水稻秸秆丁酸—丁醇分步发酵系统的构建与效能
发布时间：2023-08-26 03:04
作为优良的生物液体燃料,以木质纤维素类生物质为原料的生物丁醇生产技术受到了广泛关注和研究。然而,酶制剂使用量大、木糖发酵性能差、丁醇比产率低和发酵副产物多等不足,严重制约了传统生物丁醇发酵技术的推广应用。以开发更加经济高效的生物丁醇生产技术为目标,本文提出了木质纤维素丁酸-丁醇分步发酵的技术思想,并在充分论证的基础上,开展了水稻秸秆丁酸发酵菌群的构建与发酵条件优化、秸秆糖化液和丁酸发酵液组分对丁醇发酵的影响与机制、秸秆丁酸-丁醇分步发酵系统的构建与效能评估等研究,以期为开发更加经济高效的生物丁醇生产技术提高理论与技术支撑。以有效提高水稻秸秆的降解和转化率,基于不同菌种之间的代谢互补性,本文首先通过生物强化和菌种复配技术分别构建了中温和高温发酵混合菌群,用于发酵水稻秸秆生产丁酸,为后续丁醇发酵提供原料。结果表明,利用丁酸发酵菌Clostridium tyrobutyricum ATCC 25755对前期获得的秸秆丁酸发酵菌群DCB进行生物强化,可显著提高丁酸发酵菌ClostridiumⅣ簇的丰度,以及参与碳水化合物转运和代谢、能量产生的功能基因拷贝数,使菌群发酵秸秆的丁酸产量由5.53 ...
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
缩写词
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.1.1 课题背景
1.1.2 研究目的和意义
1.1.3 课题来源
1.2 生物质能的开发与研究现状
1.2.1 生物质能的研发趋势
1.2.2 生物质的能源转化技术
1.3 生物丁醇的发酵机理与技术发展现状
1.3.1 丁醇的性质与用途
1.3.2 丁醇生产的发展趋势
1.3.3 生物丁醇发酵机理
1.3.4 生物丁醇发酵技术的研究现状
1.4 开发纤维素丁醇面临的关键问题与解决对策
1.4.1 木质纤维素丁醇发酵面临的关键问题
1.4.2 木质纤维素丁酸-丁醇分步发酵技术的提出与可行性分析
1.5 主要研究内容和技术路线
1.5.1 主要研究内容
1.5.2 研究的技术路线
第2章 实验材料与方法
2.1 实验装置与主要仪器
2.1.1 实验装置
2.1.2 主要仪器
2.2 实验材料
2.2.1 水稻秸秆与菌种来源
2.2.2 实验试剂与培养基
2.3 实验方法
2.3.1 水稻秸秆的预处理
2.3.2 接种物制备
2.3.3 水稻秸秆中温丁酸发酵系统的运行与生物强化
2.3.4 水稻秸秆高温丁酸发酵系统的构建与运行
2.3.5 秸秆糖化产物的丁醇发酵
2.3.6 秸秆丁酸发酵产物的丁醇发酵
2.3.7 水稻秸秆丁酸-丁醇分步发酵系统
2.3.8 水稻秸秆糖化液的丁醇发酵
2.4 检测项目与分析方法
2.4.1 常规分析项目及方法
2.4.2 秸秆丁酸发酵系统群落结构分析
2.4.3 关键酶基因转录水平的测定
2.5 水稻秸秆丁酸发酵系统的碳平衡分析
第3章 水稻秸秆丁酸发酵菌群的构建与效能强化
3.1 引言
3.2 C.tyrobutyricum对中温混合菌群发酵秸秆产丁酸的生物强化
3.2.1 生物强化的效能分析
3.2.2 群落演替规律分析
3.3 秸秆高温丁酸发酵复配菌群的构建及条件优化
3.3.1 C.thermocellum和C.thermobutyricum复配的可行性研究
3.3.2 复配菌群发酵系统的pH缓冲剂选择
3.3.3 复配菌种接种比例的优化
3.3.4 复配菌群接种量的优化
3.4 水稻秸秆高温丁酸发酵系统的调控与效能研究
3.4.1 pH对复配菌群发酵效能的影响
3.4.2 秸秆投加量对复配菌群发酵效能的影响
3.4.3 复配菌群的补料分批发酵效能
3.4.4 秸秆高温丁酸发酵菌群的代谢机制
3.5 秸秆中温与高温丁酸发酵效能的比较
3.6 本章小结
第4章 秸秆降解产物对丁醇发酵的影响与机制
4.1 引言
4.2 秸秆酶解糖化产物的丁醇发酵特征
4.2.1 葡萄糖的丁醇发酵
4.2.2 木糖的丁醇发酵
4.2.3 纤维二糖的丁醇发酵
4.3 秸秆酶解糖化主要产物与丁酸为共底物的丁醇发酵特征
4.3.1 丁酸作为葡萄糖的共底物
4.3.2 丁酸作为木糖的共底物
4.3.3 丁酸作为纤维二糖的共底物
4.4 丁酸浓度与菌种接种量对丁醇发酵的影响
4.4.1 初始丁酸浓度对丁醇发酵的影响
4.4.2 菌种接种量对丁醇发酵的影响
4.5 秸秆丁酸发酵副产物对丁醇发酵的影响
4.5.1 乙酸对丁醇发酵的影响
4.5.2 混合羧酸影响下的丁醇发酵特征
4.6 基于关键酶基因转录的丁醇发酵机制分析
4.6.1 丁酸影响下的关键酶基因转录
4.6.2 乙酸影响下的关键酶基因转录
4.6.3 混合羧酸影响下的关键酶基因转录
4.7 本章小结
第5章 水稻秸秆丁酸-丁醇分步发酵及效能分析
5.1 引言
5.2 秸秆中温丁酸发酵液对丁醇发酵效能的影响与机制分析
5.2.1 中温发酵液浓度对丁醇发酵效能的影响
5.2.2 中温发酵液影响下的关键酶基因转录
5.3 秸秆高温丁酸发酵液对丁醇发酵效能的影响与机制分析
5.3.1 高温发酵液浓度对丁醇发酵效能的影响
5.3.2 高温发酵液预处理及其对丁醇发酵的促进作用
5.3.3 高温发酵液浓度影响下的关键酶基因转录
5.4 水稻秸秆丁酸-丁醇分步发酵系统的效能
5.4.1 水稻秸秆糖化液的制备与条件优化
5.4.2 水稻秸秆糖化液的丁醇发酵效能
5.4.3 基于水稻秸秆糖化液和中温丁酸发酵液的丁醇发酵效能
5.4.4 基于水稻秸秆糖化液和高温丁酸发酵液的丁醇发酵效能
5.4.5 关键酶基因转录水平的比较与分析
5.5 水稻秸秆丁酸-丁醇分步发酵系统的综合效能分析
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3843826
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
缩写词
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.1.1 课题背景
1.1.2 研究目的和意义
1.1.3 课题来源
1.2 生物质能的开发与研究现状
1.2.1 生物质能的研发趋势
1.2.2 生物质的能源转化技术
1.3 生物丁醇的发酵机理与技术发展现状
1.3.1 丁醇的性质与用途
1.3.2 丁醇生产的发展趋势
1.3.3 生物丁醇发酵机理
1.3.4 生物丁醇发酵技术的研究现状
1.4 开发纤维素丁醇面临的关键问题与解决对策
1.4.1 木质纤维素丁醇发酵面临的关键问题
1.4.2 木质纤维素丁酸-丁醇分步发酵技术的提出与可行性分析
1.5 主要研究内容和技术路线
1.5.1 主要研究内容
1.5.2 研究的技术路线
第2章 实验材料与方法
2.1 实验装置与主要仪器
2.1.1 实验装置
2.1.2 主要仪器
2.2 实验材料
2.2.1 水稻秸秆与菌种来源
2.2.2 实验试剂与培养基
2.3 实验方法
2.3.1 水稻秸秆的预处理
2.3.2 接种物制备
2.3.3 水稻秸秆中温丁酸发酵系统的运行与生物强化
2.3.4 水稻秸秆高温丁酸发酵系统的构建与运行
2.3.5 秸秆糖化产物的丁醇发酵
2.3.6 秸秆丁酸发酵产物的丁醇发酵
2.3.7 水稻秸秆丁酸-丁醇分步发酵系统
2.3.8 水稻秸秆糖化液的丁醇发酵
2.4 检测项目与分析方法
2.4.1 常规分析项目及方法
2.4.2 秸秆丁酸发酵系统群落结构分析
2.4.3 关键酶基因转录水平的测定
2.5 水稻秸秆丁酸发酵系统的碳平衡分析
第3章 水稻秸秆丁酸发酵菌群的构建与效能强化
3.1 引言
3.2 C.tyrobutyricum对中温混合菌群发酵秸秆产丁酸的生物强化
3.2.1 生物强化的效能分析
3.2.2 群落演替规律分析
3.3 秸秆高温丁酸发酵复配菌群的构建及条件优化
3.3.1 C.thermocellum和C.thermobutyricum复配的可行性研究
3.3.2 复配菌群发酵系统的pH缓冲剂选择
3.3.3 复配菌种接种比例的优化
3.3.4 复配菌群接种量的优化
3.4 水稻秸秆高温丁酸发酵系统的调控与效能研究
3.4.1 pH对复配菌群发酵效能的影响
3.4.2 秸秆投加量对复配菌群发酵效能的影响
3.4.3 复配菌群的补料分批发酵效能
3.4.4 秸秆高温丁酸发酵菌群的代谢机制
3.5 秸秆中温与高温丁酸发酵效能的比较
3.6 本章小结
第4章 秸秆降解产物对丁醇发酵的影响与机制
4.1 引言
4.2 秸秆酶解糖化产物的丁醇发酵特征
4.2.1 葡萄糖的丁醇发酵
4.2.2 木糖的丁醇发酵
4.2.3 纤维二糖的丁醇发酵
4.3 秸秆酶解糖化主要产物与丁酸为共底物的丁醇发酵特征
4.3.1 丁酸作为葡萄糖的共底物
4.3.2 丁酸作为木糖的共底物
4.3.3 丁酸作为纤维二糖的共底物
4.4 丁酸浓度与菌种接种量对丁醇发酵的影响
4.4.1 初始丁酸浓度对丁醇发酵的影响
4.4.2 菌种接种量对丁醇发酵的影响
4.5 秸秆丁酸发酵副产物对丁醇发酵的影响
4.5.1 乙酸对丁醇发酵的影响
4.5.2 混合羧酸影响下的丁醇发酵特征
4.6 基于关键酶基因转录的丁醇发酵机制分析
4.6.1 丁酸影响下的关键酶基因转录
4.6.2 乙酸影响下的关键酶基因转录
4.6.3 混合羧酸影响下的关键酶基因转录
4.7 本章小结
第5章 水稻秸秆丁酸-丁醇分步发酵及效能分析
5.1 引言
5.2 秸秆中温丁酸发酵液对丁醇发酵效能的影响与机制分析
5.2.1 中温发酵液浓度对丁醇发酵效能的影响
5.2.2 中温发酵液影响下的关键酶基因转录
5.3 秸秆高温丁酸发酵液对丁醇发酵效能的影响与机制分析
5.3.1 高温发酵液浓度对丁醇发酵效能的影响
5.3.2 高温发酵液预处理及其对丁醇发酵的促进作用
5.3.3 高温发酵液浓度影响下的关键酶基因转录
5.4 水稻秸秆丁酸-丁醇分步发酵系统的效能
5.4.1 水稻秸秆糖化液的制备与条件优化
5.4.2 水稻秸秆糖化液的丁醇发酵效能
5.4.3 基于水稻秸秆糖化液和中温丁酸发酵液的丁醇发酵效能
5.4.4 基于水稻秸秆糖化液和高温丁酸发酵液的丁醇发酵效能
5.4.5 关键酶基因转录水平的比较与分析
5.5 水稻秸秆丁酸-丁醇分步发酵系统的综合效能分析
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
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