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摘 要

葛根渣是一种常见的中药废弃物。在本研究实验中，以C. beijerincki M7为发酵菌株，以葛根渣为原料，采用稀酸为预处理的方法，将所得水解液为碳源对丁醇的发酵生产进行研究。采用质量分数为2%的稀硫酸，反应温度为121 ℃，水解时间为120 min，固液比为20%(w/v)的葛根渣稀酸水解条件进行预处理获得的稀酸水解糖液浓度含有总还原糖为60.5g/L，其中葡萄糖浓度为43g/L。后续采用浓度为35g/L的还原糖葛根渣稀酸水解液在35℃，厌氧摇瓶发酵72 h获得的丁醇浓度为7.2g/L。在实验过程中发现无需添加Mg² ，Fe² ，Mn² 也能得到同等浓度的丁醇。该结果表明葛根渣可以作为唯一碳源生产丁醇，该方法可作为一种有效利用葛根渣的新途径，同时探究了一条低成本发酵丁醇的新工艺。

关 键 词：葛根渣，稀酸，预处理条件，丁醇发酵

Abstract： pueraria root residue is a common traditional Chinese medicine waste. In this study, the fermented production of butanol was studied by using C. beijerinckii M7 as the fermentation strain, using pueraria root residue as the raw material, using dilute acid as the pretreatment method, and using the hydrolysate as the carbon source. The dilute sulfuric acid with a mass fraction of 2% was used, the reaction temperature was 121℃, the hydrolysis time was 120 min, and the concentration of the dilute acid hydrolysate obtained by pretreatment of the dilute acid hydrolysis condition of the root residue of 20% (w/v) was 60.5g/L, and the glucose concentration was 43g/L. The concentration of butanol was 35 35g/L and anaerobic flask fermentation for 72 h. The concentration of butanol was 7.2g/L. During the experiment, it was found that the same concentration of butanol could be obtained without adding Mg2 , Fe2 andMn2 . The results show that pueraria root residue can be used as the only carbon source to produce butanol. This method can be used as a new way to use pueraria root residue effectively. At the same time, a new process of low cost fermented butanol is explored.

Keywords：Pueraria root residue ,Dilute acid, Preconditioning condition, Butanol fermentation

目录

1 引言 4

1.1 生物丁醇 4

1.2 生物质制丁醇研究进展 4

1.3 本课题的研究目的及意义 5

2 材料和方法 5

2.1 材料 5

2.2 方法 6

3 结果与讨论 7

3.1 葛根渣的成分分析 7

3.2 预处理葛根渣酸解的最佳条件 8

3.3 不同总还原糖浓度对C. beijerinckii M7的发酵影响 11

3.4 无需添加营养盐对丁醇发酵的影响 11

结论 13

参考文献 14

致 谢 15

1 引言

1.1 生物丁醇

丁醇（ butanol，C₄H₉OH）是一种无色透明的液体。丁醇的用处有很多，例如可以用于制造邻苯二甲酸、脂肪族二元酸和磷酸的正丁酯类增塑剂，这些增塑剂能够用于生活中的塑料和橡胶制品中，与我们的生活息息相关，当然它也是可以作为制丁醛、丁酸、丁胺和乳酸丁酯的原料之一^[1]。

工业上制备丁醇的方法主要有三种分别是羰基合成法，发酵法和醇醛缩合法^[2]。发酵法为其中一种，汽车燃料普遍用的是石油，发酵法制造出来的丁醇能代替石油用于汽车燃料。这样能够很大的节省石化能源。也能一定量的减少人类对化石能源这样的一次能源的过度开采。

发酵法原料来源广泛，生产设备较为简单，生产的要求低且生产过程安全不会对环境有污染性气体，选择性好，副产物好，在后期的分离纯化较容易，是一种环境友好型方法^[3]，尤其对于现在日益增长的人口对环境污染造成的压力也会带来一定的减轻。

1.2 生物质制丁醇研究进展

生物法制备丁醇在早期出现在十九世纪末二十世纪初，当时生产合成橡胶的最理想路线是将产溶剂梭菌厌氧发酵得的丁醇为原料来合成制得丁二烯橡胶。在20世纪初，人们发现可用像淀粉一样类似的合适的碳水化合物作为来源，再经过产溶剂梭菌Clostridia的厌氧发酵的过程，从而得到的产物为丙酮 (Acetone)、丁醇(Butanol)和乙醇(Ethanol)等溶剂，因此这种方法也被简称为ABE发酵法^[4~7]。但是随着时间的推移， ABE发酵法由于它产量低，选择性不好等原因开始逐渐的衰落，对比它和化学法可以看出，ABE的原料成本占生物丁醇发酵过程中的总成本的一半以上^[8]。而在早期ABE发酵法中大多都是以玉米、谷物、薯干等农作物为其发酵的原料，但玉米、谷物之类的农作物主要都是作为人类的粮食而存在。随着世界人口的增长,粮食短缺的问题也开始明显显露出来，长期依靠农作物生产燃料丁醇变得越来越不现实^[9]。因此利用廉价生物质资源生产燃料丁醇,已成为世界各国的研究热点^[10]。所以本文文利用工厂废弃物葛根渣为原料制备丁醇，但由于产溶剂梭菌不具有分泌纤维素酶体的能力^[11]，因而不能直接分解纤维素类原料进行同步糖化发酵。为实现木质纤维素资源的高效利用，原料首先需经预处理后分解成为含糖水解液才能被微生物进一步代谢合成生物燃料丁醇。

对此本文以葛根渣为原料,研究了解不同浓度稀硫酸预处理条件对所得糖液的影响，从而将所得水解液用于发酵制丁醇的探究。

1.3 本课题的研究目的及意义

葛根作为一种药材，其药用价值极大，经常被用来醒酒，提神，女性常服用葛根能有一定的美容养颜的作用，在这个注重养生的社会，葛根的食用率可想而知。据统计，2011年以前，葛根产量维持在4500~5500吨之间。但2011年之后，葛根提取以及食用方面需求猛增，葛根产出量也随之出现大幅度的增加，产量从5000来吨直线上涨到2017年8500吨^[12]。每年有如此多葛根被消耗，与此同时也会产生大量的葛根渣，在水煮过后的葛根基本已失去它的药用价值，大多数工厂将其当作废料丢弃，但对于制作丁醇来说，葛根渣中含有纤维素、淀粉已足够。而且利用葛根渣中的纤维素制备丁醇也能够减少对农作物的需求量，从而将葛根渣利用起来减少其浪费。

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