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丁醇作为良好的化工原料和新型液体燃料受到广泛的重视。与传统的化学合成方法不同，生物丁醇具有反应条件温和、能耗低和污染少等优点。然而，以淀粉为主要碳源时原料成本太高，是目前丁醇发酵的瓶颈问题之一。因此以可再生的、廉价的纤维原料替代淀粉类原料作为发酵底物制备丁醇逐渐成为研究热点问题之一。 Clostridium beijerinckii是常用的丁醇生产菌株，具有底物范围广、转化率高、遗传稳定性好等优点。本文以C beijerinckii IB4为生产菌株，开展以玉米芯稀酸水解液为碳源发酵制备丁醇的工艺研究。 首先考察发酵模式对C.beijerinckii IB4生长和丁醇产量的影响。根据菌株的生长及发酵特征设计三种间歇补糖分批发酵策略。结果表明:不同的补糖方式影响发酵过程中的菌体生长和产物分布，最佳补料方式为先加入10 g/L的葡萄糖，16h后补加30 g/L葡萄糖，可得到丁醇浓度12.1 g/L，比分批发酵提高了27.9％。进一步将补糖分批发酵应用于玉米芯稀酸水解液发酵产丁醇。由于水解液酚类等抑制作用，采用先加入10g/L的总还原糖，16h后补加27 g/L总还原糖，得到丁醇浓度7.3 g/L，比分批发酵提高了48.5％。 其次是基于玉米芯稀酸水解液制备丁醇的培养基优化。先利用部分析因设计确定影响丁醇产量的关键因子，即NH4HCO3、 FeSO4·7H2O和CaCO3，再通过最陡爬坡路径逼近最大响应区域，最后采用Box-Behnken实验设计对玉米芯稀酸水解液发酵丁醇进行模型拟合以及得出响应曲面。模型预测的最佳培养基条件为:NH4HCO31.96 g/L，FeSO4·7H2O0.26 g/L和CaCO33.15 g/L，经数学模型分析预测得:玉米芯稀酸水解液总还原糖浓度37 g/L时，丁醇产量为9.5 g/L。进而将该优化培养基运用到上述最佳补料分批发酵过程中。即先加入10g/L的总还原糖，16h后补加27 g/L总还原糖，得到丁醇为10.3 g/L，丁醇转化率为0.28，比相同补料方式的初始培养基提高约41.1％。 最后考察玉米芯稀酸水解液中抑制物对C.beijerinckii IB4发酵产丁醇的影响。玉米芯稀酸水解液所含的抑制物主要有酚类、糠醛类和酸类，分别以1g/L的香草醛、香豆酸、丁香醛、糠醛、羟甲基糠醛及甲酸盐，乙酸盐等进行丁醇发酵，抑制强弱顺序为:酚类＞糠醛＞酸类。进而考察不同种类的酚类物质对丁醇发酵的影响，六种不同酚类物质对丁醇发酵的影响如下:香草醛＞香豆酸＞4-HBA＞香草酸＞阿魏酸＞丁香醛。选取抑制作用最显著的香草醛进行丁醇发酵代谢产物分析，考察乙酸、丁酸、NAD(H)以及丁醇脱氢酶等关键因子。与对照组相比，香草醛可使中间代谢产物乙酸丁酸浓度显著提高，同时降低NAD(H)浓度和丁醇脱氢酶酶活力。 综上所述，本文以C.beijerinckii IB4为丁醇生产菌株，以玉米芯稀酸水解液作为丁醇发酵碳源，探索玉米芯稀酸水解液发酵模式、培养基组分及其抑制物对丁醇产量的影响，通过补料分批发酵制定玉米芯稀酸水解液的发酵工艺，并对丁醇发酵培养基进行优化;同时分析抑制物对丁醇代谢途径中关键酶和中间代谢产物的影响，系统阐述了玉米芯稀酸水解液发酵制备丁醇的发酵工艺。