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随着石油资源的日益紧缺和环境污染问题的日趋严重,寻找可持续性清洁替代能源越来越受到人们的关注。生物柴油作为一种可再生燃料己吸引了越来越多的研究和商业兴趣,而原料的成本问题是目前生物柴油产业发展的瓶颈。因此,如何利用廉价、丰富的可再生原料以降低原料成本已成为生物柴油工业化生产的关键所在。餐厨废弃物具有危害性与资源性并存的双重属性,利用其生产生物柴油可使资源得以再利用,降低生产成本。本研究对高产油脂菌株的诱变选育及餐厨废弃物生产微生物油脂的工艺进行了系统的研究,旨在提高菌株油脂产量和降低油脂生产成本,为实现生物柴油规模化工业生产提供廉价的油脂原料保障。主要研究成果简述如下:
筛选出健强地霉G0菌株作为出发菌株,确定其最佳发酵培养基配方:葡萄糖50g/L、酵母膏0.5g/L、蛋白胨0.5g/L、KH2PO415g/L、MgSO45g/L、花生饼粉20g/L,pH7;最佳发酵条件:采用培养24h的种子培养液以5%接种量接种,28℃、180r/min,培养7d,并在培养过程中每天向培养液中添加10g/L葡萄糖。同时,对菌株提取油脂的前处理方法进行研究比较,发现酸热法是较为理想的前处理方法。
通过N+注入诱变选育出1株高产油脂突变株健强地霉G9菌株,其生物量、产油率及油脂产量分别达20.94g/L,46.65%和9.77g/L,较出发菌株G0菌株分别提高62.83%,91.90%和212.14%。对两菌株脂肪酸组成及相对含量进行GC-MS分析表明G9与G0所产油脂均以C16和C18系列脂肪酸为主,G9菌株所产油脂脂肪酸组成较G0丰富,主要包括37.360%油酸,23.631%棕榈酸,4.458%亚油酸和26.465%硬脂酸。这种脂肪酸组成同目前生产生物柴油的重要原料植物油组成十分相似,说明健强地霉G9菌株是一株适合生物柴油生产的高产优质菌株。
通过Plackett-Burman实验设计和响应面设计确定了高产油脂突变株最佳产油条件:培养温度28℃、KH2PO416.48g/L、花生饼粉15.73g/L。在此条件下进行摇瓶培养,G9菌株油脂产量达10.73g/L,而在5L发酵罐中发酵培养,菌株油脂产量达28.63g/L,为摇瓶培养时的2.67倍,说明健强地霉G9菌株适合放大生产,具有作为工业微生物生产菌种的潜力。
采用复合酶制剂对餐厨废弃物进行处理,确定酶的适宜水解条件为:同时加入淀粉酶8U/g原料、糖化酶200U/g原料、蛋白酶50U/g原料、纤维素酶50U/g原料,pH5~7,50~60℃水解2h。根据Box-Benhnken(BBD)实验设计,采用响应面分析方法对餐厨废弃物酶解液生产微生物油脂发酵条件进行优化,得到最佳发酵条件为:时间7.55d、pH6.16、温度28℃。在此培养条件下,G9菌株油脂产量为9.96g/L。脂肪酸组成及相对含量分析表明:G9菌株所产脂肪酸主要以C16和C18系列脂肪酸为主,脂肪酸组成上同目前生产生物柴油的重要原料植物油十分相似,说明餐厨废弃物可作为培养基发酵健强地霉G9菌株用于生物柴油的生产。利用餐厨废弃物生产微生物油脂是防止环境污染、降低油脂生产成本的一条有效途径。
进行餐厨废弃物发酵产微生物油脂的小试和中试研究。结果表明,无论在5L罐还是在1000L罐上发酵时,G9菌株积累油脂的最高峰均在培养8d时,此时菌株在1000L罐中发酵时的油脂产量较5L罐发酵和摇瓶培养时分别提高13.60%和23.29%,说明餐厨废弃物发酵产微生物油脂具有良好的工业化前景。