圆红冬孢酵母(Rhodosporidium toruloides)21167菌株产油脂的研究.pdf
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1、圆红冬孢酵母( R h o d o s p o r i d i u mt o r u l o i d e s ) 2 1 16 7 菌株产油脂的研究 摘要 近些年,全球石油价格 I 上涨,石油资源紧缺状况日益凸显,国际消息称, 全球石油储量只够用4 0 年,因此,可再生能源资源的开发与利用成为必然。生 物柴油是以动植物油脂为原料与甲醇( 乙醇) 经过酯交换反应制得的长链脂肪酸 酯,安全无毒、燃烧性好、可再生,可咀作为石化燃料的替代品。在适宜条件下, 某些微生物可在体内积累单细胞油脂,例如细菌、酵母和藻类等,尤其是产油脂 酵母生长速率快,油脂含量高,具有广泛的应用前景。 从实验室已有的7 株圆红
2、冬孢酵母( Rt o r u l o i d e s ) 中筛选得到一株油脂含量 较高的菌株2 1 1 6 7 。采用单因子实验对浚菌株产油脂培养基及发酵条件进行优化, 得到最佳培养基配方为( w v ) :8O 葡萄糖,5 2 2 碳氨比( 00 4 酵母粉) , 0 1 K H 2 P O a 01 5 M g S 0 47 H z O ,00 2 I - h ) z S 0 4 ,00 0 5 C a C l z ,00 0 1 F e C b “ 6 H 2 0 ,0 0 0 2 Z n S 0 4 7 H 2 0 ,0 0 0 0 2 M n S 0 4H z O ,培养基初始p H
3、 值为40 。 按1 0 ( v v ) ( O D 删,矿3 0 ) 的接种量,在2 8 , 和1 8 0r p m T 振荡培养1 2 0h 。 为降低生产成本,利用产淀粉酶扣囊复膜酵母( S a c c h a r o m y c o p s i s f i b u l i g e r a ) I F O 菌株水解木薯淀粉,以木薯淀粉水解液作为碳源进行分批发酵,菌体生物量达到 2 20g L ,油脂含量达到6 34 ( w w ) 。对2 11 6 7 菌株产生的油脂进行脂肪酸成 分分析,C m o 和c l 总含量达到8 38 ,说明该菌株产生的油脂主要成分为长链 脂肪酸,可以作为合成
4、生物柴油的原料。 实验室获得了一株能产生高活力淀粉酶的扣囊复膜酵母( S f i b u l 啦r a ) 突变 菌株A l l - c ,具有同时水解洳1 ,4 和一1 ,6 糖昔键的能力,非常适合水解木薯淀粉 ( 术薯淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成) 。为了实现木薯淀粉边水解边利用生 产油脂,采用细胞固定化技术,将菌株A 1l c 细胞进行固定,并与游离的圆红冬 孢酵母细胞混合培养。A l1 - c 细胞将术薯淀粉水解转化为单糖,供圆红冬孢酵母 细胞生产油脂。经止交实验分析,获得A l I c 细胞壤佳固定化条件( w v ) :60 聚乙烯酵,25 海藻酸钠3O 氯化钙,p H 值为8 0
5、 ,4 固定8h 。固定化细 胞最高淀粉酶活力可以达到3 2 53U m L 。经发酵罐1 2 0h 联合培养之后,圆组冬 十目& # # m * * i 孢酵母苗体生物量选N 2 01g L ,油脂含量达i t l 5 49 ( w w ) 。 将L 述实验获得的油脂与甲醇在N a O H 催化剂作用下进行酯交换反应制各 生物柴油。反应的工艺参数为:催化剂用量为油脂质量的10 ,醇油库尔比为 6 :1 ,在6 5 下搅拌,反应10h 经三次酯交换反应,得到可以在空气中充分燃 烧的生物柴油。 关键词:圆红冬孢酵母;油脂;生物柴油:木薯淀粉;固定化 十目* # # mL 论女 S t u d i
6、 e so nl i p i dp r o d u c t i o nb yt h ey e a s t R h o d o s p o r i d i u mt o r u l o i d e s2 11 6 7 A b s t r a c t R e c e n ly e a r s ,t h ep r i c eo ff o s s i lf u e l si s b e c o m i n gh i g h e ra n dh i g h e r T h e s h o r t a g eo fo i li sm o r ea n dm o r es e v e r e I th a
7、sb e e nr e p o s e dt h a tg l o b a lo i lr e s e r v e s a r ea v a i l a b l ef u ro n l y4 0y e a r s ,t h e r e f o r e ,d e v e l o p m e n ta o du t i l i z a t i o no fr e n e w a b l e o i lr e s o u r c e si si m p e r a t i v eB i o d i e s e l ,n o n t o x i ca n dr e n e w a b l e ,i s
8、p r o d u c e db y t r a n s e s t e r i f i c a t i o no ft r i a c y l g l y c e r o l sf r o ma n i m a lf a t sa n dm e t h a n o l ( a l c o h 0 1 ) , y i e l d i n gm o n o a l k y le s t e r so fl o n g - c h a i nf a t t ya c i d sw i t hs h o r tc h a i na l c o h o l s U n d e r s u i t a
9、b l ec o n d i t i o n s ,s o m eo l e a g i n o u sm i c r o o r g a n i s m ss u c ha sy e a s t s ,f i l a m e n t o u s f u n g i ,b a c t e r i a , a n dm i c r o a l g a ec a na c c u m u l a t es i n g l ec e i lo i l ( S C O ) I ng e n e r a l , o l e a g i n o u sy e a s t sa n dm o l d s ,
10、w h i c hc a na c c u m u l a t em u c hm o r el i p i d s h a v er e c e i v e d i n c r e a s i n g a t t e n t i o n A m o n g7s t r a i n so f Rt o r u l o i d e s ,t h ey e a s ts t r a i n2 1 1 6 7 w a s f o u n d t op r o d u c e t h e h i g h e s ta m o u n to fl i p i di ni t sc e l l s “O
11、n e - v a r i a b l e a t - a t i m e m e t h o dw a su s e d t o o p t i m i z et h em e d i u mc o m p o n e n t sa n dg r o w t hc o n d i t i o n sf o rl i p i dp r o d u c t i o nb ys t r a i n 2 1 1 6 7T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo p t i m a lm e d i u mc o m p o n e n t sf o rt h
12、 eh i g h e s tl i p i d p r o d u c t i o nb ys t r a i n2 1 1 6 7w e r eg l u c o s e8 0g ,5 2 2C N ( 0 0 4gy e a s te x t r a c t ) ,01g K H 2 P 0 4 ,0 15g M g S 0 47 H 2 0 ,0 0 2g ( N H 4 ) 2 S 0 4 ,0 0 0 5g C a C l 2 ,00 0 1gF e C l 3 6 H 2 0 0 0 0 2gZ n S 0 47 H 2 0 ,00 0 0 2gM n S 0 4H 2 0w i
13、 t h i nl O O m Ld i s t i l l e dw a t e ra n dt h e i n i d a lp F v a l u eo ft h em e d i u mw a s4 0T od e c r e a s et h ep r o d u c t i o nC 0 8 t ,a m y l a s e s p r o d u c e db yS a c c h a r o m y c o p s i s f i b u l i g e r aI F Ow e r eu s e dt oh y d r o l y z ec a s s a v as t a r
14、 c h A f t e rt h es t r a i n2 11 6 7w a sc u l t i v a t e di nt h ef l a s kc o n t a i n i n g80 f w v 1c a s s a v a s t a r c hh y d r o l y s a t ef o r1 4 4h ,c e l lm a s sa n dl i p i dc o n t e n ti nt h ec u l t u r er e a c h e d18 5 g L ,a n d6 32 ( w w ) ,r e s p e c t i v e l y , w h
15、 i l ea f t e ri t w a sg r o w ni nt h e2 - 1f e r m e n t o r c o n t a i n i n gt h es a m em e d i u mf o r1 9 2h ,c e l lm a s sa n dl i p i dc o n t e n ti nt h ec u l t u r e r e a c h e d2 20g ,La n d6 34 ( w w ) ,r e s p e c t i v e l yO v e r8 38 o ft h e 恬“ya c i df r o m J i i 十f q 海# 学砚
16、L 忸论Z t h es t r a i n 2 I1 6 7w a sC 1 6na n dC 1 8 i s u g g e s t i n gt h a tt h ef a t t ya c i d sc o u l db eu s e da s 伦e d s t o c kf o rb i o d i e s e lp r o d u c t i o n A m y l a s ep r o d u c e db ySf i b u l i g e r a A 1I - cC a l l h y d r o l y z e 一I 4a n d - I 6 - g l y c o s i
17、 d i cl i n k a g e si nt h ec a s s a v as t a r c h I no r d e rt oc o n v e r tc a s s a v as t a r c hi n t ol i p i d b yRl o t u l o M e sd i r e c t l y t h ec e l l so ft h es t r a i nA 11 一cw e r ei m m o b i l i z e d a n d c o c u l t u r e dw i t ht h ef r e ec e l l so fRt o r u l o i
18、d e s 2 11 6 7A f t e rt h e o r t h o g o n a l e x p e r i m e n t st h ec o n d i t i o n sf o ri m m o b i l i z a t i o nw e r e ( w v ) :60 P V A ,25 s o d i u m a l g i n a t e 30 C a C l 2 ,p H 2 8a n dh a r d e n e s sf o r8hI nt h i ss t u d y ,i tw a sf o u n dt h a tt h e i m m o b i l i
19、 z e da m y l a s e p r o d u c i n gc e l l so fsn b u l i g e r 。A Il - cc o u l dp r o d u c e3 2 53 U m Lo f a m y l a s ea c t i v i t yW h e nt h ec o - c u l t u r e sw e r eg r o w ni n2 - 1f e r m e n t o r , t h ef r e e c e l l so fRt o r u l o i d e s2 11 6 7c o u l da c c u m u l a t e5
20、 49 r w w 1o i lf r o mt h ec a s s a v a s t a r c hi ni t sc e l l sa n dc e l ld r yw e i g h tr e a c h e d2 01g 1 w i t h i n1 2 0h F o rt h et r a n s e s t e f i f i e a t i o no fs i n g l ec e l lo i l ,t h e y i e l do ff a t t ya c i dm e t h y le s t e r c o u l db em o r et h a n5 00 w
21、h e nt h eq u a n t i t yo fc a t a l y s tr N a O H ) t h em o l a rr a t i oo f m e t h a n o lt ot h eo i l ,r e a c t i o nt i m ea n dr e a c t i o nt e m p e r a t u r ew e r el 0 ( b a s e do nt h e o i l ) ,6 :1 ,6 0m i n u t e sa n d6 5 ,r e s p e c t i v e l yA f t e rb i o d i e s e lw o
22、so b t a i n e df r o ml i p i d i nt h ec e l l so f Rt o r u l o i d e s2 11 6 7 ,i tc o u l db ec l e a r l yo b s e r v e dt h a tl tb u r n e dw e l l K e y w o r d s :R h o d o s p o r l d i u mt o r u l o i d e s ;s i n g l ec e l lo i l ;b i o d i e s e l ;C a $ S a V Rs t a r c h ; i m m o
23、b i l i z a t i o n 十国# 学位论文 目录 第一章绪论 微生物油脂 2 产油微生物概述 2 1 产油微生物的种类 1 2 1 1 产油细菌 1 2 12 产油酵母2 2 l3 产油霉菌 3 2 14 产油藻类 3 2 2 产油微生物的优点 5 3 微生物油脂的合成机制 5 3 1 脂肪酸合成的基质 3 2 脂肪酸的生物合成 6 3 3 甘油三酯( T A G ) 的合成 4 影响微生物油脂积累的因素8 4 1 菌种 8 4 2 碳源、氮源及培养基C N 的影响 8 4 3 培养温度的影响 9 44 培养基初始p H 值的影响 9 45 通气量的影响 1 0 4 6 培养时间
24、的影响 1 0 47 培养基中无机盐和微量元素的影响 1 0 5 微生物油脂的应用及研究方向 1 1 5 1 微生物油脂P U F A s 的应用 5 2 微生物油脂制备生物柴油 5 0 微生物油脂研究方向 6 生物柴油制各技术 一1 2 6 1 生物柴油研究现状 1 2 62 生物柴油的制各方法 1 3 6 2 I 酸碱催化法 1 3 6 22 生物酶法 j 4 6 23 超临界浊1 5 6 3 生物柴油几种制备方法的比较 1 5 7 固定化细胞技术一1 6 7 1 固定化细胞的方法 7 1 】共价结台法 7 12 交联法 7 13 吸附法 7 14 包埋法 72 固定化细胞的载体 1 7
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