探討利用PDMS sponge進行萃取式發酵以提升Clostridium acetobutylicum 產丁醇之研究

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陳泰源(Tai-yuan Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

化學工程與材料工程學系

論文名稱

探討利用PDMS sponge進行萃取式發酵以提升Clostridium acetobutylicum 產丁醇之研究

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摘要(中)

本研究為利用疏水性海綿對Clostridium acetobutylicum進行萃取式發酵，並探討其影響及可行性。Clostridium acetobutylicum在進行ABE發酵時，若發酵液中丁醇抑制物濃度達到10 g/L就會對菌體產生嚴重的抑制影響而失活，因此藉由疏水性海綿透過萃取式發酵以降低丁醇帶來的抑制效應，並提升丁醇產量。

本實驗將探討一項新的製程，利用疏水性PDMS海綿作為抑制物萃取劑，在菌體發酵至72小時進行丁醇萃取，海綿萃取劑對發酵液重量百分比為3.5%，萃取時間為1.5小時。經過萃取後，丁醇濃度由6.23 g/L下降至5.03g/L，且在84小時達最高產量10.72 g/L。與控制組相比，丁醇總產量提升15.02%，丁醇濃度達最大值之發酵時間由96小時提前至84小時，雖然菌體在丁醇萃取後沒有增加的趨勢，但可減緩其失活速度，因此利用PDMS疏水海綿作為萃取劑之製程可行性，值得深入探討。

摘要(英)

In this research, we use hydrophobic Polydimethylsiloxane(PDMS) sponge to extract butanol from fermentation of Clostridium acetobutylicum, then discuss its effect and feasibility. When the concentration of butanol get 10 g/L in ABE fermentation, the Clostridium acetobutylicum will be inhibited by the product, butanol, and lose activation. The extractive fermentation will improve this problem by reducing the concentration of butanol.

The experiment will explore a new process using PDMS sponge as the extractant. we extract by PDMS sponge (3.5wt%)in 1.5 hours when the fermentation gets to 72 hours, the concentration of butanol reduced from 6.23 g/L to 5.03 g/L. After 84 hours, the maximum yield of butanol is 10.72 g/L and higher than controlled experiment (9.32 g/L), and time of the butanol reach to maximum concentration is advanced from 96 to 84 hours compared to control experiment. The biomass of bacterium is no significant change after extracting, but the deactivation of bacterium is slow down. Therefore, the process feasibility of using PDMS hydrophobic sponge as extractant, is worth in-depth study.

關鍵字(中)

★ 疏水性海綿
★ 丁醇

關鍵字(英)

★ PDMS sponge
★ butanol
★ Clostridium

論文目次

摘要 i

Abstract ii

目錄 iii

圖目錄 vi

表目錄 viii

第一章緒論 1

1.1 研究動機 1

1.2 研究目的 2

第二章文獻回顧 3

2.1 再生能源 3

2.1.1 再生能源介紹 3

2.1.2 生質能源發展及應用 4

2.1.3 生質丁醇 4

2.2 丁醇生產方法 5

2.3 ABE發酵 6

2.3.1 ABE發酵介紹 6

2.3.2 ABE發酵製程改良 7

2.4 丙酮丁醇梭菌介紹 9

2.5 聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane) 14

2.6 吸附基本原理 16

2.6.1 吸附現象 16

2.6.2 吸附種類 18

第三章材料與方法 20

3.1 實驗規劃 20

3.2 實驗材料 21

3.2.1 實驗菌株 21

3.2.2 實驗藥品 22

3.3 實驗方法 24

3.3.1 菌種保存 24

3.3.2 培養基組成 25

3.3.3 接種菌體培養 28

3.3.4 PDMS海綿製備 29

3.3.5 海綿吸收效率及吸附曲線測定 30

3.3.6 海綿對於菌體之毒性測試 32

3.3.7 萃取式發酵 32

3.4 分析方法 33

3.4.1 菌體量測定 33

3.4.2 葡萄糖殘量分析 34

3.4.3 ABE分析 35

第四章實驗結果討論 37

4.1 PDMS海綿基本性質 37

4.1.1 海綿表面性質 37

4.1.2 海綿製備比例對於海綿穩定度之影響 38

4.1.3 海綿對於ABE溶劑之吸附曲線 39

4.1.4 海綿對於菌體之毒性測試 41

4.2 以PDMS海綿對ABE發酵進行萃取式發酵 43

4.2.1 控制組實驗 43

4.2.2 海綿萃取丁醇時間點對萃取式發酵之影響 44

第五章結論與建議 48

5.1 結論 48

5.2 建議 49

第六章參考文獻 50

參考文獻

[1]. 施顏祥, 2012 年能源產業技術白皮書. 2012: 經濟部能源局.

[2]. Lee, S.Y., J.H. Park, S.H. Jang, L.K. Nielsen, J. Kim, and K.S. Jung, Fermentative butanol production by Clostridia. Biotechnol Bioeng, 2008. (2): p. 209-228.

[3]. 周仕凱、許梅娟, 新能源－生物產丁醇. 科學發展, 2009. : p. 26-31.

[4]. Qureshi, N., X.-L. Li, S. Hughes, B.C. Saha, and M.A. Cotta, Butanol production from corn fiber xylan using Clostridium acetobutylicum. Biotechnol. Prog., 2006. : p. 673-680.

[5]. Qureshi, N., B.C. Saha, and M.A. Cotta, Butanol production from wheat straw hydrolysate using Clostridium beijerinckii. Bioprocess Biosyst Eng, 2007. (6): p. 419-427.

[6]. Tashiro, Y., K. Takeda, G. Kobayashi, K. Sonomoto, A. Ishizaki, and S. Yoshino, High butanol production by Clostridium saccharoperbutylacetonicum N1-4 in fed-batch culture with pH-Stat continuous butyric acid and glucose feeding method. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2004. (4): p. 263-268.

[7]. Ni, Y. and Z. Sun, Recent progress on industrial fermentative production of acetone-butanol-ethanol by Clostridium acetobutylicum in China. Appl Microbiol Biotechnol, 2009. (3): p. 415-423.

[8]. Jones, D.T. and D.R. Woods, Acetone-butanol fermentation revisited. Microbiological Reviews, 1986. (4): p. 484-524.

[9]. Durre, P., Fermentative butanol production: bulk chemical and biofuel. Ann N Y Acad Sci, 2008. : p. 353-362.

[10]. Qureshi, N. and H.P. Blaschek, Recovery of butanol from fermentation broth by gas stripping. Renewable Energy, 2001. : p. 557-564.

[11]. Mariano, A.P., N. Qureshi, R. Maciel Filho, and T.C. Ezeji, Assessment of in situ butanol recovery by vacuum during acetone butanol ethanol (ABE) fermentation. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 2012. (3): p. 334-340.

[12]. Friedl, A., N. Qureshi, and I.S. Maddox, Continuous acetone-butanol-ethanol (ABE) fermentation using immobilized cells of Clostridium acetobutylicum in a packed bed reactor and integration with product removal by pervaporation. Biotechnol. Bioeng., 1991. (5): p. 518-527.

[13]. 黃浩宸, 探討可控式包埋Saccharomyces cerevisiae 對於乙醇醱酵之影響. 國立中央大學化學工程與材料工程學系碩士論文, 2011.

[14]. 蓋聖文, 探討以疏水性離子液體進行萃取式醱酵對Clostridium acetobutylicum產丁醇之影響. 國立中央大學化學工程與材料工程學系碩士論文, 2012.

[15]. Ha, S.H., N.L. Mai, and Y.-M. Koo, Butanol recovery from aqueous solution into ionic liquids by liquid–liquid extraction. Process Biochemistry, 2010. (12): p. 1899-1903.

[16]. Yen, H.W. and Y.C. Wang, The enhancement of butanol production by in situ butanol removal using biodiesel extraction in the fermentation of ABE (acetone-butanol-ethanol). Bioresour Technol, 2012.

[17]. Evans, P.J. and H.Y. Wang, Enhancement of butanol formation by Clostridium acetobutylicum in the presence of decanol-oleyl alcohol mixed extractants. Applied and enviromental microbiology, 1988. (7): p. 1662-1667.

[18]. Desai, R.P. and e.T. Papoutsakis, Antisense RNA strategies for metabolic engineering of Clostridium acetobutylicum. Appl. Environ Microbiol, 1999. (3): p. 936-945.

[19]. Nolling, J., G. Breton, M.V. Omelchenko, K.S. Makarova, Q. Zeng, R. Gibson, H.M. Lee, J. Dubois, D. Qiu, J. Hitti, Y.I. Wolf, R.L. Tatusov, F. Sabathe, L. Doucette-Stamm, P. Soucaille, M.J. Daly, G.N. Bennett, E.V. Koonin, and D.R. Smith, Genome sequence and comparative analysis of the solvent-producing bacterium Clostridium acetobutylicum. J Bacteriol, 2001. (16): p. 4823-4838.

[20]. 李國鏞 and 游若荻, 微生物學. 華香園出版社，第四版, 1992: p. 126-145.

[21]. 許駿發, 工業技術人才培訓計畫講義-高溫丁醇發酵之理論與應用. 經濟部工業局, 1998.

[22]. Lutke-Eversloh, T. and H. Bahl, Metabolic engineering of Clostridium acetobutylicum: recent advances to improve butanol production. Curr Opin Biotechnol, 2011. (5): p. 634-647.

[23]. 陳勁中, 淺談生質丁醇及未來研發趨勢. 石油通訊, 2011. : p. 20-23.

[24]. Brook, T.D, and H. Bahl, Metabolic engineering of Clostridium acetobutylicum : recent advances to improve butanol production. Curr Opin Biotechnol, 2011. 22(5):p. 634-647.

[25]. 蔣本基 and 張璞, 有機溶劑蒸氣之吸附及脫附研究. 工業污染防治, 1996. 第58期.

[26]. 黃明宏, 聚二甲基矽氧烷應用於可撓液晶顯示器的研究, 國立中山大學光電工程學系碩士論文, 2009

[27]. Sung-Jin Choi, Tae-Hong Kwon, Hwon Im, Dong-Il Moon, David J. Baek, Myeong-Lok Seol, Juan P. Duarte,and Yang-Kyu Choi, A Polydimethylsiloxane (PDMS) Sponge for the Selective Absorption of Oil from Water. Appl. Mater. Interfaces 2011, 3, 4552–4556

[28]. Aijuan Zhang, Mingjie Chen, Can Du, Huizhang Guo, Hua Bai, and Lei Li, Poly(dimethylsiloxane) Oil Absorbent with a Three-Dimensionally Interconnected Porous Structure and Swellable Skeleton. Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 10201−10206

[29]. Alvaro Mata, Aaron J. Fleischman, Shuvo Roy, Characterization of Polydimethylsiloxane (PDMS) Properties for Biomedical Micro/Nanosystems. Biomedical Microdevices 2007, p. 281-293.

[30]. Miller, G.L., Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar Analytical Chemistry, 1959. (3): p. 426-428.

[31]. Olateju I. I. , Adeodu A. O. , Daniyan I. A. , Isotherms Study of Equilibrium Adsorption of a Quaternary System unto Activated Carbon Derived From Oil Palm Empty Fruit Bunch. J. of Bioprocessing and Chemical Engineering Issue 1 / Volume 3 ISSN: 2348 –3768.

[32]. 王凱平, 探討以活性碳進行萃取式醱酵來提升Clostridium acetobutylicum產丁醇之影響. 國立中央大學化學工程與材料工程學系碩士論文, 2013.

指導教授

徐敬衡

審核日期

2015-8-27

推文