丙酮丁醇梭菌发酵产丁醇实验设计1.ppt

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1、丙酮丁醇梭菌发酵产丁醇试验的研究低成本生产丁醇的必要性生物燃料是可替代汽油等石油燃料的清洁能源。生物燃料主要包括生物柴油、生物乙醇和生物丁醇等。生物丁醇是一种极具潜力的新型生物燃料，被称为第二代生物燃料。与生物乙醇相比，它具有能量高于乙醇，有较好的燃料经济性，可提高汽车燃料效率和行车里程数等优点。丁醇的性质更接近于烃类，因此与汽油的配伍性好，无需改造汽车。作为新型的生物燃料，全球对于生物丁醇的需求量逐年增加，生物丁醇的研究也因此成为当前可再生资源开发利用的热点之一传统发酵法生产丁醇主要以玉米和糖蜜为原料，但对中国这样的人口大国来说，

2、粮食关系到国计民生，确保粮食安全是社会稳定最基本的需求。开发粮食替代资源，不与人争粮，不与粮争地，是我国大规模生物炼制技术开发和产业发展的基本国策。原始农作物玉米秸秆植物秸秆主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。其中,纤维素、半纤维素是可发酵糖的来源,含量占66%～75%(纤维质原料的绝干重量)。但丙酮丁醇梭菌是无法直接利用木质纤维素为底物进行丁醇发酵,它需将木质纤维素水解产生葡萄糖、木糖等单糖再用于丁醇发酵。本实验所用菌种丙酮丁醇梭菌（Clostridiumacetobutylicum）一种革兰染色阳性、细胞呈梭状、能产生丙酮和丁醇

3、等溶剂的厌氧芽抱杆菌。细胞大小(0.6一0.9)um*(2.4一4.7)um，常含细菌淀粉粒。以周生鞭毛运动。芽抱卵圆形，次端生。表面菌落圆形、突起，直径3一5mm，边缘不规则，色灰白，半透明，表面有光泽。严格厌氧。能分解蛋白质和糖类;生物素和对氨基苯甲酸作生长因子试验内容一、玉米秸秆水解实验设计二、丙酮丁醇梭菌发酵产丁醇培养基及发酵条件优化三、以玉米秸秆水解液为底物发酵产丁醇的研究一、玉米秸秆水解实验设计实验研究玉米秸秆经不同试剂预处理后对其酶水解的影响,以及pH值、时间、酶用量、底物浓度等因素对酶水解率的影响,从而得出最佳酶解条

4、件。并利用最佳条件下的水解液进行丁醇发酵,从而达到农业秸秆的资源化利用。1.试验材料：玉米秸秆、纤维素酶、及其他试剂和器材2.试验方法：（1）　玉米秸秆的预处理。碱浸泡法:3%的NaOH,固液比为1∶10,室温浸泡24h,过滤,滤渣洗净后于60℃烘干水分至恒重。氨水浸泡:10%的氨水,固液比为1∶10,室温浸泡24h,过滤,滤渣洗净后于60℃烘干水分至恒重。以不作处理玉米秸秆作为对照。（2）　酶水解反应条件。称取1g秸秆于250ml锥形瓶,加入纤维素酶溶液(0.05mol/L,pH值4.8的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液),将三角瓶置于恒

5、温水浴振荡摇床上进行酶解反应,温度50℃,转速100r/min,反应时间36h。反应结束,离心取上清液进行还原糖的分析。（一）实验材料与方法(1)秸秆成分分析。测定预处理前后1g秸秆粉中的纤维素、半纤维素及木质素含量。(2)还原糖的测定。DNS法。(3)酶水解率测定。酶水解率(%)=﹛a×0.9／m×(1-w)﹜×100式中,a为还原糖质量,m为秸秆质量,w为含水率。（二）分析方法设计因素：1.粉碎程度对酶水解的影响：该试验采用15目、60目和200目的秸秆粉碎程度考察粒径大小对酶水解的影响。2.温度对酶水解的影响：设计30℃、35

6、℃、40℃、45℃、50℃、55℃。七个梯度对酶水解的影响。(三)酶水解工艺的优化3.纤维素酶的用量对酶水解的影响：分别设置200、400、600、800、1000、1200U／g六个梯度。4.pH值对酶水解的影响:分别设置pH=3、4、5、6、7、8进行试验。5.底物浓度对酶水解的影响：设置固液比为1：10、1：20、1:30、1:40、1:50、1:60、1:70几种底物浓度做试验。二、丙酮丁醇梭菌发酵产丁醇培养基及发酵条件优化（一）实验设计：1.培养基及培养方法(1)培养基A种子培养基:5%玉米醪，pH自然;B原始发酵培养基:

7、葡萄糖50g／LKH2PO40.5／L醋酸胺3g/LMgSO·7H2O0.2g/LK2HPO40.5g/L邻氨基苯甲酸0.01g/LpH自然C单因素实验发酵培养基(g/L):以原始培养基为基础组分，分别改变初始糖浓度、初始pH值、碳氮比、发酵温度、转速、邻氨基苯甲酸浓度;糖浓度:40、60、80、100、120g/LpH值:4、5、6、7、8碳氮比:37、42、47、52、57邻氨基苯甲酸浓度:0.0005、0.001、0.0015、0.002、0.0025和0.003g/L发酵温度:32、34、36、38、40℃转速:150、16

8、0、170、180、200r/minD正交设计实验发酵培养基(g/L):培养基选取葡萄糖为碳源，醋酸按为无机氮源，并添加适量邻氨基苯甲酸。由于培养基的碳氮比C/N、初始pH、发酵温度以及生长因子对微生物的丙酮、丁醇合成影响很大，故对发