式………………………………………………………………………………42 4.3成果与会商……………………………………………………………………………。42 4.3.1 萃取剂的筛选………………………………………………………………………42 4.3.2动物油为稀释剂萃取丁酸的初步研究…………………………………………。45 4.3.3络合萃取剂萃取丁酸的研究………………………………………………………48 4.3.4反萃取的研究……………………………………………………………………….52 4.3.5 络合萃取剂萃取乙酸的研究………………………………………………………57 4.3.6络合萃取剂从发酵液中萃取丁酸的研究………………………………………。58 4.4本章小结………………………………………………………………………………。60 第5章盐析法分手丁酸的研究………………………………………………………………。62 5.1引言………………………………………………………………………………………………………………….62 5.2材料与方式………………………………………………………………………………62 5.3成果与会商……………………………………………………………………………….62 5.3.1 盐的影响…………………………………………………………………………….62 5.3.2 温度的影响………………………………………………………………………………………..63 5.3.3 氯化钙加量的影响…………………………………………………………………………….63 5.3.4持续批次操作的初步研究………………………………………………………..66 5.3.5 丁酸、乙酸夹杂溶液的“盐析”效应研究……………………………………..67 5.4本章小结…………………………………………………………………………………..69 结论与瞻望…………………………………………………………………………….706.1结论………………………………………………………………………………………………………………….70 6.2立异点………………………………………………………………………………………………………………70 6.3瞻望………………………………………………………………………………………………………………….71 参考文献…………………………………………………………………………………………73 硕士期间论文……………………………………………………………………………………82 浙江大学硕士学位论文 第1章绪论 第1章绪论 1.1媒介 丁酸是主要的化工原料之一,在食物、医药、饲料等方面有着普遍的使用.出产丁酸 的方式次要有化学法和微生物法。微生物发酵出产丁酸是厌氧过程,能耗低,有些菌种在 发酵产丁酸的同时还能够发生氢气等可操纵的副产品。比拟化学法,发酵法出产丁酸具有 产量低、分手坚苦等问题,本文旨在摸索合适的分手方式,提取发酵液中的丁酸。‘ 本章将对丁酸的性质、用处,现有的丁酸出产方式和分手方式等进行综述,以明白本 课题的研究布景及意义。 1.2丁酸概述 正丁酸,亦称“酪酸”,一种初级脂肪酸,是具有酸败臭味的无色通明液体。丁酸常以 酯的形式或游离形态具有于天然界中,例如,丁酸的甘油酯具有于奶油中;丁酸丁酯具有 于桉树中;丁酸己酯具有于白芷中;丁酸辛酯具有于防风草中;游离的丁酸具有于动物的 汗液和粪便中。入的结肠中具有着发酵生成的丁酸盐,它在结肠上皮细胞的能量代谢中扮 演着主要脚色【11。 正丁酸化学式为CH3CH2CH2COOH,分子式C4H802,分子量88.1l,CAS No为 【107.92.6】,密度为0.959,熔点.7.9"C,沸点163.5"C,折光率1.3991。在室温下,丁酸与 水、乙醇、互溶,其钙盐在冷水中的消融度比在热水中的高。向丁酸的水溶液中插手 氯化钙会呈现盐析现射21。 1.3丁酸在体内的代谢 乙酸、丙酸和丁酸被认为是生物体内最次要的三种短链脂肪酸(SCFA)。短链脂肪酸一 般是食物纤维或聚糖在结肠中经厌氧茵发酵后发生的131,次要在盲肠和结肠生成,参与其 生成的次要细菌有拟杆菌、双歧杆菌、梭菌及很多厌氧的革兰氏阳性菌【41。 在结肠的SCFA中,乙酸占60%,丙酸占25%,丁酸占15%。SCFA能够快速被结肠 腔接收,在结肠上皮细胞、肝和其他次要的组织中代谢,用于日常的能量代谢【51。SCFA 通过氧化为结肠粘膜细胞供给近70%的能量,被认为是结肠粘膜细胞的次要能量来历,其 中三者的利费用由高到低顺次为丁酸、乙酸、丙酸。在肝脏中,丁酸与乙酸、丙酸的代谢 路子不尽不异,丁酸次要参与糖异生、酮体生成及甘油三酯合成等过程,并间接影响糖类 浙江大学硕士学位论文第1章绪论 1.4丁酸的用处 丁酸是一种主要的精细化工原料,在工业、医药、农业和食物等范畴有着普遍的使用。 1.4.1工业范畴 丁酸能够制备丁醇f矗9】,Bradin等【10】还将发酵出产的丁酸进一步用于出产汽油组分。 丁酸丁酯可用作硝化纤维素、虫胶、香豆酮树脂和涂料的溶剂【11】。丁酸的纤维素酯衍生物 因为具有精采的耐热、耐光和抗湿性而常被用于喷漆和模塑。醋酸丁酸纤维素酯能溶于许 多溶剂中,与树脂、塑料互混能力比单醋酸纤维素酯强,并具有高度的抗湿能力,还具有 优秀的成形机能和形稳性,这类塑料适于干挤,即便加工较长的物件也能包管形态的无缺, 常被用于制造牙刷柄、扶手、仪表外壳、平安帽和消防器材等【12】。 1.4.2医药范畴 、丁酸在胃肠炎、癌症、白血病等医治方面颇具使用潜力。目前已有多个丁酸的前体药 物被合成和研究,以处理丁酸在体内因代谢过快导致的结果不较着的问题【13,14】。 丁酸参与调理水和电解质的接收[15,16】,此外,丁酸参与抑止DNA合成和调控法式细 胞灭亡,是结肠细胞再生的主要调控要素【协201。丁酸是组卵白去乙酰化酶的抑止剂,能诱 导肿瘤细胞的分化和凋亡,从而具有抗癌感化。John B.Morris等【21研究了奶油调味品的 蒸汽对人的毒性,发觉丁酸能够通过抑止乙二酰代谢来节制乙二酰的毒性,此次要归因于 丁酸是乙二酰还原酶的抑止剂。用丁酸钠处置结肠癌、肝癌、胶质瘤等很多肿瘤细胞发觉, 丁酸钠能抑止细胞增殖并诱导细胞分化和凋亡,该感化具有时间、剂量依赖性。然而,用 丁酸钠处置一般细胞反而推进了细胞发展12223】,这申明丁酸抗增殖感化可能具有肿瘤细胞 特同性。除了在结肠细胞的能量供应和代谢调控上饰演主要的脚色,丁酸还能够抑止肠炎 的发生,能维持和推进恢复肠道的一般功能【2牝61。 丁酸能够用来制备医治肛肠疾病的药物,在以丁酸或丁酸盐(优选丁酸钠)为次要药 物活性成份制成所需剂型的同时,能够插手其它活性成份提高医治结果【271。日宝化学株式 会社【28】操纵丁酸梭菌、培育该丁酸梭菌的培育液或者该培育液离心所得的含有该菌的残渣 或者该残渣的干燥物为无效成分制成肝庇护剂,该产物对肝脏损害,出格是脂肪肝、酒精 性肝病及中毒性肝损害具有无效的防止或医治结果。 1.4.3农业范畴 丁酸能够用作稻田土壤中的杀线。含有丁酸钠的饲料添加剂能够防止 肠炎沙门氏菌传染【301。M.Browning等【31】在尝试室前提下研究了丁酸对草莓的真菌和线虫 浙江大学硕士学位论文第1章绪论 内部寄生虫的感化:Verticillium dahliae,Rhizoctonia fragariae等在用丁酸(O.88和8.8 mg/g)处置过的土中培育两天后灭亡;在0.1 M丁酸溶液的蒸汽具有的环境下,未见有线食物范畴 丁酸丁酯具有梨、苹果香味,是苹果、香蕉、葡萄、草莓、李子等生果中的天然成分. 丁酸丁酯能够用于配制食用香精和日化香精【32川】.丁酸能够用来制造改善肠内情况、防御 传染症的保健品【351。 1.5丁酸的出产方式 丁酸的出产方式次要有化学法和微生物法。 1.5.1化学法 化学法按照其原料分歧次要可分为烷烃氧化法、醛氧化法和醇氧化法等。 1.5.1.1烷烃氧化法 1932年,John C.Woodhouset蚓指出烷烃、一氧化碳和蒸汽在挥发性无机酸(如盐酸) 具有的前提下,反映前提节制在25.100 arm,200.400,能够反映生成羧酸(丙酸、丁 酸和戊酸等)。Fujlwara掣37】提出了更为暖和的反映前提,丙烷和一氧化碳在30 atm,90"C, 乙酸钯、乙酸铜、过氧二硫酸盐为催化剂,三氟乙酸为溶剂的前提下,反映20小时能够 获得正丁酸、异丁酸的夹杂物(17/54),分歧的反映温度能够获得分歧的反映产品比例, 副产品次要为乙酸。该反映必需在纯三氟乙酸溶剂中进行,不克不及用其夹杂物替代,且需要 金属盐作为催化剂,然而,三氟乙酸成本高,难于收受接管,侵蚀性强,对情况风险大【381,针 对这些问题,PombeiroA等【38】提出了改良方式,采用水和乙腈夹杂物作为溶剂,反映温度 为50.60,不需要插手金属催化剂。 1.5.1.2醛氧化法 李兴存等【39】研究了塔式反映器中正丁醛氧化制备正丁酸的工艺,提出了中试工艺流 程,确定了较佳的工艺前提,采用便宜催化剂,氧化过程正丁醛的转化率在99.5%以上, 正丁酸的选择性跨越了95%。,该法比拟Chemyuk GP等的方式【40】具有转化率高、选择性 好的长处。吕志果等【41】采用体外轮回冷却的塔式氧化系统,以CMC为催化剂,用正丁醛 氧化制备高纯度正丁酸,正丁醛转化率为99.5%以上,正丁酸选择性达95%以上,分手精 制后的正丁酸产物纯度大于99.5%。韩奎武等t42】贝0晦气用催化剂,常压下用正丁醛与分子 氧液相间歇反映制备丁酸,调查了氧化反映中正丁醛转化率与反映温度、氧气流量、反映 浙江大学硕士学位论文 第1章绪论 时间及生成的过氧化物之间的关系,其研究中较高的转化率为98%摆布,该工艺不采用催 化剂,避免了催化剂与产品的分手工序. 1.5.1.3醇氧化法 Yasuhiro Uozumi等【43】以分离有纳米钯的两亲性树脂(PS.PEG树脂)为催化剂催化醇 氧化为酸,以丁醇为原料,在l atm氧气前提下反映40小时,丁酸产率可达93%。 Tao Wang等144]IiJ可溶性的纳米晶簇(Pt.GLY)为催化剂,通过水相有氧氧化出产羧 酸。在80"C,latm 02的前提下反映24小时,由丁醇到丁酸的转化率为100%,产率为99.7%。 其长处为反映前提暖和,催化剂无毒,可收受接管操纵,因为晦气用碱,使其相对于常用的醇 氧化制备羧酸的过程要插手碱的工序而言,避免了设备侵蚀和废碱液收受接管。 诸富根等【451研究了丁醇一步法制丁酸的最佳反映前提,以氢氧化钠为氧化剂,使丁醇 在高温高压前提下发生氧化脱氢反映,其反映选择性为100%,产物纯度高、香气好,无 三废污染。 1.5.2微生物法 微生物法出产丁酸反映前提暖和,能耗低,生物源成品也更容易满足食物和医药级产 品的要求,然而,发酵法具有产品浓度低、后处置量大的问题,工业化出产还具有必然的 坚苦,若何提高产量和降低成本已成为亟待处理的问题,很多学者就此开展了研究。 1.5.2.1 常用菌种 用于出产丁酸的微生物有Clostridium、Bulyrivibrio、Butyribacterium、Sarcina、 Eubacterium、Fusobacterium、Megasphera、Bacteroides melaninogenicus、Treponema Phagedenis.Peptococcus asacelarolyticus[46'471,此中Clostridium、Butyrivibrio和 B“tyribacterium最为常用【481。 1.5.2.2代谢路子 梭状芽孢杆菌以葡萄糖为原料发酵出产丁酸的代谢路子如图1.1所示,其次要产品是 丁酸和丁醇。梭菌的发酵周期可分为两个阶段,即产酸阶段和产溶剂阶段。丁酸和乙酸的 发生前提大致不异,次要在发酵前期构成,它们都由乙酰辅酶A转化而来。 浙江大学硕士学位论文第1章绪论 图1.1梭状芽孢杆菌出产丁酸的代谢路子1491 Fig 1.1 The metabolic pathway butyrate-producingclostridia 1EMP pathway hexosephosphotransferase,2 pyruvate-ferredoxin oxidoreductase, 3hydrogenase,4 acetyl CoA-acetyItransferase,5 D-hydroxylbutyryl CoA dehydrogenase 6crotonase7 butyryl CoA dehydrogenase,8 phosphotransbutyrylase(PTB),9 butyrate kinase (BK),1 0phosphotransacetylase(PTB),11 acetate kinase(AK),1 2proposed enzyme butyryl CoA acetate transferase(for recycling acetate),13NAD-independent lactate dehydrogenase(iLDH) 1.5.2-3研究现状 生物法与化学法比拟,在经济上贫乏合作劣势,次要在于其丁酸的低出产率、低浓度 和复杂、高贵的分手工艺。目前国表里生物法出产丁酸的研究次要集中在以下几方面: (11提高终产品丁酸浓度: 采用基因工程手段革新菌种或通过筛选手段获得高产菌株[50-531; 优化培育基和培育前提(pH值、温度等)15455],. 摸索合适的发酵操作模式【5由591; 在线分手耦合消弭底物抑止【6嘶31。 (2)原料操纵的研究: 分歧碳源(次要为单糖)发酵出产丁酸的研究164]; 原料(如废糖蜜)预处置及发酵工艺【65-68]。 表1.1总结了近年来相关丁酸发酵的一些研究,能够看出,目前丁酸发酵的最高产量 是在萃取分手耦合前提下获得的,对于一般的发酵过程而言,终产品丁酸的浓度较低,一 般低于60 g/L。因而,对从发酵液中提取丁酸的下流分手手艺的研究显得尤为主要。 一。。N—fnn一.刁苗‘8_11。曩)(j逐个^崞ooN—fncl焉苗‘嚣磊n嚣。囊)(拿11 ^066I)寸,1.IB苗互10蕾‰^oA乱逐个|‘01.I西苗II!>爵-IoIIu一苫.Q —Ao。逐个至嚅苗‘8IIllc喾 ^岔。。Nv基丢 一岔ooN一『c1.rB苗.一拿II量I{u鼬c工N18.0 NA.0oA.o 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