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摘 要

丁二酸是合成许多通用化学品的基础原料，本文以实验室保藏的菌株Corynebacterium glutamicum ATCC13032为实验菌株，考察利用纤维床反应器进行固定化发酵产丁二酸的可行性。

基于文献资料，对广泛利用的中和剂NaHCO₃进行考察，并寻找其替代品。发现Na₂CO₃不仅具有和NaHCO₃相似水平的产酸能力，且热稳定性好，发酵过程不易染菌。C. glutamicum固定化发酵产丁二酸的能力是游离对照的3.1倍。以Na₂CO₃中和剂进行固定化反复批次发酵，每批发酵前用种子培养基进行12h好氧培养，5批发酵结果丁二酸产量能维持在15 g/L左右。反复补料批次发酵时，每个周期能获得42.5g/L的丁二酸。

关键词：谷氨酸棒杆菌，丁二酸，固定化，反复补料批次

Fermentation of succinic acid production by Corynebacterium glutamicum immobilized in a fibrous bed bioreactor

ABSTRACT

Succinic acid may serve as a key building block for deriving various commodity chemicals. Corynebacterium glutamicum cells was used as the immobilization matrix in the production of succinic acid for the first time in this work.

Based on the references ,The succinic acid productivity achieved by the immobilized cells was 3.1 times higher than that obtained from suspended cells. Na₂CO₃, instead of the universal neutralizing agent NaHCO₃, was used firstly in this work as it could obtain the same yield of succinic acid and possess good thermostability. Succinic acid production in a 5-cycle repeated batch fermentation which has an aerobic seed culture phase before anaerobic fermentation when immobilizing the fiber on the baffle in the 7.5-L bioreactor could maintain at 15 g/L as well as the low level of the main byproducts acetic acid and lactic acid. In repeated fed-batch fermentation, 42.5g/L succinic acid of each cycle could be obtained, which demonstrated the enhanced stability of the immobilized C. glutamicum cells.

Keywords: Corynebacterium glutamicum, succinic acid, immobilization,repeated fed-batch

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1丁二酸的理化性质、功能、用途及市场情况 1

1.1.1 丁二酸的理化性质 1

1.1.2 丁二酸的功能和用途 2

1.1.3 丁二酸的市场情况 2

1.2 丁二酸的合成方法 2

1.2.1 化学合成法 2

1.2.2 微生物发酵法 3

1.3 纤维床反应器 6

1.4.1 选题背景 6

1.4.2 研究内容 7

第二章 材料与方法 8

2.1 菌种 8

2.2 实验试剂 8

2.3 实验仪器 8

2.4 培养基 9

2.5 培养方法 9

2.6 分析方法 10

2.6.1 高效液相色谱仪测定丁二酸、乙酸、乳酸 10

2.6.2 DNS法测定葡萄糖 10

2.6.3 细胞OD的测量方法 10

第三章 谷氨酸棒杆菌固定化发酵产丁二酸 11

3.1 比较游离和固定化培养下对丁二酸生产影响 11

3.2 NaHCO₃作为丁二酸反复批次发酵中和剂的影响 12

3.3 不同碳酸盐或碳酸氢盐对于丁二酸发酵的影响 13

3.4 使用Na₂CO₃作为谷氨酸棒杆菌反复批次发酵产丁二酸的中和剂 15

3.5 使用Na₂CO₃作为谷氨酸棒杆菌反复补料批次发酵产丁二酸的中和剂 17

第四章 结论与展望 19

4.1 结论 19

4.2 展望 19

参考文献 20

致谢 22

第一章 文献综述

1.1丁二酸的理化性质、功能、用途及市场情况

1.1.1 丁二酸的理化性质

丁二酸（Succinic acid）又称为琥珀酸，是一种常见的天然有机酸，广泛存在于人体、动物、植物和微生物中。其化学名称为乙烷-1,2-二羧酸，分子式为C₄H₆0₄，结构式如图1-1所示：

图 1-1 丁二酸的结构式

在常温条件下，丁二酸为无色无味结晶，具有a,b两种晶形；相对密度1.572(25/4℃),熔点188℃，在235℃时分解；在减压下蒸馏可升华，脱水生成丁二酸酐；丁二酸的溶解性：1g溶于13 mL冷水、1 mL沸水、18.5 mL乙醇、6.3 mL甲醇、36 mL丙酮、20 mL甘油和11 mL乙醚，几乎不溶于苯、二硫化碳、四氯化碳和石油醚^[1]；

丁二酸是二元羧酸，在134.8℃时，两个羧基脱水生成丁二酸酐，水中可解离为质子和丁二酸根阴离子。丁二酸可以可以参加很多化学反应^[1]：

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