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丁醇高产菌的选育及小麦淀粉废水与木薯发酵生产丁醇的研究

作　者: 谭秀花
导　师: 余晓斌
学　校: 江南大学
专　业: 发酵工程
关键词: 丁醇浸泡 N~+束注入诱变丁醇代谢调控优化
分类号: TQ923
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着石化资源日益耗竭,各国开始重视可再生资源的利用。丁醇是重要的有机溶剂和化工原料,作为生物燃料,性能优于乙醇。丁醇发酵中,原料成本占总成本的比例高达60%～70%,并且由于丁醇对菌体的毒害作用,一般总溶剂产量只有18～20g/L,溶剂得率为0.34g/g。溶剂产量低、生产成本高,使发酵法无法与石油化工竞争。本文通过丁醇浸泡及N+束注入诱变筛选丁醇耐受性强、溶剂产量高的菌种,并用小麦淀粉废水与木薯等廉价原料代替玉米,降低生产成本,提高生物丁醇的竞争力。通过丁醇浸泡处理,筛得高耐受性菌株BR30-2,丁醇产量达11.77g/L,比出发菌提高16.65%。再经N+束注入诱变,筛得高产菌BH-9,丁醇与总溶剂产量分别达14.51g/L23.14g/L,较出发菌提高43.81%、38.28%,BH-9稳定性良好。研究了电子转移介体、有机酸盐、pH缓冲剂、还原剂以及震荡和通气对丁醇发酵的影响。刃天青低于0.50%o时可用作筛选高还原力菌株的指示剂。电子转移介体中,中性红显著提高丁醇比例；亚甲基蓝调控作用不明显；甲苯胺蓝抑制作用较强。有机酸盐均可提高溶剂产量,添加0.30%乙酸钠或0.10%丁酸钠时,丁醇产量分别达16.20g/L、16.59g/L。pH缓冲剂中,K2HPO4可以促进溶剂生成,浓度为0.40%时丁醇产量达16g/L；CaCO3、两种缓冲盐(Na2HPO4:KH2PO4=1:1)不利于溶剂生产。还原剂Na2S、L-半胱氨酸盐酸盐、Vc均不利于丁醇发酵。间歇震荡对溶剂产量影响不大；不同发酵时期通气对发酵影响效果不同；相同发酵时期,通气时间越长,氧气对菌体抑制作用越明显。小麦淀粉废水中添加木薯进行丁醇发酵试验,通过单因子试验和正交试验确定的优化培养基配方为：木薯粉5%,蛋白A 3%,丁酸钠0.10%, K2HPO40.10%。最适培养条件为：温度37℃,初始pH7,种龄24h,接种量3%,装液量110mL/250mL,发酵周期80h。丁醇与总溶剂产量达19.32g/L、32.34g/L,溶剂产量与溶剂得率分别比玉米丁醇提高61.70%、21.91%,生产成本大大降低。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-8
第一章绪论  8-17
  1.1 丙酮丁醇发酵概述  8-11
    1.1.1 丁醇的用途及市场  8
    1.1.2 丙酮丁醇发酵简史  8-9
    1.1.3 生产菌种  9
    1.1.4 丙酮丁醇发酵特征  9
    1.1.5 丙酮丁醇发酵中存在的问题及解决途径  9-10
    1.1.6 国内外生产研究现状  10-11
  1.2 丁醇耐受性与离子束诱变技术的研究  11-12
    1.2.1 丁醇耐受性的研究  11-12
    1.2.2 离子束注入诱变技术的研究进展  12
  1.3 小麦淀粉废水与木薯的研究利用  12-14
    1.3.1 小麦淀粉废水的研究利用现状  12-13
    1.3.2 木薯发酵生产丁醇的研究  13-14
  1.4 丙酮丁醇生物合成途径及代谢调控的研究  14-15
    1.4.1 丙酮丁醇的生物合成途径及合成途径中的关键酶  14-15
    1.4.2 代谢调控的研究  15
  1.5 立题背景和研究意义  15
  1.6 课题的研究内容  15-17
第二章材料与方法  17-22
  2.1 材料  17-19
    2.1.1 实验菌种  17
    2.1.2 培养基  17
    2.1.3 试剂  17-19
    2.1.4 仪器  19
  2.2 方法  19-22
    2.2.1 厌氧培养方法  19-20
    2.2.2 发酵罐培养方法  20
    2.2.3 丁醇耐受性驯化方法  20
    2.2.4 高浓度丁醇浸泡处理方法  20
    2.2.5 N~+束注入诱变方法  20
    2.2.6 木薯预处理方法  20
    2.2.7 小麦淀粉废水与木薯成分分析方法  20
    2.2.8 生物量测定  20-21
    2.2.9 还原糖测定  21
    2.2.10 溶剂分析方法  21
    2.2.11 遗传稳定性实验方法  21
    2.2.12 代谢调控的研究方法  21-22
第三章结果与讨论  22-46
  3.1 菌种选育结果  22-26
    3.1.1 育种流程  22
    3.1.2 高浓度丁醇对丙酮丁醇梭菌的致死作用  22-23
    3.1.3 丁醇浓度及处理时间对溶剂产量的影响  23-24
    3.1.4 高浓度丁醇浸泡筛选结果  24
    3.1.5 N~+束最适诱变剂量的选择  24-25
    3.1.6 N~+束注入诱变筛选结果  25
    3.1.7 高产菌株筛选谱系  25-26
    3.1.8 丁醇高产菌BH-9的遗传稳定性  26
  3.2 丁醇发酵过程中代谢调控的研究  26-37
    3.2.1 发酵过程曲线  26-27
    3.2.2 刃天青对丁醇发酵的影响  27
    3.2.3 可以充当电子转移介体的有机染料对丁醇发酵的代谢调控  27-29
    3.2.4 有机酸盐对丁醇发酵的代谢调控  29-31
    3.2.5 pH缓冲剂对丁醇发酵的代谢调控  31-33
    3.2.6 还原剂对丁醇发酵的代谢调控  33-35
    3.2.7 震荡与通气对丁醇发酵的代谢调控  35-37
  3.3 以小麦淀粉废水与木薯为培养基的发酵条件优化  37-46
    3.3.1 小麦淀粉废水与木薯粉的主要成分  37
    3.3.2 木薯粉浓度的确定  37
    3.3.3 木薯皮对丁醇发酵的影响  37-38
    3.3.4 最适氮源的确定  38-39
    3.3.5 氮源浓度的确定  39
    3.3.6 发酵周期的确定  39-40
    3.3.7 培养温度对丁醇发酵的影响  40
    3.3.8 初始pH对丁醇发酵的影响  40-41
    3.3.9 种龄对丁醇发酵的影响  41
    3.3.10 接种量对丁醇发酵的影响  41-42
    3.3.11 装液量对丁醇发酵的影响  42
    3.3.12 乙酸钠或丁酸钠浓度的确定  42-43
    3.3.13 K_2HPO_4浓度的确定  43-44
    3.3.14 培养基的正交优化  44-46
第四章结论与展望  46-48
  4.1 结论  46
    4.1.1 菌种选育结果  46
    4.1.2 代谢调控结果  46
    4.1.3 小麦淀粉废水与木薯为培养基的丁醇发酵条件优化  46
  4.2 展望  46-48
致谢  48-49
参考文献  49-56
附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文  56

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