葛属原料成分分析及ABE发酵联产丁醇—葛根素研究

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为了选择性状优良的葛属植物,从广西、广东、四川、江西、湖南、重庆6个省市采集了14个粉葛样品,5个野葛样品,对样品中淀粉、总异黄酮、葛根素、大豆苷、大豆苷元、染料木素、染料木苷元进行了测定分析。结果显示,粉葛样品中,总异黄酮和葛根素含量较高的品种是湖南的BMX粉葛(23.43±0.34mg/g,11.34±0.29mg/g)和江西的HG1-1粉葛(27.38±0.53mg/g,10.03±0.14mg/g)。淀粉含量最高的品种为四川的LZ粉葛(71.6±0.28%)。野葛样品中,来自湖南的HJ野葛总异黄酮(110.79±1.60mg/g)和葛根素(48.00±0.60mg/g)含量最高。野葛的淀粉含量显著低于粉葛,而其异黄酮含量却相对较高。当以粉葛异黄酮含量为变量时,聚类分析显示粉葛样品存在一定的地域性分布,推测长时间日照可能促进葛根异黄酮的积累。同时,本文对酸性洗涤纤维、木质素、碳元素和氮元素的含量也进行了测定分析,以期为粉葛工业化发展提供数据支撑。  选取淀粉、葛根素含量较高的粉葛优良品种HG1作为原料进行ABE发酵联产丁醇—葛根素的单因素研究。实验结果显示,乙酸铵为粉葛ABE发酵的最佳氮源。当添加2g/L的乙酸铵时,丁醇产量最高,为12.65g/L,较对照组提高8.01%,其葛根素得率为0.94%。果胶酶和纤维素酶为最佳酶处理制剂,当酶的添加量为24μL/g底物时得到的丁醇产量最高,分别为13.19g/L和13.68g/L,较对照组提高14.30%和19.16%,发酵结束后葛根素得率分别为0.96%和0.95%。  在单因素实验的基础上,运用响应面优化法考察了乙酸铵浓度,果胶酶添加量及初总糖浓度对粉葛ABE发酵的影响。构建的多元二次回归方程及方差分析显示该回归模型高度显著,并且失拟项不显著,以丁醇产量和葛根素得率为响应分值时其R2分别为0.9234和0.9201,表明预测值与实验值一致性较好。对方程求解获得最优发酵参数为:乙酸铵浓度1.25g/L,果胶酶添加量28μL/g底物,初糖浓度为78g/L。验证实验表明,发酵结束后,丁醇产量为16.8g/L,葛根素得率为0.93%,较未添加组分别提高了26.97%和7.70%,与理论预测值的相对误差分别为2.06%和0.05%。将优化后的发酵参数应用于10L发酵罐(有效容积6L)进行ABE发酵放大实验。实验结果显示,72h发酵结束后,残还原糖浓度为9.34g/L,pH值为5.08,丁醇、丙酮和乙醇产量分别为16.74g/L,7.99g/L和4.08g/L,总溶剂产量28.81g/L,葛根素得率为0.946%。
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