半纤维素制木糖醇
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丁兴红‘夏黎明‘薛培俭２ ， ，
ｌ 浙江大学 化学工程与生物工程系， （． 浙江 杭州 ３ｏ２ ；． １０７２发酵技术国家工程研究中心， 安徽 蚌埠 ２ ｏ ） ３ １ ０ 摘 要： 为了提高 Ｃ ｄｄ 、 ． Ｕ ０ 发酵玉米芯半纤维素水解液生产木糖醇的得率， ｎ ａｉ ａ ｐ Ｚ 一 ４ 采用石灰中和、 石灰过中和、
利用 Ｃ ｎ ｄ ｓ．Ｕ０ 发酵玉米芯半纤维素水解 ａｄ ａ Ｚ 一 ｉ Ｐ ４
液生产木糖醇． 在发酵罐中比较了分阶段改变通气 速率与恒定通气速率对发酵生产木糖醇的影响， 得 到了适宜的发酵生产木糖醇的通气条件， 为发酵法 生产木糖醇工业化奠定了理论基础．
水解液以Ｚｍ ／ ｉ 的流速流经离子交换柱， Ｌｍ ｎ 收集 过柱后的水解液即为脱毒水解液． １２５ 低温蒸发浓缩 脱毒后的玉米芯半纤维素 ．． 水解液， 在旋转蒸发仪（ Ｅ５一８ 上海亚荣生化仪 Ｒ ２９ ， 器厂） ６ ℃下蒸发浓缩水解液至一定的倍数． 中， ５ １３ 菌种和培养基 ． 假丝酵母（ａｄ ａ Ｐ Ｚ 一 ： Ｃ ｎ ｄ 、．Ｕ０）由美国普度大 ｉ ４ 学可再生资源工程研究室赠送， 经菌种驯化筛选 ， 是 发酵生产木糖醇的优良菌株． 菌种保藏培养基： 酵母粉 １５ ， ． ９胰蛋白陈 ２５ ． ９琼脂粉 ２ ９ 玉米芯半纤维素水解液 ＩＬ ， ０ ， ． 液体菌种培养基（／ ）木糖 １， ９Ｌ ： 。葡萄糖 １， 。酵 母粉 １５胰蛋白陈 ２５麦芽汁 ３０ ．， ．， ． ． 发酵培养基 在 ０ ： ４ ｍＬ适当浓缩的玉米芯半纤 维素水解液中， 补加 ｓ Ｌ含酵母粉（ ９ Ｊ和胰 ｍ ０ Ｉ ３ ／） 蛋白 ５。９ Ｊ的溶液， 膝（ 八 ） 起始 ｐ Ｈ调至 ５５１ ’ ． ，１ Ｃ 灭菌 １ ｉ． ５ｍ ｎ １４ 菌种培养与发酵条件 ． 菌种培养： 斜面菌种一环， １ｏ Ｌ液体菌 接人 ０ ｍ
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百度文库体积） 与质量分数为 １０ ．％的硫酸混合， １７ １ 在 ０ ￣１ ０
收稿日 ２ ６ ０一９ 期：０ 一１ ２． ０
境Ｌ ； ’ 而利用微生物发酵法生产木糖醇， 」 无需繁琐的 木糖纯化步骤 ， 并且反应条件温和， 能耗低 ， 对环境 污染程度小， 产品质量更加安全可靠川． 在玉米芯半纤维素酸水解过程中， 所产生的乙
浙江 学 工学 网 ｗ ｗＪ ｒ ｌｚ． ｕ ｎｅ 大学 报（ 版） 址： ｗ ．ｕ ａ．ｕｅ ． ／ ｇ ｏ ｎｓ ｄ ｃ ｎ ｊ
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浙
江
大
学
学 报（ 工学版）
第４ 卷 １
酸、 糠醛、 四氢吠喃、 酚类等毒性物质会抑制水解液 的发酵性能． 同时， 水解液中富含的多种金属离子和
阴离子对酵母菌的代谢也存在不可忽视的作用川．
为了提高水解液的发酵性能， 半纤维素酸水解液发 酵前一般需经脱毒预处理． 通气条件是影响木糖醇得率的关键因子之一， 它决定了发酵培养基中木糖代谢是细胞生长， 还是
活性炭脱色、 离子交换树脂吸附等措施对水解液进行脱毒处理， ３７ｌ发酵罐中（ ℃、 并在 Ｊ ０ ３ 转速 ３ ｒ ｉ、Ｈ ０／ ｎｐ ｍ
５５考察了不同通气条件对发酵工艺的影响． ． ） 结果表明， 弱碱性离子交换树脂 Ｄ ０ 对半纤维素水解液具有 良好 的 ３ １ 脱毒效果， 能明显改善半纤维素水解液的发酵性能； 分阶段改变通气速率比恒定通气速率发酵生产木糖醇得率更
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ｐｏｕｔｎ Ｔ ｅ ａｉｕ ｙｔｌｉｄ（６０ ａｄ ｏ ｍ ｔｃ ｒｄｃｖｙ（．６ ／Ｌ・ ） ｗ ｒ ｏ－ ｒｄｃｏ． ｈ ｍ ｘ ｍｘｌｏｙ ｌ ７．％） ｎ ｖｌ ｅ ｉｐｏｕｔｉ ０７ ９（ ｈ） ｅ ｂ ｉ ｍ ｉ ｅ ｕ ｒ ｉｔ ｅ
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ｍｎ３ Ｃ ｉ，０Ｏ下发酵 ７ ． ２ｈ
１ 材料与方法
１１ 玉米芯半纤维素水解液的制备 ．
将玉米芯（ 河北唐山产， 半纤维素） ６％） ｗ（ ＝３
粉碎至粒度 １￣２ 目， １， 的固液比（ ０ ０ 按 ０ １ 质量 ，
发酵罐发酵： ． 在 ３７Ｌ发酵罐（ｅｃｔ ｅ Ｂ ｈｏ ｒ ｎ ｐＦ －
第 ４ 卷第 ４ １ 期 ２０ 年 ４ ０７ 月
Ｊｕｎｌ ｆ ｈｊｎ ｎ ｅｓｙＥ ｇ ｅｒ ｇｓｉ ｃ） ｏ ｒａ ｏ Ｚ ｅａｇＵ ｉ ｒ ｔ《 ｎ ｉ ｅｉ ｃ ｎｅ ｉ ｖ ｉ ｎ ｎ ｅ
浙 江 大 学 学 报（ 工学版）
Ｖｏ． ｌＮｏ ４ ｌ４ ．
ＡＰ．２ ０ ｒ ０７
半纤维素水解液发酵木糖醇的关键因子
Ｋ ｙｆｃ ｒ ａｆ ｔ ｇｘｌｏ ｆｒ ｅｔｔ ｎｆ ｍ ｈｍｉ ｌ ｌ ｉ ｅ ａ ｔ ｓ ｆ ｃ ｎ ｙｉ Ｉ ｍ ｎａｉ ｒ ｏ ｅ ｉ ｔ ｅ ｏ ｏ ｅ ｃ ｌｏ ｃ ｅｕ ｓ ｈ ｄｏｙａｅｂ ａ ｎ ｉａｓ ．ｕ ４ ０ ｙ ｒｌｓｔ ｙＣ ｄｄ Ｐ ｚ一
高， 前期（一２ ｈ通气速率为 ３７ Ｌ ｒｎ后期（４ ６ ） ０ ４） ．５ ／ ｉ， ｎ ２一９ ｈ通气速率为 ０７ Ｉ ｍｎ木糖醇得率为 ７．％， ．５ Ｊ ｉ， ／ ６０ 体积生 产速率为０７ ９（ ｈ， ． ／Ｌ・ 该工艺为工业上利用半纤维素水解液大规模发酵生产木糖醇奠定了基础． ６ ） 关键词： 木糖醇 ； 发酵； 半纤维素水解液 ； ； 脱毒 通气条件 中图分类号 ： Ｑ ５．２ ；Ｑ９ Ｔ ３３４１Ｔ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号： ０８ ９３ （０７０ 一 ６３ ０ １０ 一 ７Ｘ ２０）４ ０８ 一 ５
积累木糖醇叫一 方面， 在发酵罐中提高通气速率能
促进菌体快速生长， 但是如果一直保持高水平的通 气速率 ， 不仅会导致产物木糖醇脱氢形成木酮糖， 而 且大部分木糖会作为酵母细胞生长的碳源， 而不是 发酵转化为木糖醇． 另一方面， 过低的通气速率形成 的严格限氧条件 ， 导致酵母细胞生长缓慢 ， 木糖醇得 率不高〔 〕 ５． 一 ６ 本文在玉米芯半纤维素水解液脱毒的基础上，
种培养基中， 摇床转速 ２ ： ｉ， ｃ ０ ｍ ０ １ ／ ｎ ３ 下培养 ２ ４
ｈ最终细胞质量浓度约为 ６５ ／ 干重） ， ． ９Ｌ（ ． 摇瓶发酵：５ Ｌ摇瓶中发酵培养基装液量 ２ ｍ ０ ０ Ｌ 接人 ｓ ４ｍ ， ｍＬ液体菌种 ， ｍＬ含酵母粉（ ９ ｓ ０ ３ ／ Ｌ 和胰蛋 白陈 （ ９１ 的氮源， ） ０ ５ ／） 、 摇床转速 １Ｏｒ ８ ／
℃下水解 ３ｈ过滤残渣得玉米芯半纤维素水解液． ， １２ 玉米芯半纤维素水解液的脱毒 ． １２１ 石灰 中和 玉米芯半纤维素酸水解液在 ７ ．． ０ Ｃ 下使用 Ｃ （ Ｈ） 中和到 ｐ Ｓ５保温 ０ｓｈ过 ａＯ ： Ｈ ．， ． ， 滤 ＣＳ ４ ａ０ 沉淀后， 得石灰中和脱毒水解液． １２２ 石灰过中和 玉米芯半纤维素酸水解液在 ．． ７ Ｃ下使用 Ｃ （ Ｈ） 中和到 ｐ 。 ， ０ｓ ， ００ ａＯ ２ ＨＳ５保温 ． ｈ 再加 Ｃ （） ： ａ（ Ｈ） 调节 ｐ Ｈ至 ９０立即过滤 Ｃ Ｓ ４ ．， ａＯ 沉
作者简介： 丁兴红（９８ ， 江苏泰州人， １７一）男， 博士生， 从事生物工程研究． 一 ａ ： ｈ ｊｃ ． ｔ Ｅｍ ｄ ＠ｚ ｍ ｎ ｌ ｉ ｘ ｔ ｅ
通讯 人： 教授， 导． 一ａ： ａ ＠ ｕｅ ｃ 联系 夏黎明， 男， 博 Ｅ ｉ ｘ ｍ ｚ ｄ ｎ ｍ ｉ ｌ ｌ ｊ ｕ ． ．
ｃｎｉｏｓ ｎｘｌｏ ｐｏｕｔ ｎ ｅｅ ａｒ ｄ ｕ ｉ ａ ． Ｌｆ ｍ ｎｏ ａ ３ ｏｄ ｉ ｏ ｙ ｔｌ ｒｄｃｏ ｗ ｒ ｃｒｅ ｏｔｎ ３７ ｅ ｅｔ ｔ Ｏ℃，Ｈｖｌ ｏ ｓｓ ｎ ３０ ／ ｔｎ ｉ ｉ ｉ ｒ ｒ ｐ ａ ｅ ｆ ． ａｄ ０ ｒ ｕ ｍ ｎ ｈ ｅｕ ｓｓｏ ｅ ｈｔ ｈ ｒａ ｎ ｏ ｃｒ ｏ ｅ ｃｌ ｌ ｉ ｙ ｒｌ ａ ｉ ｎ ｎｅｃａｇ ｉ ．Ｔ ｅｒｓｌ ｈ ｗ ｄｔａ ｔｅｔ ｔ ｔ ｆ ｏｎｃｂｈｍｉ ｌ ｏ ｃｈ ｄｏ ｓｔ ｔ ｉ 一ｘｈｎｅ ｔ ｅ ｍｅ ｅｕ ｓ ｙ ｅｗ ｈａ ｏ ｒｓ ｓ ３１ ａ ｅ ｏｅ ｓ ｏ ｔｅｎ ｉ ｔｒ ｏ ｐｕ ｄ ａｄｉ ｐｏｅ ｈ ｆ ｍ ｎａｉ ｙ ｆ ｅ ｉ ｌ ｌｓ ｅｉ Ｄ Ｏ ｃｎｒｍ ｖ ｍｏｔ ｆｈ ｉ ｂ ｏｙｃｍ ｏ ｎｓ ｎ ｍ ｒｖ ｔｅ ｅ ｅｔｂ ｉ ｏ ｈｍ ｃ ｌ ｏｉ ｎ ｈｉ ｒ ｌ ｔ ｅｕ ｃ ｈｄｏ ｓｔ， ｎ ｔａ ｔ ｏｐ ａｅ ｅａｉ ｅｎ ｉｍ ｒ ｅ ｅｔ ｅ ｈｎｏ ｅ ｈｓ ａｒｔ ｎｍ ａｓ ｏ ｘｌｏ ｙ ｒｌ ａｅ ａｄ ｈｔｗ 一ｈｓ ａｒｔ ｎｍ ａｓｓ ｏｅ ｆ ｃｖ ｔａ ｎ一 ａｅ ｅａ ｏ ｅｎ ｆｒ ｙ ｔｌ ｙ ｏ ｆ ｉ ｐ ｉ ｉ
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ｌ 浙江大学 化学工程与生物工程系， （． 浙江 杭州 ３ｏ２ ；． １０７２发酵技术国家工程研究中心， 安徽 蚌埠 ２ ｏ ） ３ １ ０ 摘 要： 为了提高 Ｃ ｄｄ 、 ． Ｕ ０ 发酵玉米芯半纤维素水解液生产木糖醇的得率， ｎ ａｉ ａ ｐ Ｚ 一 ４ 采用石灰中和、 石灰过中和、
利用 Ｃ ｎ ｄ ｓ．Ｕ０ 发酵玉米芯半纤维素水解 ａｄ ａ Ｚ 一 ｉ Ｐ ４
液生产木糖醇． 在发酵罐中比较了分阶段改变通气 速率与恒定通气速率对发酵生产木糖醇的影响， 得 到了适宜的发酵生产木糖醇的通气条件， 为发酵法 生产木糖醇工业化奠定了理论基础．
水解液以Ｚｍ ／ ｉ 的流速流经离子交换柱， Ｌｍ ｎ 收集 过柱后的水解液即为脱毒水解液． １２５ 低温蒸发浓缩 脱毒后的玉米芯半纤维素 ．． 水解液， 在旋转蒸发仪（ Ｅ５一８ 上海亚荣生化仪 Ｒ ２９ ， 器厂） ６ ℃下蒸发浓缩水解液至一定的倍数． 中， ５ １３ 菌种和培养基 ． 假丝酵母（ａｄ ａ Ｐ Ｚ 一 ： Ｃ ｎ ｄ 、．Ｕ０）由美国普度大 ｉ ４ 学可再生资源工程研究室赠送， 经菌种驯化筛选 ， 是 发酵生产木糖醇的优良菌株． 菌种保藏培养基： 酵母粉 １５ ， ． ９胰蛋白陈 ２５ ． ９琼脂粉 ２ ９ 玉米芯半纤维素水解液 ＩＬ ， ０ ， ． 液体菌种培养基（／ ）木糖 １， ９Ｌ ： 。葡萄糖 １， 。酵 母粉 １５胰蛋白陈 ２５麦芽汁 ３０ ．， ．， ． ． 发酵培养基 在 ０ ： ４ ｍＬ适当浓缩的玉米芯半纤 维素水解液中， 补加 ｓ Ｌ含酵母粉（ ９ Ｊ和胰 ｍ ０ Ｉ ３ ／） 蛋白 ５。９ Ｊ的溶液， 膝（ 八 ） 起始 ｐ Ｈ调至 ５５１ ’ ． ，１ Ｃ 灭菌 １ ｉ． ５ｍ ｎ １４ 菌种培养与发酵条件 ． 菌种培养： 斜面菌种一环， １ｏ Ｌ液体菌 接人 ０ ｍ
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第４ 卷 １
酸、 糠醛、 四氢吠喃、 酚类等毒性物质会抑制水解液 的发酵性能． 同时， 水解液中富含的多种金属离子和
阴离子对酵母菌的代谢也存在不可忽视的作用川．
为了提高水解液的发酵性能， 半纤维素酸水解液发 酵前一般需经脱毒预处理． 通气条件是影响木糖醇得率的关键因子之一， 它决定了发酵培养基中木糖代谢是细胞生长， 还是
活性炭脱色、 离子交换树脂吸附等措施对水解液进行脱毒处理， ３７ｌ发酵罐中（ ℃、 并在 Ｊ ０ ３ 转速 ３ ｒ ｉ、Ｈ ０／ ｎｐ ｍ
５５考察了不同通气条件对发酵工艺的影响． ． ） 结果表明， 弱碱性离子交换树脂 Ｄ ０ 对半纤维素水解液具有 良好 的 ３ １ 脱毒效果， 能明显改善半纤维素水解液的发酵性能； 分阶段改变通气速率比恒定通气速率发酵生产木糖醇得率更
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ｍｎ３ Ｃ ｉ，０Ｏ下发酵 ７ ． ２ｈ
１ 材料与方法
１１ 玉米芯半纤维素水解液的制备 ．
将玉米芯（ 河北唐山产， 半纤维素） ６％） ｗ（ ＝３
粉碎至粒度 １￣２ 目， １， 的固液比（ ０ ０ 按 ０ １ 质量 ，
发酵罐发酵： ． 在 ３７Ｌ发酵罐（ｅｃｔ ｅ Ｂ ｈｏ ｒ ｎ ｐＦ －
第 ４ 卷第 ４ １ 期 ２０ 年 ４ ０７ 月
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半纤维素水解液发酵木糖醇的关键因子
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高， 前期（一２ ｈ通气速率为 ３７ Ｌ ｒｎ后期（４ ６ ） ０ ４） ．５ ／ ｉ， ｎ ２一９ ｈ通气速率为 ０７ Ｉ ｍｎ木糖醇得率为 ７．％， ．５ Ｊ ｉ， ／ ６０ 体积生 产速率为０７ ９（ ｈ， ． ／Ｌ・ 该工艺为工业上利用半纤维素水解液大规模发酵生产木糖醇奠定了基础． ６ ） 关键词： 木糖醇 ； 发酵； 半纤维素水解液 ； ； 脱毒 通气条件 中图分类号 ： Ｑ ５．２ ；Ｑ９ Ｔ ３３４１Ｔ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号： ０８ ９３ （０７０ 一 ６３ ０ １０ 一 ７Ｘ ２０）４ ０８ 一 ５
积累木糖醇叫一 方面， 在发酵罐中提高通气速率能
促进菌体快速生长， 但是如果一直保持高水平的通 气速率 ， 不仅会导致产物木糖醇脱氢形成木酮糖， 而 且大部分木糖会作为酵母细胞生长的碳源， 而不是 发酵转化为木糖醇． 另一方面， 过低的通气速率形成 的严格限氧条件 ， 导致酵母细胞生长缓慢 ， 木糖醇得 率不高〔 〕 ５． 一 ６ 本文在玉米芯半纤维素水解液脱毒的基础上，
种培养基中， 摇床转速 ２ ： ｉ， ｃ ０ ｍ ０ １ ／ ｎ ３ 下培养 ２ ４
ｈ最终细胞质量浓度约为 ６５ ／ 干重） ， ． ９Ｌ（ ． 摇瓶发酵：５ Ｌ摇瓶中发酵培养基装液量 ２ ｍ ０ ０ Ｌ 接人 ｓ ４ｍ ， ｍＬ液体菌种 ， ｍＬ含酵母粉（ ９ ｓ ０ ３ ／ Ｌ 和胰蛋 白陈 （ ９１ 的氮源， ） ０ ５ ／） 、 摇床转速 １Ｏｒ ８ ／
℃下水解 ３ｈ过滤残渣得玉米芯半纤维素水解液． ， １２ 玉米芯半纤维素水解液的脱毒 ． １２１ 石灰 中和 玉米芯半纤维素酸水解液在 ７ ．． ０ Ｃ 下使用 Ｃ （ Ｈ） 中和到 ｐ Ｓ５保温 ０ｓｈ过 ａＯ ： Ｈ ．， ． ， 滤 ＣＳ ４ ａ０ 沉淀后， 得石灰中和脱毒水解液． １２２ 石灰过中和 玉米芯半纤维素酸水解液在 ．． ７ Ｃ下使用 Ｃ （ Ｈ） 中和到 ｐ 。 ， ０ｓ ， ００ ａＯ ２ ＨＳ５保温 ． ｈ 再加 Ｃ （） ： ａ（ Ｈ） 调节 ｐ Ｈ至 ９０立即过滤 Ｃ Ｓ ４ ．， ａＯ 沉
作者简介： 丁兴红（９８ ， 江苏泰州人， １７一）男， 博士生， 从事生物工程研究． 一 ａ ： ｈ ｊｃ ． ｔ Ｅｍ ｄ ＠ｚ ｍ ｎ ｌ ｉ ｘ ｔ ｅ
通讯 人： 教授， 导． 一ａ： ａ ＠ ｕｅ ｃ 联系 夏黎明， 男， 博 Ｅ ｉ ｘ ｍ ｚ ｄ ｎ ｍ ｉ ｌ ｌ ｊ ｕ ． ．
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