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木糖醇是一种重要的甜味剂,在许多领域具有广泛的应用。目前,利用微生物转化法生产木糖醇的新方法克服了化学法的缺点,成为研究热点。但是,半纤维素的木糖水解液中存在抑制微生物发酵的副产物,相关问题的解决成为微生物转化生产木糖醇的关键。本论文从微生物转化法生产木糖醇的现状出发,着重研究水解液中副产物抑制因子。通过响应面对蔗渣常压加酸水解工艺进行了优化,并对水解液中主要三类副产物进行了测定,重点研究了3大类副产物中的主要8种物质对发酵的影响。实验结果如下:
1.响应面优化蔗渣常压水解木糖的最佳工艺:温度102℃,硫酸浓度8.22%,水解时间110min,液料比17.25:1,在此条件下木糖得率为21.57%。
2.本文研究了利用气相色谱法测定水解液中弱酸的条件,以及福林酚法、分光光度法分别测定水解液中酚类物质和呋喃衍生物的含量。
3.研究了8种水解副产物对季也蒙假丝酵母发酵木糖醇的影响作用。
(1)甲酸对发酵木糖醇的抑制作用最为明显,1g·L-1甲酸对发酵就具有较为明显地抑制作用,5g·L-1甲酸几乎完全抑制了发酵。1g·L-1乙酸、乙酰丙酸有利于发酵的进行,当它们的浓度小于2g·L-1时,对发酵没有明显地抑制作用,但当它们的浓度达到8g·L-1时完全抑制了发酵的进行。
(2)糠醛和5-羟甲基糠醛对于发酵木糖醇的抑制作用较强。1g·L-15-羟甲基糠醛对发酵基本没有影响,1g·L-1的糠醛对发酵有一定的促进作用,当它们的浓度大于1g·L-1对发酵的抑制作用较为明显,浓度达到6g·L-1时发酵被完全抑制。
(3)酚类物质对发酵抑制作用均较为明显,1g·L-1的邻苯二酚对发酵就具有较为明显地抑制,但1g·L-1的4-羟基苯甲酸和香草醛对发酵没有明显地抑制作用。当它们的浓度达到5~6g·L-1时几乎完全抑制了发酵的进行。
(4)水解液中的弱酸类或者呋喃衍生物的同类副产物共存时,对于发酵木糖醇的抑制影响基本呈现累加效应,较低浓度的酚类物质共存时,对发酵的抑制作用增强,表现出协同作用。
(5)弱酸类和呋喃衍生物共同存在时,抑制作用增强,表现出协同抑制作用;弱酸类和酚类共存时,表现出抑制物的累加效应;呋喃衍生物和酚类共存时,抑制作用减小,表现出拮抗抑制作用。当三类副产物质共存时,对木糖醇的发酵基本呈累加抑制效应。